Задание 18
тема 25 из 26

Две окружности

Положение двух окружностей задаёт расстояние между центрами dd: его сравнивают с суммой и разностью радиусов. Если окружности касаются, точка касания лежит на линии центров, и d=R+rd = R + r или d=R−rd = R - r. Отрезок общей касательной находят из прямоугольной трапеции, которую дают радиусы в точки касания: d2−(R−r)2\sqrt{d^2 - (R - r)^2} для внешней касательной и d2−(R+r)2\sqrt{d^2 - (R + r)^2} для внутренней.

Реже в задании18На карте навыков

Линия центров и общая касательная

Окружности с центрами O1O_1 и O2O_2 имеют радиусы R≥rR \ge r, расстояние между центрами d=O1O2d = O_1O_2.

  • Касание внешним образом: d=R+rd = R + r. Касание внутренним образом: d=R−rd = R - r.
  • Точка касания лежит на линии центров O1O2O_1O_2. Общая касательная в точке касания перпендикулярна линии центров.
  • Радиусы в точки касания общей касательной перпендикулярны ей и параллельны друг другу.
  • Отрезок внешней касательной: d2−(R−r)2\sqrt{d^2 - (R - r)^2}. Отрезок внутренней касательной: d2−(R+r)2\sqrt{d^2 - (R + r)^2}. При внешнем касании отрезок внешней касательной равен 2Rr2\sqrt{Rr}.
  • При внешнем касании отрезок общей внешней касательной виден из точки касания под прямым углом.

Взаимное положение двух окружностей

Расстояние между центрамиПоложениеОбщие точкиОбщие касательные
d>R+rd > R + rодна вне другой04
d=R+rd = R + rкасаются внешним образом13
R−r<d<R+rR - r < d < R + rпересекаются22
d=R−r>0d = R - r > 0касаются внутренним образом11
d<R−rd < R - rодна внутри другой00

Расстояние между центрами и общие касательные

d=6>R+r=4,5d = 6 > R + r = 4{,}5
Внешняя касательная: AB=d2−(R−r)2=33,75≈5,81AB = \sqrt{d^2 - (R - r)^2} = \sqrt{33{,}75} \approx 5{,}81.
Внутренняя касательная: CD=d2−(R+r)2=15,75≈3,97CD = \sqrt{d^2 - (R + r)^2} = \sqrt{15{,}75} \approx 3{,}97.
ABCDO₁O₂
Окружности лежат одна вне другой: общих точек нет, четыре общие касательные.
Положение окружностей зависит только от dd, RR и rr. Тяните центр O2O_2, меняйте радиусы.

Точка касания лежит на линии центров

Окружности касаются, если у них одна общая точка KK. В точке KK у них общая касательная, а радиусы в точку касания O1KO_1K и O2KO_2K ей перпендикулярны. Через точку KK проходит только одна прямая, перпендикулярная касательной, поэтому O1O_1, KK и O2O_2 лежат на одной прямой.

При внешнем касании точка KK лежит между центрами: O1O2=R+rO_1O_2 = R + r. При внутреннем касании центры лежат по одну сторону от KK: O1O2=R−rO_1O_2 = R - r. Если меньшая окружность к тому же проходит через центр большей, её диаметр — радиус большей.

OAO2PBCKML
Рисунок к пункту а). Точка касания AA лежит на линии центров OO2OO_2, поэтому AOAO — диаметр меньшей окружности.

Пример задания

Открытый банк ФИПИ

Две окружности касаются внутренним образом в точке A,A , причём меньшая проходит через центр большей. Хорда BCBC большей окружности касается меньшей в точке P.P . Хорды ABAB и ACAC пересекают меньшую окружность в точках KK и MM соответственно. 
а) Докажите, что прямые KMKM и BCBC параллельны. 
б) Пусть LL — точка пересечения отрезков KMKM и AP.AP . Найдите длину отрезка AL,AL , если радиус большей окружности равен 34,34 , а BC=32.BC = 32 .

Отрезок общей касательной

Прямая касается окружностей с центрами O1O_1 и O2O_2 в точках AA и BB. Радиусы O1AO_1A и O2BO_2B перпендикулярны касательной, поэтому параллельны. Опустите перпендикуляр O2HO_2H на прямую O1AO_1A: ABO2HABO_2H — прямоугольник, и O2H=ABO_2H = AB.

Внешняя касательная оставляет окружности по одну сторону: O1H=R−rO_1H = R - r, и по теореме Пифагора AB=d2−(R−r)2AB = \sqrt{d^2 - (R - r)^2}. Внутренняя касательная проходит между окружностями: O1H=R+rO_1H = R + r и AB=d2−(R+r)2AB = \sqrt{d^2 - (R + r)^2}. При внешнем касании d=R+rd = R + r, и отрезок внешней касательной равен (R+r)2−(R−r)2=2Rr\sqrt{(R + r)^2 - (R - r)^2} = 2\sqrt{Rr}.

Пример

Радиусы двух окружностей равны 8 и 3, расстояние между их центрами равно 13. Найдите длины отрезков общей внешней и общей внутренней касательных между точками касания.

13ABO1O2H
ABO2HABO_2H — прямоугольник, в треугольнике O1HO2O_1HO_2 катет O1H=R−rO_1H = R - r.
  1. 1.Внешняя касательная: O1H=8−3=5O_1H = 8 - 3 = 5, AB=O2H=132−52=144=12AB = O_2H = \sqrt{13^2 - 5^2} = \sqrt{144} = 12.
  2. 2.Внутренняя касательная: катет равен 8+3=118 + 3 = 11, отрезок 132−112=48=43\sqrt{13^2 - 11^2} = \sqrt{48} = 4\sqrt{3}.

Ответ: 1212 и 434\sqrt{3}

Из точки касания отрезок касательной виден под прямым углом

Окружности касаются внешним образом в точке KK, ABAB — их общая внешняя касательная. Проведите общую касательную в точке KK, она пересечёт ABAB в точке MM. Отрезки касательных из точки MM равны: MA=MK=MBMA = MK = MB. Треугольники AMKAMK и BMKBMK равнобедренные, сумма углов треугольника AKBAKB равна 2∠MKA+2∠MKB=180∘2\angle MKA + 2\angle MKB = 180^\circ, поэтому ∠AKB=90∘\angle AKB = 90^\circ.

Следствие: прямая BKBK второй раз пересекает первую окружность в конце диаметра ADAD, а прямая AKAK пересекает вторую окружность в конце диаметра BCBC: вписанный прямой угол опирается на диаметр.

ABDCMKO1O2
MA=MK=MBMA = MK = MB, поэтому ∠AKB=90∘\angle AKB = 90^\circ, а ADAD и BCBC — диаметры.

Пример задания

Открытый банк ФИПИ

Две окружности касаются внешним образом в точке K.K . Прямая ABAB касается первой окружности в точке A,A , а второй – в точке B.B . Прямая BKBK пересекает первую окружность в точке D,D , прямая AKAK пересекает вторую окружность в точке C.C .
а) Докажите, что прямые ADAD и BCBC параллельны.
б) Найдите площадь треугольника AKB,AKB , если известно, что радиусы окружностей равны 4 и 1.

Проверьте себя

00

Потренируйте навык

Все задания на этот навык

Решать