SakuzuMaster

2点を通り直線に接する円の作図

未AC問題 35 / 50円と接線難しさ ★★★★★ マスター

問題:2点A、Bを通り、直線ℓに接する円を作図しましょう。(答えは2つありますが、どちらか1つ作れば完成です)

道具を選んで、点をタップ(クリック)して作図します。線や円の交点は自動で点になります。何もない所をドラッグすると図を動かせます。

作図の手順

手順を表示する(ネタバレ注意)
  1. AとBを結ぶ直線を引き、ℓとの交点をPとします。
  2. Aを中心に、Bを通る円をかきます。
  3. Bを中心に、Aを通る円をかき、2つの円の交点をQ、Q′ とします。
  4. Qを中心に、Aを通る円をかきます。この円はBも通ります。
  5. PとQを結びます。
  6. Pを中心に、Qを通る円をかきます。
  7. Qを中心に、Pを通る円をかきます。
  8. 交点どうしを結び、PQの中点Mを求めます。
  9. Mを中心に、Pを通る円をかき、Qの円との交点をKとします。PKはQの円への接線で、PK² = PA × PB です。
  10. Pを中心に、Kを通る円をかき、ℓとの交点をTとします。これが接点です。
  11. QとQ′ を結び、ABの垂直二等分線を引きます。
  12. Bを中心に、Tを通る円をかきます。
  13. Tを中心に、Bを通る円をかきます。
  14. 交点どうしを結んでBTの垂直二等分線を引き、ABの垂直二等分線との交点をOとします。
  15. Oを中心に、Aを通る円をかけば完成です。

なぜこれで作図できるのか

解説を表示する(ネタバレ注意)

求める円がℓに点Tで接するとします。方べきの定理より、Pから円への接線の長さの2乗は PA × PB に等しいので、PT² = PA × PB です。

A、Bを通る円なら何でも、Pからの接線の長さの2乗は PA × PB になります。そこでA、Bを通る円(Qの円)を1つかき、Pからの接線PKを、PQを直径とする円で作りました(直径に対する円周角は直角)。

ℓ上で PT = PK となる点Tが接点です。円の中心は、ABの垂直二等分線とBTの垂直二等分線の交点Oです。Tは Pの左右に1つずつあるので、答えの円も2つあります。

豆知識

「点・直線・円のうち3つが与えられたとき、それらすべてに接する(通る)円を作図せよ」という問題をアポロニウスの問題といいます。いちばん難しい「3つの円に接する円」も、コンパスと定規で作図できます。

コメント

解き方の工夫や、もっと少ない手数の作図などを自由に書きこんでください。(GitHub アカウントでコメントできます)