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两圆的公切线夹角的计算公式
唐小平
(甘肃省武都县两水中学.746010)
通过两圆位置关系的学习我们知道:当两圆外离、外切、相交时有两条外公切线;当且仅当两圆外离时有两条内公切线.下面就分别讨论两圆公切线夹角的计算,推导出公式后以提高解相关的客观性命题的速度.
一、 两圆外公切线夹角的计算
我们不妨以两圆外离为例加以讨论.
如图所示,☉O1,☉O2的外公切线AB和CD相交于P(A、B、C、D 为切点),其半径分别为r和R,圆心距O1O2 =d.连结O1A、O2B, 则O1A⊥AB,O2B⊥AB.过O1作O1E⊥O2B,垂足为E,于是四边形O1EBA为矩形,所以O2E=O2B-EB=O2B-O1A=R-r,于是sin∠EO1O2=计算出
O2ERr
=.若dO1O2
Rr
是特殊角的正弦值,则可直接求出∠EO1O2,否则可通过查d
表或计算器求出∠EO1O2,然后得AB与CD的夹角BPD=2∠EO1O2.
对于两圆外切和相交的情况,其讨论办法和结论与两圆外离时相同,此处就不再罗嗦.
二、 两圆内公切线夹角的计算
如图所示,☉O1,☉O2 的内公切线FG和XY相交于点M(F、G、X、Y为切点),其半径分别为r和R(r<R),圆心距O1O2=d.连结O1X,O2Y,过O1作O2Y延长线的垂线,垂足为Q,则易证∠O2YM=∠O2QO1= ∠O1XM =90º,且∠O2MY=∠O2O1Q=∠GMO2,O2Q=R+r,于是sin∠O2O1Q=若计算出
Rrd
O1QRr
=.O1O2d
是特殊角的正弦值,则可直接求出∠O2O1Q,否则可通过
查表或用计算器求出∠O2O1Q,然后得到FG和XT的夹角∠GMY=2∠O2O1Q(或∠GMY=180º-2∠O2O1Q).
综上所述,设两圆的半径分别为R和r,圆心距为d,外公切线夹角为α,内公切线夹角为β(β是其中一夹角,另一夹角可写成180º-β),则sin
2Rrd
,sin
2
Rr
.这就是两圆的公切线夹d
角的计算公式.
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