如何求圆的切线方程?
综述:
x²/a²-y²/b²=1.对x求导:2x/a²-2yy′/b²=0.(x0,y0)的切线斜率y′=x0b²/y0a²(x0,y0)的切线方程:(y-y0)=x0b²/y0a²(x-x0)。
注意到b²x0²-a²y0²=a²b².切线方程k可化简为:x0x/a²-y0y/b²=1。切线方程是研究切线以及切线的斜率方程,涉及几何、代数、物理向量、量子力学等内容。是关于几何图形的切线坐标向量关系的研究。分析方法有向量法和解析法。
向量法:
设圆上一点A为(x0,y0),则该点与圆心O的向量OA(x0-a,y0-b),因为过该点的切线与该方向半径垂直,则有切线方向上的单位向量与向量OA的点积为0。设直线上任意点B为(x,y),则对于直线方向上的向量AB(x-x0,y-y0),有向量AB与OA的点积。
AB●OA=(x-x0)(x0-a)+(y0-b)(y-y0)=(x-a+a-x0)(x0-a)+(y0-b)(y-b+b-y0)=(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)-(x0-a)^2-(y0-b)^2=0,故有(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)=(x0-a)^2+(y0-b)^2=r^2。
分析-解析法:
设圆上一点A为(x0,y0),则有:(x0-a)^2+(y0-b)^2=r^2,对隐函数求导,则有:2(x0-a)dx+2(y0-b)dy=0dy/dx=(a-x0)/(y0-b)=k。
(隐函数求导法亦可证明椭圆的切线方程,方法相同)或直接k1=(y0-b)/(x0-a); k*k1=-1;(k1为与切线垂直的半径斜率。)得k=(a-x0)/(y0-b) (以上处理是假设斜率存在,在后面讨论斜率不存在的情况)。
所以切线方程可写为:y=(a-x0)/(y0-b)x+B,将点(x0,y0),可求出B=(x0-a)x0/(y0-b)+y0,所以:y(y0-b)+(x0-a)x=(x0-a)x0+(y0-b)y0,(y0-b)(y-b+b-y0)+(x0-a)(x-a+a-x0)=0。
(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=(x0-a)^2+(y0-b)^2,(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=R^2,当斜率不存在时,切点为与x轴平行的直线过圆心与圆的交点。
此类切点有2个,不妨设为M(a-r,b);N(a+r,b),(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=r^2,将2点带入上式,亦成立,故得证。