早大理工数学'07年[5]

xy平面において、点を中心とする半径5の円をC,点を中心とする半径4の円をDとする。C,Dの共通接線のうち、C,Dが異なる側にあり傾きが正であるものを,傾きが負であるものをとし、C,Dが同じ側にあり傾きが正であるものをmとする。以下の問に答えよ。
(1) 直線の方程式を求めよ。
(2) 直線mの方程式を求めよ。
(3) 三直線,,mのすべてに接しC,Dと異なる円をE,とする。二円E,の中心のx座標を求めよ。
(4) (3)の円E,の半径を求めよ。


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解答 (1)(2)は相似を考えて図形的に処理する方がラクですが、ここではオーソドックスにやってみます。

C,Dの共通接線の方程式を ・・・�@ とおきます。
題意より、�@ととの距離が
5なので(円と直線の位置関係を参照)、
 ・・・�A
�@ととの距離が4なので、
 ・・・�B
�A,�Bより、を消去して、絶対値を外すと、
 ・・・�C

�Cの複号のプラスをとると、
 ・・・�D
�Aより、
整理すると、

2乗して、
∴

これと�Dを�@に代入し、aで割る(なら直線を表さない)と、
 ・・・�E

�Cの複号のマイナスをとると、 ・・・�F
�Aより、

5で割り2乗すると、
∴

これと�Fを�@に代入し、aで割ると、
 ・・・�G

(1) �E,�Gのうち、C,Dが異なる側にあり傾きが正であるものは、
: ......[答]

(2) �E,�Gのうち、C,Dが同じ側にあり傾きが正であるものは、
m: ......[答]

(3) :
,を共通接線とする円の中心は、,のなす角の2等分線上に来ます。つまり、円E,の中心はy軸上にあるので、そのx座標は0 ......[答]

(4) 円E,の半径をr,中心のy座標をdとする(題意より、)と、:ととの距離がrなので、
∴ () ・・・�H
m:ととの距離がrなので、
分母を払い、�Hを代入して、
で割り、絶対値を外すと、
∴ ......[答]


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