Постройте в координатах семейство окружностей, которые касаются двух данных пересекающихся прямых и проходят через фиксированную точку, найдите уравнение семейства и опишите геометрическое место центров
Обозначим две пересекающиеся прямые L1: a1x+b1y+c1=0,L2: a2x+b2y+c2=0,
L_1:\;a_1x+b_1y+c_1=0,\qquad L_2:\;a_2x+b_2y+c_2=0, L1:a1x+b1y+c1=0,L2:a2x+b2y+c2=0,
фиксированную точку P(x0,y0)P(x_0,y_0)P(x0,y0). Пусть центр искомой окружности C(h,k)C(h,k)C(h,k), радиус rrr. Условия: окружность касается обеих прямых и проходит через PPP. 1) Касание двух прямых даёт равенство расстояний от центра до прямых: r=∣a1h+b1k+c1∣a12+b12=∣a2h+b2k+c2∣a22+b22.
r=\frac{|a_1h+b_1k+c_1|}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}=\frac{|a_2h+b_2k+c_2|}{\sqrt{a_2^2+b_2^2}}. r=a12+b12∣a1h+b1k+c1∣=a22+b22∣a2h+b2k+c2∣.
Отсюда центр лежит на биссектрисах углов между L1L_1L1 и L2L_2L2: a1h+b1k+c1a12+b12=±a2h+b2k+c2a22+b22.
\frac{a_1h+b_1k+c_1}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}=\pm\frac{a_2h+b_2k+c_2}{\sqrt{a_2^2+b_2^2}}. a12+b12a1h+b1k+c1=±a22+b22a2h+b2k+c2. 2) Прохождение через PPP: (h−x0)2+(k−y0)2=r2.
(h-x_0)^2+(k-y_0)^2=r^2. (h−x0)2+(k−y0)2=r2. Исключая rrr, получаем систему для центра C(h,k)C(h,k)C(h,k): {a1h+b1k+c1a12+b12=±a2h+b2k+c2a22+b22,(h−x0)2+(k−y0)2=(a1h+b1k+c1a12+b12)2.
\begin{cases} \displaystyle\frac{a_1h+b_1k+c_1}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}=\pm\frac{a_2h+b_2k+c_2}{\sqrt{a_2^2+b_2^2}},\\[6pt] \displaystyle (h-x_0)^2+(k-y_0)^2=\left(\frac{a_1h+b_1k+c_1}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}\right)^2. \end{cases} ⎩⎨⎧a12+b12a1h+b1k+c1=±a22+b22a2h+b2k+c2,(h−x0)2+(k−y0)2=(a12+b12a1h+b1k+c1)2. Уравнение семейства окружностей можно записать так: для любого решения (h,k)(h,k)(h,k) предыдущей системы окружность (x−h)2+(y−k)2=(h−x0)2+(k−y0)2
(x-h)^2+(y-k)^2=(h-x_0)^2+(k-y_0)^2 (x−h)2+(y−k)2=(h−x0)2+(k−y0)2
— искомая окружность. Геометрическое место центров: это пересечение двух прямых (биссектрис угла между L1L_1L1 и L2L_2L2) с параболой с фокусом в PPP и директрисой L1L_1L1 (эквивалентно — с директрисой L2L_2L2, поскольку на биссектрисе расстояния до L1L_1L1 и L2L_2L2 равны). Иначе: центры — точки на биссектрисах, для которых расстояние до PPP равно расстоянию до L1L_1L1. Следовательно, в общем случае число центров не превосходит 4 (до двух пересечений на каждой из двух биссектрис).
L1: a1x+b1y+c1=0,L2: a2x+b2y+c2=0, L_1:\;a_1x+b_1y+c_1=0,\qquad L_2:\;a_2x+b_2y+c_2=0,
L1 :a1 x+b1 y+c1 =0,L2 :a2 x+b2 y+c2 =0, фиксированную точку P(x0,y0)P(x_0,y_0)P(x0 ,y0 ). Пусть центр искомой окружности C(h,k)C(h,k)C(h,k), радиус rrr. Условия: окружность касается обеих прямых и проходит через PPP.
1) Касание двух прямых даёт равенство расстояний от центра до прямых:
r=∣a1h+b1k+c1∣a12+b12=∣a2h+b2k+c2∣a22+b22. r=\frac{|a_1h+b_1k+c_1|}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}=\frac{|a_2h+b_2k+c_2|}{\sqrt{a_2^2+b_2^2}}.
r=a12 +b12 ∣a1 h+b1 k+c1 ∣ =a22 +b22 ∣a2 h+b2 k+c2 ∣ . Отсюда центр лежит на биссектрисах углов между L1L_1L1 и L2L_2L2 :
a1h+b1k+c1a12+b12=±a2h+b2k+c2a22+b22. \frac{a_1h+b_1k+c_1}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}=\pm\frac{a_2h+b_2k+c_2}{\sqrt{a_2^2+b_2^2}}.
a12 +b12 a1 h+b1 k+c1 =±a22 +b22 a2 h+b2 k+c2 .
2) Прохождение через PPP:
(h−x0)2+(k−y0)2=r2. (h-x_0)^2+(k-y_0)^2=r^2.
(h−x0 )2+(k−y0 )2=r2.
Исключая rrr, получаем систему для центра C(h,k)C(h,k)C(h,k):
{a1h+b1k+c1a12+b12=±a2h+b2k+c2a22+b22,(h−x0)2+(k−y0)2=(a1h+b1k+c1a12+b12)2. \begin{cases}
\displaystyle\frac{a_1h+b_1k+c_1}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}=\pm\frac{a_2h+b_2k+c_2}{\sqrt{a_2^2+b_2^2}},\\[6pt]
\displaystyle (h-x_0)^2+(k-y_0)^2=\left(\frac{a_1h+b_1k+c_1}{\sqrt{a_1^2+b_1^2}}\right)^2.
\end{cases}
⎩⎨⎧ a12 +b12 a1 h+b1 k+c1 =±a22 +b22 a2 h+b2 k+c2 ,(h−x0 )2+(k−y0 )2=(a12 +b12 a1 h+b1 k+c1 )2.
Уравнение семейства окружностей можно записать так: для любого решения (h,k)(h,k)(h,k) предыдущей системы окружность
(x−h)2+(y−k)2=(h−x0)2+(k−y0)2 (x-h)^2+(y-k)^2=(h-x_0)^2+(k-y_0)^2
(x−h)2+(y−k)2=(h−x0 )2+(k−y0 )2 — искомая окружность.
Геометрическое место центров: это пересечение двух прямых (биссектрис угла между L1L_1L1 и L2L_2L2 ) с параболой с фокусом в PPP и директрисой L1L_1L1 (эквивалентно — с директрисой L2L_2L2 , поскольку на биссектрисе расстояния до L1L_1L1 и L2L_2L2 равны). Иначе: центры — точки на биссектрисах, для которых расстояние до PPP равно расстоянию до L1L_1L1 . Следовательно, в общем случае число центров не превосходит 4 (до двух пересечений на каждой из двух биссектрис).