Bài viết Vị trí tương đối của hai đường tròn, của đường thẳng và đường tròn với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Vị trí tương đối của hai đường tròn, của đường thẳng và đường tròn.
Vị trí tương đối của hai đường tròn, của đường thẳng và đường tròn
(199k) Xem Khóa học Toán 10 KNTTXem Khóa học Toán 10 CDXem Khóa học Toán 10 CTST
A. Phương pháp giải
+ Vị trí tương đối của hai đường tròn :
Cho hai đường tròn (C1): tâm I1; bán kính R1 và đường tròn (C2): Tâm I2 bán kính R2.
– Nếu I1I2 > R1 + R2 thì hai đường tròn không có điểm chung .
– Nếu I1I2 = R1 + R2 thì hai đường tròn tiếp xúc ngoài
– Nếu I1I2 = |R1 – R2 | thì hai đường tròn tiếp xúc trong.
– Nếu R1 – R2 < I1I2 < R1 + R2 thì hai đường tròn cắt nhau ( với R1 > R2) .
+ Vị trí tương đối của đường thẳng và đường tròn :
Cho đường thẳng d và đường tròn ( C): tâm I; bán kính R:
– Nếu d( I; d) = R thì đường thẳng tiếp xúc với đường tròn.
– Nếu d( I; d) > R thì đường thẳng và đường tròn không có điểm chung.
– Nếu d(I; d) < R thì đường thẳng và đường tròn cắt nhau tại hai điểm phân biệt.
B. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1. Tìm giao điểm 2 đường tròn ( C1) : x2 + y2 – 4 = 0 và (C2) : x2 + y2 – 4x – 4y + 4 = 0
A. (√2; √2) và (√2; – √2) B. (0 ; 2) và (0 ; – 2)
C. (2 ; 0) và (0 ;2) D. Đáp án khác
Hướng dẫn giải
Tọa độ giao điểm của 2đường tròn đã cho thỏa mãn hệ phương trình:
Vậy giao điểm A(0; 2) và B( 2; 0).
Chọn C.
Ví dụ 2 : Xác định vị trí tương đối giữa 2 đường tròn (C1) : x2 + y2= 4 và đường tròn (C2) : (x + 10)2 + (y – 16)2 = 1.
A. Cắt nhau. B. Không cắt nhau. C. Tiếp xúc ngoài. D. Tiếp xúc trong.
Hướng dẫn giải
+ Đường tròn C1 có tâm và bán kính: I1 ( 0; 0) và R1 = 2
+ Đường tròn ( C2) có tâm và bán kính: I2( – 10; 16) và R2 = 1.
Khoảng cách giữa hai tâm I1I2 = = 2√89 > R1 + R2 .
Vậy ( C1) và ( C2) không có điểm chung.
Chọn B.
Ví dụ 3: Tìm giao điểm 2 đường tròn (C1) : x2 + y2 – 2 = 0 và (C2) : x2 + y2 – 2x = 0
A. (2 ; 0) và (0 ; 2) . B. (√2; 1) và (1; -√2) .
C. (1; – 1) và (1; 1) D. ( – 1 ; 0) và (0 ; – 1) .
Hướng dẫn giải
Giao điểm nếu có của hai đường tròn đã cho là nghiệm hệ phương trình:
Vậy hai giao điểm là A( 1; 1) và B( 1; – 1) .
Chọn C.
Ví dụ 4: Tìm tọa độ giao điểm của đường thẳng ∆ : y = x và đường tròn (C) : x2 + y2 – 2x = 0 .
A. ( 0; 0) B. (0; 0) và (1;1) . C. (2; 0) D. (1;1)
Hướng dẫn giải
Giao điểm nếu có của đường thẳng ∆ và đường tròn ( C) là nghiệm hệ phương trình:
Vậy đường thẳng cắt đường tròn tại hai điểm là A( 0; 0) và B (1; 1).
Chọn B
Ví dụ 5 : Tọa độ giao điểm của đường tròn (C) : x2 + y2 – 2x – 2y + 1 = 0 và đường thẳng ∆ :
A. (1 ; 2) và ( 2 ;1) B. (1 ;2) và ( ; ).
C. ( 2 ;5) D. (1 ; 0) và (0 ;1)
Hướng dẫn giải
Thế vào (C) ta có:
( 1 + t)2 + ( 2 + 2t)2 – 2( 1 + t) – 2( 2 + 2t) + 1 = 0
⇔ 1 + 2t + t2 + 4 + 8t + 4t2 – 2 – 2t – 4 – 4t + 1 = 0
⇔ 5t2 + 4t = 0
⇔
Chọn B
Ví dụ 6 : Xác định vị trí tương đối giữa 2 đường tròn ( C1) : x2 + y2 = 4 và đường tròn ( C2) : ( x – 3)2 + ( y – 4)2 = 25.
A. Không cắt nhau. B. Cắt nhau. C. Tiếp xúc ngoài. D. Tiếp xúc trong.
Hướng dẫn giải
Đường tròn ( C1) có tâm I1( 0; 0) và bán kính R1 = 2
Đường tròn ( C2) có tâm I2(3; 4) và bán kính R2 = 5
Khoảng cách hai tâm I1I2 = = 5.
Ta có: R2 – R1 = 3 < I1I2 = 5 < R2 + R1 = 7 nên 2 đường tròn trên cắt nhau.
Chọn B.
Ví dụ 7 : Đường tròn x2 + y2 – 2x – 2y – 23 = 0 cắt đường thẳng d : x + y – 2 = 0 theo một dây cung có độ dài bằng bao nhiêu?
A. 10 B. 8 C. 6 D. 3√2.
Hướng dẫn giải
+ Đường tròn ( C) có tâm I( 1; 1) và bán kính R= 5.
+ Khoảng cách từ tâm I đến đường thẳng d là:
d(I,d) = = 0
⇒ điểm I thuộc đườngthẳng d nên đường thẳng ( d) cắt đường tròn ( C) tại hai điểm M và N trong đó MN là đường kính của đường tròn.
⇒ MN = 2R = 10
Vậy đường thẳng d cắt đường tròn( C) theo một dây cung có độ dài là 10.
Chọn A.
Ví dụ 8: Cho đương tròn C1) có tâm I1(1; 0); bán kính R1 = 1 và đường tròn (C2) có tâm I2( – 5; 8), bán kính R2 = 11. Xác định vị trí tương đối của hai đường tròn (C1) và ( C2)?
A. Tiếp xúc ngoài B. Tiếp xúc trong
C. Cắt nhau D. Không cắt nhau
Lời giải
+ Khoảng cách hai tâm là: I1I2 = = 10
⇒ I1I2 = R2 – R1 = 10
⇒ Hai đương thẳng đã cho tiếp xúc trong.
Chọn B.
Ví dụ 9: Cho đương tròn C1) có tâm I1(2; – 3); bán kính R1 = 3 và đường tròn (C2) có tâm I2(4; 7), bán kính R2 = 6. Xác định vị trí tương đối của hai đường tròn (C1) và ( C2)?
A. Tiếp xúc ngoài B. Tiếp xúc trong
C. Cắt nhau D. Không cắt nhau
Lời giải
+ Khoảng cách hai tâm là: I1I2 = = √104
⇒ I1I2 > R2 + R1 = 9
⇒ Hai đường tròn đã cho không cắt nhau.
Chọn D.
Ví dụ 10. Cho đường tròn ( C): x2 + y2 – 2x + 4y = 0. Đường thẳng d: 2x – y + m = 0. Tìm m để đường thẳng d cắt đường tròn ?
A. – 7 < m < 1 B. – 9 ≤ m ≤ 1 C. – 9 < m < 1 D. – 9 < m ≤ 1
Lời giải
+ Đường tròn ( C) có tâm I ( 1; – 2) và bán kính R = = √5
+ Khoảng cách từ tâm I đến đường thẳng d:
d(I; d) =
+ Để đường thẳng cắt đường tròn khi và chỉ khi đường thẳng và đường tròn tiếp xúc nhau hoặc cắt nhau nên:
d(I; d) ≤ R ⇔ ≤ √5
⇔ |4 + m| ≤ 5
⇔ – 5 ≤ 4 + m ≤ 5 ⇔ – 9 ≤ m ≤ 1
Vậy để đường thẳng d cắt đường tròn khi – 9 ≤ m ≤ 1
Chọn B.
C. Bài tập vận dụng
Câu 1: Tìm giao điểm 2 đường tròn (C1): x2 + y2 – 4 = 0 và (C2): x2 + y2 – 4x – 4y + 4 = 0
A. (√2; √2) và (√2; – √2) . B. (0 ; 2) và (0 ; – 2)
C. (2 ; 0) và ( 0 ; 2) D. (2 ; 0) và ( – 2 ;0)
Lời giải:
Đáp án: C
Giao điểm của hai đường tròn đã cho là nghiệm hệ phương trình :
Vậy giao điểm A( 0; 2) và B( 2; 0)
Câu 2: Tìm toạ độ giao điểm hai đường tròn (C1): x2 + y2 = 5 và (C2): x2 + y2 – 4x – 8y + 15 = 0
A. (1 ; 2) và (√2; √3) . B. (1; 2) và ( – 2 ; 1)
C. (1 ; 2) và (√3; √2) . D. (1;2).
Lời giải:
Đáp án: D
Giao điểm nếu có của hai đường tròn đã cho là nghiệm hệ phương trình:
Vậy toạ độ giao điểm là ( 1; 2) .
Câu 3: Đường tròn ( C) : ( x – 2)2 + ( y – 1)2 = 25 không cắt đường thẳng nào trong các đường thẳng sau đây?
A. Đường thẳng đi qua điểm (2 ;6) và điểm ( – 1 ; 2)
B. Đường thẳng có phương trình y – 4 = 0.
C. Đường thẳng đi qua điểm ( 3 ; – 2) và điểm ( 19; 33) .
D. Đường thẳng có phương trình x – 8 = 0.
Lời giải:
Đáp án: D
Đường tròn có tâm và bán kính là I( 2; 1) và bán kính R= 5.
Xét khoảng cách d từ tâm I đến từng đường thẳng và so sánh với R. Nếu d > R thì đường tròn không cắt đường thẳng
* Đường thẳng (a) đi qua điểm (2 ; 6) và điểm ( – 1 ;2) nhận u→( 3 ; 4) làm VTCP nên nhận n→( 4 ; – 3) làm VTPT
⇒ Phương trình ( a) : 4( x – 2) – 3( y – 6) = 0 hay 4x – 3y + 10 = 0
⇒ d( I ; a) = = 3 < R
⇒ Đường tròn ( C) cắt đường thẳng này .
* ∆2: y – 4 = 0 ⇒ khoảng cách d(I, ∆2) = 3 < R ⇒ (C) cắt ∆1
* Đường thẳng ( b) đi qua điểm (3 ; – 2) và điểm ( 19 ; 30) nhận VTCP u→(16 ; 32) nên nhận vTPT là n→( 2 ; – 1)
⇒ Phương trình ( b) : 2( x – 3) – 1(y + 2) = 0 hay 2x – y – 8 = 0
⇒ d( I ;b) = = √5 < R
⇒ Đường tròn ( C) có căt đường thẳng (b).
*∆4: x – 8 = 0 ⇒ khoảng cách d(I, ∆4) = 6 < R ⇒ (C) không cắt ∆4.
Câu 4: Tìm tọa độ giao điểm của đường thẳng ∆ : x – 2y + 3 = 0 và đường tròn (C) : x2 + y2 – 2x – 4y = 0
A. (3; 3) và ( – 1; 1). B. ( – 1; 1) và ( – 3; 3). C. (3; 3) và (1; 2) . D. (2 ; 1) và (2 ; – 1).
Lời giải:
Đáp án: A
Tọa độ giao điểm là nghiệm của hệ phương trình sau
Vậy tọa độ giao điểm là (3; 3) và ( – 1 ; 1).
Câu 5: Xác định vị trí tương đối giữa 2 đường tròn (C1) : x2 + y2 – 4x = 0 và (C2) : x2 + y2 + 8y = 0.
A. Tiếp xúc trong. B. Không cắt nhau. C. Cắt nhau. D. Tiếp xúc ngoài.
Lời giải:
Đáp án: C
Đường tròn (C1): x2 + y2 – 4x = 0 có tâm I1( 2; 0) và bán kính R1 = 2.
Đường tròn (C2) : x2 + y2 + 8y = 0 có tâm I2( 0; – 4) , bán kính R2 = 4.
Khoảng cách hai tâm : I1I2 = = 2√5
Ta có R2 – R1 < I1I2 = 2√5 < R2 + R1 nên hai đường tròn cắt nhau.
Câu 6: Tìm tọa độ giao điểm của đường thẳng ∆: x + y – 7 = 0 và đường tròn (C): x2 + y2 – 25 = 0 .
A. (3 ;4) và ( – 4 ; 3). B. (4 ; 3) C. (3 ; 4) D. (3; 4) và (4; 3).
Lời giải:
Đáp án: D
Giao điểm nếu có của đường thẳng và đường tròn là nghiệm của hệ phương trình:
Vậy đường thẳng cắt đường tròn tại hai điểm là ( 4; 3) và ( 3; 4)
Câu 7: Đường tròn x2 + y2 – 4x + 6y – 12 = 0 cắt đường thẳng (d) : x – y – 3 = 0 theo một dây cung có độ dài bằng bao nhiêu?
A. 5 B. 2√23 C. 10 D. 5√2
Lời giải:
Đáp án: B
+ Đường tròn ( C) có tâm I( 2; – 3) và bán kính R = 5.
+ Khoảng cách từ tâm I đến đường thẳng d là:
d(I, d) = = √2 < R
⇒ đường thẳng ( d) cắt đường tròn ( C) tại hai điểm M và N.
+ Gọi H là hình chiếu của I lên MN. Khi đó; H là trung điểm của MN ( quan hệ đường kính vuông góc với dây) .
+ Ta có IH = d(I, d) = √2
Áp dụng định lí Pytago vào tam giác MIH ta có
MI2 = IH2 + HM2 ⇒ 52 = 2 + HM2 ⇒ HM2 = 23 nên HM= √23
Do H là trung điểm của MN nên MN = 2HM = 2√23
Câu 8: Đường tròn (C) : (x – 2)2 + (y – 1)2 = 25 không cắt đường thẳng nào trong các đường thẳng sau đây?
A. Đường thẳng đi qua điểm (2 ; 6) và điểm (45 ; 50) .
B. Đường thẳng có phương trình y – 4 = 0 .
C. Đường thẳng đi qua điểm (3 ; – 2) và điểm (19 ; 33)
D. Đường thẳng có phương trình x – 8 = 0.
Lời giải:
Đáp án: D
Đường tròn có tâm và bán kính là: I(2; 1) và R = 5.
Xét khoảng cách d từ tâm I đến từng đường thẳng và so sánh với R:
* Đường thẳng đi qua điểm (2 ;6) và điểm (45 ; 50) : ∆1: 44x – 43y + 170 = 0
⇒ khoảng cách d(I; ∆1) = < R nên (C) cắt ∆1
* ∆2 : y – 4 = 0 ⇒ khoảng cách d(I; ∆2) = 3 < R nên (C) cắt ∆2
* Đường thẳng đi qua điểm (3 ; – 2) và điểm (19 ; 33): ∆3 : 35x – 16y – 137 = 0
⇒ khoảng cách d(I; ∆1) = < R ⇒ (C) cắt ∆3
* ∆4 : x – 8 = 0 ⇒ khoảng cách d(I; ∆4) = 6 > R nên (C) không cắt ∆4
Câu 9: Xác định vị trí tương đối giữa 2 đường tròn (C1) : x2 + y2 = 4 và (C2) : (x + 10)2 + (y – 16)2 = 1.
A. Cắt nhau. B. Không cắt nhau. C. Tiếp xúc ngoài. D. Tiếp xúc trong.
Lời giải:
Đáp án: B
Đường tròn (C1) có tâm và bán kính: I1 = (0; 0) , và R1 = 2; (C2) có tâm I2 ( – 10; 16) và bán kính R2 = 1; khoảng cách giữa hai tâm I1I2 = = 2√89 > R1 + R2 .
Vậy 2 đường tròn đã cho không có điểm chung.
Câu 10: Đường tròn nào dưới đây đi qua điểm A( 4; – 2)
A. x2 + y2 – 2x + 6y = 0. B. x2 + y2 – 4x + 7y – 8 = 0.
C. x2 + y2 – 6x – 2y + 9 = 0. D. x2 + y2 + 2x – 20 = 0.
Lời giải:
Đáp án: A
Thế tọa độ của điểm A vào phương trình đường tròn x2 + y2 – 2x + 6y = 0. ta có:
42 + ( – 2)2 – 2.4 + 6.( – 2) = 0
⇒ điểm A thuộc đường tròn.
Câu 11: Cho đương tròn C1) có tâm I1(3; 4); bán kính R1 = 5 và đường tròn (C2) có tâm I2(7; 1), bán kính R2 = 10. Xác định vị trí tương đối của hai đường tròn (C1) và ( C2)?
A. Tiếp xúc ngoài B. Tiếp xúc trong
C. Cắt nhau D. Không cắt nhau
Lời giải:
Đáp án: B
+ Khoảng cách hai tâm là: I1I2 = = 5
⇒ I1I2 = R2 – R1 = 5
⇒ Hai đường thẳng đã cho tiếp xúc trong.
D. Bài tập tự luyện
Bài 1. Cho điểm B(2;4). Hãy xác định vị trí tương đối của đường tròn (B; 3) với hai trục Ox; Oy.
Bài 2. Cho hai đường thẳng a và b song song với nhau cách nhau một khoảng là 4 cm. Lấy điểm O trên a vẽ đường tròn (O; 4 cm). Chứng minh O tiếp xúc với b.
Bài 3. Cho hai đường thẳng d1 và d2 song song với nhau và cách nhau một khoảng 6cm. Vẽ đường tròn (O;4 cm) có tâm O nằm trên đường thẳng song song với d1 và d2 cách d1 là 4 cm và cách d2 là 2 cm. Chứng minh (O; 4 cm) tiếp xúc với d1 và cắt d2.
Bài 4. Cho hai đường thẳng d1 và d2 song song với nhau cách nhau một khoảng 6 cm. Một đường tròn tâm O tiếp xúc với cả hai đường thẳng d1 và d2. Hỏi tâm O nằm trên đường nào?
Bài 5. Cho hình vuông ABCD. Trên đường chéo BD lấy H sao cho BH = AB. Qua H kẻ đường thẳng vuông góc với BD cắt AD cắt AD tại O.
a) So sánh OA; OH và HD.
b) Xác định vị trí tương đối của BD với (O; OA).
(199k) Xem Khóa học Toán 10 KNTTXem Khóa học Toán 10 CDXem Khóa học Toán 10 CTST
Xem thêm các dạng bài tập Toán 10 có đáp án hay khác:
- Viết phương trình đường tròn đi qua 3 điểm (đường tròn ngoại tiếp tam giác)
- Viết phương trình tiếp tuyến của đường tròn tại 1 điểm, đi qua 1 điểm
- Lập phương trình đường tròn thỏa mãn điều kiện cho trước
- Viết phương trình đường tròn C’ đối xứng với đường tròn C qua 1 điểm, 1 đường thẳng
- Các dạng bài tập khác về đường tròn trong mặt phẳng
Để học tốt lớp 10 các môn học sách mới:
- Giải bài tập Lớp 10 Kết nối tri thức
- Giải bài tập Lớp 10 Chân trời sáng tạo
- Giải bài tập Lớp 10 Cánh diều
