1. Odległość punktu od prostej
Wyobraź sobie punkt P nad prostą. Możesz połączyć go z wieloma punktami na tej prostej. Najkrótszy będzie odcinek poprowadzony prostopadle do prostej. To właśnie nazywamy odległością punktu od prostej.
2. Prosta i okrąg — trzy sytuacje
Oznaczmy przez r promień okręgu, a przez d odległość jego środka od prostej.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku
- Porównujemy odległość d z promieniem r = 7 cm.
- a) 5 < 7, więc są 2 punkty.
- b) 7 = 7, więc jest 1 punkt.
- c) 9 > 7, więc jest 0 punktów.
3. Styczna i kąt prosty
Styczna dotyka okręgu w jednym punkcie. Promień poprowadzony do tego punktu jest prostopadły do stycznej. To daje nam trójkąt prostokątny i możliwość użycia twierdzenia Pitagorasa.
- Promień OP jest prostopadły do stycznej, więc trójkąt OPA jest prostokątny.
- Przeciwprostokątna to AO, zatem AO² = OP² + AP².
- AO² = 6² + 8² = 36 + 64 = 100.
- AO = 10 cm.
Uwaga: na schemacie litery ilustrują zasadę; w obliczeniach korzystamy z długości podanych w treści.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku
- OP jest prostopadły do AP.
- Z Pitagorasa: OP² + 12² = 13².
- OP² = 169 − 144 = 25.
- r = OP = 5 cm.
4. Dwie styczne z jednego punktu
Jeżeli z punktu P poza okręgiem poprowadzimy dwie styczne, to odcinki od P do punktów styczności mają taką samą długość.
Obie styczne wychodzą z tego samego punktu P, więc PB = PA = 9 cm.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku
- W trójkącie OAP kąt A jest prosty.
- PA² = OP² − OA² = 13² − 5² = 144, więc PA = 12 cm.
- PB = PA = 12 cm.
- Obwód PAOB = PA + AO + OB + BP = 12 + 5 + 5 + 12 = 34 cm.
5. Ile wspólnych stycznych mają dwa okręgi?
Nie musisz zapamiętywać skomplikowanego rysunku. Najpierw wyobraź sobie, czy okręgi są daleko od siebie, dotykają się, przecinają, czy jeden znajduje się w drugim.
| Położenie okręgów | Rysunek | Liczba wspólnych stycznych |
|---|---|---|
| Rozłączne zewnętrznie | 4 | |
| Styczne zewnętrznie | 3 | |
| Przecinające się w dwóch punktach | 2 | |
| Styczne wewnętrznie | 1 | |
| Rozłączne wewnętrznie (jeden wewnątrz drugiego) | 0 |
Jeśli odległość między środkami oznaczymy przez d, a promienie przez R ≥ r, możemy rozpoznać położenie z liczb:
| Warunek | Położenie | Rysunek |
|---|---|---|
| d > R + r | Rozłączne zewnętrznie | |
| d = R + r | Styczne zewnętrznie | |
| R − r < d < R + r | Przecinające się | |
| d = R − r i d > 0 | Styczne wewnętrznie | |
| 0 ≤ d < R − r | Rozłączne wewnętrznie |
Szczególny przypadek: dwa identyczne, pokrywające się okręgi mają nieskończenie wiele wspólnych stycznych.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku
Suma promieni: 4 + 7 = 11 cm. Różnica: 7 − 4 = 3 cm.
- a) 13 > 11 → rozłączne zewnętrznie → 4.
- b) 11 = 11 → styczne zewnętrznie → 3.
- c) 3 < 6 < 11 → przecinające się → 2.
- d) 3 = 3 → styczne wewnętrznie → 1.
- e) 2 < 3 → rozłączne wewnętrznie → 0.
6. Prosta w układzie współrzędnych
Jak sprawdzić, ile punktów wspólnych ma prosta z okręgiem? Wyobraź sobie poziomą linię, którą możesz przesuwać w górę i w dół. Gdy przechodzi przez okrąg — przecina go dwa razy. Gdy tylko go dotyka — ma jeden punkt wspólny. Gdy jest za daleko — nie ma żadnego.
Krok 1. Co oznacza y = m? Jest to prosta pozioma. Liczba m mówi nam, na jakiej wysokości ją narysować. Na przykład y = 2 przechodzi przez środek okręgu.
Krok 2. Zobacz trzy sytuacje. Na wszystkich rysunkach okrąg jest dokładnie ten sam — zmienia się tylko położenie niebieskiej prostej.
Prosta y = 2 przechodzi przez środek S. Jej odległość od środka wynosi 0, czyli mniej niż promień 4.
Prosta y = 6 dotyka okręgu u góry. Od środka jest oddalona o 6 − 2 = 4, czyli dokładnie o promień.
Prosta y = 7 leży za okręgiem. Od środka dzieli ją 7 − 2 = 5, czyli więcej niż promień 4.
Krok 3. Jak policzyć odległość dla dowolnego m? Środek okręgu jest na wysokości 2, a prosta na wysokości m. Odległość to d = |m − 2|. Wartość bezwzględna oznacza, że odległość jest zawsze nieujemna — niezależnie od tego, czy prosta leży nad środkiem, czy pod nim.
Krok 4. Porównujemy odległość z promieniem 4.
| Porównanie | Co to znaczy? | Wynik |
|---|---|---|
| |m − 2| < 4 | Prosta przechodzi przez okrąg | 2 punkty, gdy −2 < m < 6 |
| |m − 2| = 4 | Prosta tylko dotyka okręgu | 1 punkt, gdy m = −2 lub m = 6 |
| |m − 2| > 4 | Prosta jest poza okręgiem | 0 punktów, gdy m < −2 lub m > 6 |
Dlaczego granice to −2 i 6? Środek jest na wysokości 2, a promień ma długość 4. Najniższy punkt okręgu ma więc wysokość 2 − 4 = −2, a najwyższy 2 + 4 = 6.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku
- Prosta jest pionowa, więc porównujemy m ze współrzędną x środka: 3.
- Styczne są w x = 3 − 2 = 1 i x = 3 + 2 = 5.
- 1 punkt: m = 1 lub m = 5.
- 2 punkty: 1 < m < 5.
- 0 punktów: m < 1 lub m > 5.
7. Długość cięciwy — Pitagoras w praktyce
Cięciwa to odcinek łączący dwa punkty okręgu. Prostopadła poprowadzona ze środka okręgu do cięciwy dzieli ją na dwie równe części.
Jak obliczyć długość cięciwy? Nie trzeba uczyć się nowego wzoru. Wystarczy narysować promień i odcinek prostopadły ze środka okręgu do cięciwy. Otrzymamy trójkąt prostokątny, więc możemy zastosować twierdzenie Pitagorasa.
- Na rysunku widzimy trójkąt prostokątny OPA. Promień OA = 5 cm to przeciwprostokątna, a odległość OP = 3 cm to jedna z przyprostokątnych. Szukamy AP.
- Zapisujemy twierdzenie Pitagorasa: OP² + AP² = OA², czyli 3² + AP² = 5².
- Liczymy po kolei: 9 + AP² = 25, zatem AP² = 16 i AP = 4 cm.
- AP to tylko połowa cięciwy! Ponieważ AP = PB, cała cięciwa ma długość AB = 4 + 4 = 8 cm.
Odpowiedź: Długość cięciwy wynosi 8 cm.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku
- Odległość środka S(2,0) od prostej y = −3 to d = |0 − (−3)| = 3.
- Z twierdzenia Pitagorasa: 3² + AP² = 4², czyli AP² = 16 − 9 = 7, więc AP = √7.
- Cała cięciwa ma długość 2√7.
Pokaż rozwiązanie krok po kroku
- Odległość środka od prostej pionowej: d = |−3 − 1| = 4.
- Połowa cięciwy ma długość 6 : 2 = 3.
- Z twierdzenia Pitagorasa: r² = 4² + 3² = 25.
- r = 5.
8. Trening przed sprawdzianem
Najpierw spróbuj rozwiązać samodzielnie. Dopiero potem rozwiń podpowiedź i pełne rozwiązanie.
Rozwiązanie
OP ⟂ AP, więc AO² = 9² + 12² = 225. AO = 15 cm.
Rozwiązanie
8 − 3 = 5, czyli okręgi są styczne wewnętrznie. Mają 1 wspólną styczną.
Rozwiązanie
Prosta jest pozioma. Odległość od środka wynosi |m − 4|. Potrzebujemy |m − 4| < 3, więc −3 < m − 4 < 3. Dodajemy 4: 1 < m < 7.
Rozwiązanie
Połowa cięciwy to 8 cm. Z Pitagorasa: d² + 8² = 10², zatem d² = 36, czyli d = 6 cm.
Rozwiązanie krok po kroku
- Oznacz promień przez r, a długość każdej stycznej przez t.
- Obwód: 2r + 2t = 46, czyli r + t = 23.
- W trójkącie prostokątnym: r² + t² = 17² = 289.
- Z (r + t)² = r² + t² + 2rt mamy 529 = 289 + 2rt, więc rt = 120.
- Liczby r i t mają sumę 23 i iloczyn 120, więc są to 8 i 15.
- Możliwe promienie: 8 cm lub 15 cm. W obu przypadkach długość stycznej to druga z tych liczb.
9. Najważniejsze rzeczy do zapamiętania
| Gdy widzisz w zadaniu… | Pomyśl o… |
|---|---|
| Prosta i okrąg | Porównaniu d z r |
| Styczna i promień | Kącie prostym 90° |
| Dwie styczne z punktu P | Równości PA = PB |
| Dwa okręgi | Sumie i różnicy promieni |
| Prosta x = m lub y = m | Odległości od odpowiedniej współrzędnej środka |
| Cięciwa i promień | Połowie cięciwy i twierdzeniu Pitagorasa |