【数学A】図形の性質10:2つの円の位置関係

図形の性質
さん
さん

今日の板書はこれ!

2つの円の位置関係

■ 2つの円の位置関係
2つの円の半径を \(r\),\(r’\)(\(r>r’\))、中心間の距離を \(d\) とする。

  • 離れている \(d>r+r’\) (共通接線4本)
  • 外接する \(d=r+r’\) (共通接線3本)
  • 2点で交わる \(r-r'<d<r+r’\) (共通接線2本)
  • 内接する \(d=r-r’\) (共通接線1本)
  • 一方が他方の内部にある \(d<r-r’\) (共通接線0本)
例題1

半径がそれぞれ6,4である2つの円の中心間の距離 \(d\) が次の値のとき、2つの円の位置関係をいえ。

(1) \(d=12\)

(2) \(d=10\)

(3) \(d=5\)

(4) \(d=2\)


▼ 解答

\(r+r’=6+4=10\),\(r-r’=6-4=2\) である。

(1) \(d>10\) であるから 離れている

(2) \(d=10\) であるから 外接する

(3) \(2<d<10\) であるから 2点で交わる

(4) \(d=2\) であるから 内接する

生徒
生徒

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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!

半径6と4の2つの円はどんな位置関係?

例題1

半径がそれぞれ6,4である2つの円の中心間の距離 \(d\) が次の値のとき、2つの円の位置関係をいえ。

(1) \(d=12\)

(2) \(d=10\)

(3) \(d=5\)

(4) \(d=2\)

生徒
生徒

2つの円の位置関係って、どうやって見分ければいいんですか?

さん
さん

2つの円の位置関係は、半径と中心間の距離で決まるんだ。図をかいて、中心間の距離を半径の和・差とくらべてみよう!

2つの円の位置関係

2つの円の位置関係は、それぞれの円の半径と、2つの円の中心間の距離で決まります。

2つの円の半径を \(r\),\(r’\)(\(r>r’\))、中心間の距離を \(d\) とします。

2つの円を少しずつ近づけていくと、位置関係は次の5通りに変わっていきます。

2つの円の位置関係5通りと共通接線の本数

まず、2つの円が外側でちょうど1点で接する(外接する)のは、中心間の距離が半径の和に等しいとき、つまり \(d=r+r’\) のときです。

2つの円が外接するとき、中心間の距離はd=r+r′

これより遠ければ離れている、近ければ2点で交わります。

d>r+r′なら離れている、r−r′<d<r+r′なら2点で交わる

さらに近づけて、小さい円が大きい円の内側で1点で接する(内接する)のは、\(d=r-r’\) のときです。

2つの円が内接するとき、中心間の距離はd=r−r′

これよりさらに近いと、小さい円は大きい円の内部に入ってしまいます。

d<r−r′のとき、小さい円は大きい円の内部にある

まとめると、次のようになります。

  • \(d>r+r’\) → 離れている(共通接線4本)
  • \(d=r+r’\) → 外接する(共通接線3本)
  • \(r-r'<d<r+r’\) → 2点で交わる(共通接線2本)
  • \(d=r-r’\) → 内接する(共通接線1本)
  • \(d<r-r’\) → 一方が他方の内部にある(共通接線0本)

2つの円の両方に接する直線を共通接線といいます。

共通接線の本数は、2つの円の位置関係によって、次のように変わります。

2つの円の位置関係と共通接線の本数(4本、3本、2本、1本、0本)

2つの円が外接するとき、接点は2つの中心を結ぶ線分の上にあります。

中心から接点までの長さは、それぞれの円の半径 r,r’ なので、中心間の距離は d=r+r’ になります。

内接するときは、接点が中心を結ぶ直線の延長上にあり、大きい円の半径から小さい円の半径を引いた長さが中心間の距離になるので、d=r-r’ です。

最初の問題を解こう

例題1

半径がそれぞれ6,4である2つの円の中心間の距離 \(d\) が次の値のとき、2つの円の位置関係をいえ。

(1) \(d=12\)

(2) \(d=10\)

(3) \(d=5\)

(4) \(d=2\)

まず、半径の和と差を求めておきます。

和は \(6+4=10\)、差は \(6-4=2\) です。

この2つの数と \(d\) をくらべます。

数直線上で、半径の差2と和10をもとに中心間の距離dの位置から位置関係を判定する

(1) \(d=12\) は10より大きいので 離れている

例題1(1)の2つの円(半径6と4)

(2) \(d=10\) は和に等しいので 外接する

例題1(2)の2つの円(半径6と4)

(3) \(d=5\) は2と10の間なので 2点で交わる

例題1(3)の2つの円(半径6と4)

(4) \(d=2\) は差に等しいので 内接する

例題1(4)の2つの円(半径6と4)
さん
さん

和と差の2つの数を先に出しておけば、数直線の上で d がどこにあるかを見るだけで判定できるよ!

まとめ:2つの円の位置関係

さん
さん

さて、今回のまとめだよ!

2つの円の位置関係

■ 2つの円の位置関係
2つの円の半径を \(r\),\(r’\)(\(r>r’\))、中心間の距離を \(d\) とする。

  • 離れている \(d>r+r’\) (共通接線4本)
  • 外接する \(d=r+r’\) (共通接線3本)
  • 2点で交わる \(r-r'<d<r+r’\) (共通接線2本)
  • 内接する \(d=r-r’\) (共通接線1本)
  • 一方が他方の内部にある \(d<r-r’\) (共通接線0本)
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!

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