円の方程式

  1. 中心:原点,半径: r
  2. 中心: C a , b ,半径: r の円の方程式
  3. 原点 O と点 Q a , b を結ぶ直線 OQ を直径とする円の方程式
  4. 複素数を用いた円の方程式
  5. ベクトルを用いた円の方程式

■中心:原点,半径: r の円の方程式

x 2 + y 2 = r 2

r θ を使って円周上の点 P を表すと

{ x = r cos θ y = r sin θ

となる.

x 2 + y 2 = rcosθ 2 + rsinθ 2

= r 2 cos 2 θ+ sin 2 θ

= r 2

■中心: C a , b ,半径: r の円の方程式[topへ]

( x a ) 2 + ( y b ) 2 = r 2

r θ を使って円周上の点P を表すと

{ x = a + r cos θ y = b + r sin θ

となる.

( x a ) 2 + ( y b ) 2 = ( a + r cos θ a ) 2 + ( b + r sin θ b ) 2

= rcosθ 2 + rsinθ 2

= r 2

 

■原点 O と点 Q a , b を結ぶ直線 OQ を直径とする円の方程式[topへ]

( x a 2 ) 2 + ( y b 2 ) 2 = a 2 + b 2 4

●式の導出 その1

円周角の定理より OPQ = 90 ° . よって, OP , QP 内積は, OP · QP = 0 となる. この関係を,ベクトルの成分で表すと

OP = ( x , y ) , QP = ( x a , y b )

より

x ( x a ) + y ( y b ) = 0

となる.上記のような円の方程式の形に変形すると

( x a 2 ) 2 + ( y b 2 ) 2 = a 2 + b 2 4

となる.

これが求める円の方程式である.

中心の座標は, ( a 2 , b 2 ) ,半径は, a 2 + b 2 2 となる.

内積を用いて円の方程式を導く方法は重要である.

●式の導出 その2

三平方の定理を用いて方程式を導くこともできます.

OQ 2 = OP 2 + QP 2 より

a 2 + b 2 = x 2 + y 2 + ( x a ) 2 + ( y b ) 2

a 2 + b 2 = x 2 + y 2 + x 2 2 a x + a 2 + y 2 2 b y + b 2

0 = 2 ( x 2 a x + y 2 b y )

x 2 a x + y 2 b y = 0

( x a 2 ) 2 + ( y b 2 ) 2 = a 2 + b 2 4

■複素数を用いた円の方程式[topへ]

● 複素平面上において,原点 O を中心とする半径 r  の 円の方程式

複素数を z = x + y i   とすると

| z | = r   ( r = x 2 + y 2

極形式で表すと

z = r ( cos θ + i sin θ )

となる.

 

● 複素平面上において,点 C α = a + b i  )を中心とする半径 r   の 円の方程式

複素数を z = x + y i   とすると

| z α | = r

| ( x y i ) ( a + b i ) | = r

| ( x a ) + ( y b ) i | = r

ただし, ( r = ( x a ) 2 + ( y b ) 2 )

となる.

● 複素平面において,点 A α = a + b i )と点 B β = c + d i )があり,線分 AB を直径とする円の方程式

複素数を z = x + y i   とすると

arg z α z β = ± 90 °

円周角の定理と複素数平面での2直線のなす角を参照)

あるいは

円の中心が α + β 2 ,円の半径が | α β | 2 となるので

| z α + β 2 | = | α β | 2

と表すこともできる.

■ベクトルを用いた円の方程式[topへ]

●原点が中心で半径 r の円の方程式

円周上の点 P の位置ベクトルを p = x , y とすると,円の方程式は

p = r  導出

となる.

●点 C a , b が中心で半径 r の円の方程式

円周上の点 P の位置ベクトルを p = x , y ,点 C の位置ベクトルを c = a , b とすると,円の方程式は

p c = r  導出

となる.

●点 A x a , y a ,点 B x b , y b において,線分 AB を直径とする円の方程式

円周上の点 P の位置ベクトルを p = x , y ,点 A の位置ベクトルを a = x a , y a ,点 B の位置ベクトルを b = x b , y b とすると,円の方程式は

p a p b = 0  導出

となる.

 

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最終更新日: 2026年8月13日