14. 写出与圆 \( x^2 + y^2 = 1 \) 和 \( (x - 3)^2 + (y - 4)^2 = 16 \) 都相切的一条直线的方程________________.
第一步:分析两圆位置关系
圆 \( C_1: x^2 + y^2 = 1 \),圆心为 \( O_1(0, 0) \),半径 \( r_1 = 1 \);
圆 \( C_2: (x - 3)^2 + (y - 4)^2 = 16 \),圆心为 \( O_2(3, 4) \),半径 \( r_2 = 4 \)。
两圆心之间的距离为:
因为 \( r_1 + r_2 = 1 + 4 = 5 = d \),所以两圆外切!共有 3 条公切线。
第二步:求解最便捷的内公切线(过切点)
连心线 \( O_1 O_2 \) 的斜率为 \( k_{O_1 O_2} = \frac{4 - 0}{3 - 0} = \frac{4}{3} \)。
内公切线垂直于连心线,故其斜率为:
因为两圆外切,内公切线到 \( O_1(0,0) \) 的距离等于半径 1,设方程为 \( 3x + 4y + C = 0 \):
切点在第一象限,故 \( C = -5 \),方程为 \( 3x + 4y - 5 = 0 \)(即 \( y = -\frac{3}{4}x + \frac{5}{4} \))。
第三步:其他备选外公切线
• 观察可知,竖直直线 \( x = -1 \) 与圆 \( C_1 \) 切于 \( (-1, 0) \),到 \( O_2(3, 4) \) 的距离为 \( |3 - (-1)| = 4 = r_2 \),恰好也是一条公切线!
• 另一条外公切线方程为 \( 7x - 24y - 25 = 0 \)(即 \( y = \frac{7}{24}x - \frac{25}{24} \))。
本题为开放性填空,写出上述任意一条均可得满分!
• 设斜率忘记讨论垂直: 若直接设点斜式 \( y = kx + b \),会漏掉垂直于 x 轴的切线 \( x = -1 \)。
• 未判断外切: 盲目联立圆方程硬解方程组,计算量暴增且容易算错。
两圆公切线条数与位置关系模型:外离(4条)、外切(3条)、相交(2条)、内切(1条)、内含(0条)。外切题必首选内公切线,直接法向量垂直连心线秒解!
直接设斜截式 \( y=kx+b \) 时丢掉 \( x=-1 \) 的情形。求切线凡设斜率必验斜率不存在!
几何法一眼直给:圆心在原点半径 1,圆心在 (3,4) 半径 4,左边界 \( x = 0 - 1 = -1 \),右圆左边界 \( x = 3 - 4 = -1 \),两圆共同切于竖直线 \( x = -1 \)!5 秒直接手写 \( x = -1 \),全卷最快满分!
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