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15解析几何★★★★☆
与直线 x+y−2=0x + y - 2 = 0 和曲线 x2+y2−12x−12y+54=0x^{2} + y^{2} - 12x - 12y + 54 = 0 都相切的半径最小的圆的标准方程是______.
\begin{answer}(x−2)2+(y−2)2=2\left(x - 2\right)^2 + \left(y - 2\right)^2 = 2\end{answer}
\begin{solution} 已知曲线化为
(x−6)2+(y−6)2=18(x-6)^2+(y-6)^2=18
所以其圆心为 O1(6,6)O_1(6,6),半径为 R=32R=3\sqrt{2}. 圆心到直线 x+y−2=0x+y-2=0 的距离为
d(O1,l)=∣6+6−2∣2=52d(O_1,l)=\frac{|6+6-2|}{\sqrt{2}}=5\sqrt{2}
设所求圆圆心为 PP,半径为 rr. 它与直线相切,所以 d(P,l)=rd(P,l)=r. 先考虑两圆外切,此时 PO1=R+rPO_1=R+r. 若 PP 与 O1O_1 位于直线两侧,则
PO1⩾d(O1,l)+d(P,l)=52+r>R+rPO_1\geqslant d(O_1,l)+d(P,l)=5\sqrt{2}+r>R+r
不可能外切;故二者在直线同侧,从而
PO1⩾d(O1,l)−d(P,l)=52−rPO_1\geqslant d(O_1,l)-d(P,l)=5\sqrt{2}-r
于是 R+r⩾52−rR+r\geqslant5\sqrt{2}-r,r⩾52−322=2r\geqslant\frac{5\sqrt{2}-3\sqrt{2}}{2}=\sqrt{2}. 若所求圆内切于已知圆,则它完全位于已知圆内,而已知圆到直线的最小距离为 52−32=22>05\sqrt{2}-3\sqrt{2}=2\sqrt{2}>0,不可能又与该直线相切;若已知圆内切于所求圆,则 r>R=32>2r>R=3\sqrt{2}>\sqrt{2}. 因此所有情形均有 r⩾2r\geqslant\sqrt{2}.
取圆心 P(2,2)P(2,2),则 d(P,l)=2d(P,l)=\sqrt{2},且
PO1=(6−2)2+(6−2)2=42=R+2PO_1=\sqrt{(6-2)^2+(6-2)^2}=4\sqrt{2}=R+\sqrt{2}
故该圆同时与直线和已知圆相切,并达到下界. 所求圆为
(x−2)2+(y−2)2=2(x-2)^2+(y-2)^2=2
\end{solution}

2007 · 山东 · 理 · 第 15 题 · 填空题

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