ベクトルを用いた円の方程式

ベクトルを用いた円の方程式

●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

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

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

となる.

■導出

●原点が中心で半径 r の円の方程式

原点が中心で半径 r の円の方程式は

x 2 + y 2 = r 2 ・・・・・・(1)

である.

p → = x , y より

p → = x 2 + y 2 ・・・・・・(2)

(ベクトルの大きさを参照)

(1),(2)より

p → = r ・・・・・・(3)

が得られる.

●点 C a , b が中心で半径 r の円の方程式

点 C a , b が中心で半径 r の円の方程式は

x − a 2 + y − b 2 = r 2 ・・・・・・(4)

である.

p → = x , y , c → = a , b より

p → − c → = x , y − a , b = x − a , y − b

p → − c → = x − a 2 − y − b 2 = x − a , y − b ・・・・・・(5)

(ベクトルの大きさを参照)

(4),(5)より

p → − c → = r ・・・・・・(6)

が得られる.

●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

円の中心は

x a + x b 2 , y a + y b 2

半径は

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

よって,線分 AB を半径とする円の方程式は

x − x a + x b 2 2 + y − y a + y b 2 2 = x a − x b 2 2 + y a − y b 2 2 ・・・・・・(7)

となる.(7)を式変形していく.

x − x a + x b 2 2 − x a − x b 2 2 + y − y a + y b 2 2 − y a − y b 2 2 = 0

x − x a + x b 2 − x a − x b 2 x − x a + x b 2 + x a − x b 2 + y − y a + y b 2 − y a − y b 2 y − y a + y b 2 + y a − y b 2 = 0

x − x a x − x b + y − y a y − y b = 0 ・・・・・・(8)

p → = x , y , a → = x a , y a , b → = x b , y b より

p → − a → = x − x a , y − y a ・・・・・・(9)

p → − b → = x − x b , y − y b ・・・・・・(10)

(8),(9),(10)より

p → − a → ⋅ p → − b → = 0 ・・・・・・(10)

(∵内積を参照)

が得られる.

◇円周角の定理を用いた導出

円周角の定理より, ∠ APB=90 ° より

AP → ⋅ BP → = 0 ・・・・・・(11)

の関係式が得られる.また

AP → = p → − a → ・・・・・・(12)

BP → = p → − b → ・・・・・・(13)

である.

(11),(12),(13)より(10)が得られる.

 

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最終更新日 2025年10月17日