【数学A】図形の性質11:2つの円の共通接線の長さ

図形の性質
さん
さん

今日の板書はこれ!

2つの円の共通接線の長さ

■ 共通接線の長さの求め方
直角三角形ができるように補助線を引いて、三平方の定理を利用する。
接点を通る半径は接線に垂直であることを使う。

例題1

直線ℓは2つの円O,O’の共通接線で、A,Bは接点である。円O,O’の半径をそれぞれ5,3とし、O,O’間の距離を10とするとき、線分ABの長さを求めよ。


▼ 解答

O’から線分OAに垂線O’Hを下ろすと、四角形AHO’Bは長方形である。

OH=OA-O’B=5-3=2

△OO’Hは直角三角形であるから、三平方の定理より

\(\mathrm{AB}=\mathrm{O’H}=\sqrt{10^2-2^2}=\sqrt{96}=\color{#EE4656}{4\sqrt{6}}\)

生徒
生徒

もっと詳しく願いします!!

現役教員として数学を教えている「さん」と申します。

「人より勉強に時間がかかる」と感じていませんか?私の学校にも、同じ悩みを抱えて苦しんでる生徒がたくさんいます。

「教科書や参考書の内容がわからなくて、読むのに時間がかかる」「解答の意味が理解できず、勉強が進まない」教科書や参考書の内容を理解するには、「自分なりに噛み砕いて考える力」が必要です。

でも大丈夫!このサイトでは、私が受けた質問や、つまずきポイントをもとに、わかりやすく解説していきます。

意味から理解し、噛み砕き方をマスターしましょう!!

さん
さん

勉強してるのに点が取れない人は、こっちも読んでみて!

2つの円の共通接線ABの長さは?

例題1

直線ℓは2つの円O,O’の共通接線で、A,Bは接点である。円O,O’の半径をそれぞれ5,3とし、O,O’間の距離を10とするとき、線分ABの長さを求めよ。

例題1の図:2つの円O、O′の共通接線と接点A、B
生徒
生徒

ABは直接測れる線分じゃないし、どこから手をつければいいんでしょう…

さん
さん

接線と半径が垂直であることを使って、直角三角形を作るのがポイントだよ!

共通接線の長さの考え方

2つの円の両方に接する直線を共通接線といい、2つの接点の間の長さを共通接線の長さといいます。

2つの円の共通接線ℓと接点A、B。線分ABの長さが共通接線の長さ

接線は接点を通る半径に垂直なので、OA⊥AB,O’B⊥AB です。

つまり、OAとO’Bはどちらも直線ABに垂直で、平行になっています。

接点を通る半径OA、O′Bはどちらも接線ABに垂直なので平行

そこで、O’からOAに垂線O’Hを下ろすと、四角形AHO’Bは長方形になり、O’H=AB となります。

O′からOAに垂線O′Hを下ろすと四角形AHO′Bは長方形で、O′H=AB

さらに△OO’Hは直角三角形なので、三平方の定理が使えます。

△OO′Hは直角三角形

2つの円の半径を \(r\),\(r’\)、中心間の距離を \(d\) とすると、例題1のように2つの円が共通接線の同じ側にある場合、OH=\(r-r’\) なので、共通接線の長さは \(\sqrt{d^2-(r-r’)^2}\) です。

練習1のように2つの円が共通接線の反対側にある場合は、OH=\(r+r’\) となり、共通接線の長さは \(\sqrt{d^2-(r+r’)^2}\) になります。

式を覚えるより、毎回直角三角形を作って考える方が確実です。

最初の問題を解こう

例題1

直線ℓは2つの円O,O’の共通接線で、A,Bは接点である。円O,O’の半径をそれぞれ5,3とし、O,O’間の距離を10とするとき、線分ABの長さを求めよ。

例題1の図:2つの円O、O′の共通接線と接点A、B

O’から線分OAに垂線O’Hを下ろします。

四角形AHO’Bは長方形なので、AH=O’B=3 です。

例題1:長方形AHO′Bで、AH=O′B=3、O′H=AB

OH=OA-AH=5-3=2

△OO’Hは、斜辺がOO’=10、1辺がOH=2の直角三角形です。

例題1:直角三角形OO′Hで、OO′=10、OH=2

三平方の定理より、O’Hの長さは次のようになります。

\(\mathrm{AB}=\mathrm{O’H}=\sqrt{10^2-2^2}=\sqrt{96}=\color{#EE4656}{4\sqrt{6}}\)

さん
さん

ABと同じ長さの線分を直角三角形の1辺として作るのがコツだよ!

練習問題

練習1

右の図において、直線ℓは2つの円O,O’の共通接線で、A,Bは接点である。円O,O’の半径をそれぞれ5,3とし、O,O’間の距離を10とするとき、線分ABの長さを求めよ。

練習1の図:2つの円の間を通る共通接線
答えを見る

O’から直線OAに垂線O’Hを下ろす。HはOAのAの先にあり、四角形AHO’Bは長方形であるから AH=O’B=3

OH=OA+AH=5+3=8

練習1の答えの図:直角三角形OO′H

△OO’Hは直角三角形であるから、三平方の定理より

\(\mathrm{AB}=\mathrm{O’H}=\sqrt{10^2-8^2}=\sqrt{36}=\color{#EE4656}{6}\)

まとめ:2つの円の共通接線の長さ

さん
さん

さて、今回のまとめだよ!

2つの円の共通接線の長さ

■ 共通接線の長さの求め方
直角三角形ができるように補助線を引いて、三平方の定理を利用する。
接点を通る半径は接線に垂直であることを使う。

生徒
生徒

また一つ賢くなった!

さん
さん

一人だと続かない人は、こんな方法もあるよ!

↑前の記事↑

↑次の記事↑