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圆是平面几何中最基本的图形之一。从几何角度来看,圆的定义是:平面上到定点距离等于定长的所有点的集合。这个定点我们称为圆心,用字母O表示;这个定长我们称为半径,用字母r表示。现在让我们看看圆是如何形成的。
现在我们来推导圆的标准方程。首先建立坐标系,设圆心为点(a,b),半径为r。在圆上任取一点(x,y),根据圆的定义,这个点到圆心的距离等于半径r。利用两点间距离公式,我们得到根号下(x-a)的平方加(y-b)的平方等于r。将等式两边平方,消去根号,就得到了圆的标准方程:(x-a)²+(y-b)²=r²。
现在我们来分析一个特殊情况:当圆心在原点时。此时圆心坐标为(0,0),标准方程(x-a)²+(y-b)²=r²就简化为x²+y²=r²。这是圆的方程中最简单的形式。让我们看几个具体例子:当半径r等于1时,方程为x²+y²=1;当r等于2时,方程为x²+y²=4;当r等于3时,方程为x²+y²=9。这些都是以原点为圆心的同心圆。
除了标准方程,圆还有一般方程形式。将标准方程(x-a)²+(y-b)²=r²展开,得到x²-2ax+a²+y²-2by+b²=r²。整理后可写成x²+y²+Dx+Ey+F=0的形式,这就是圆的一般方程。其中D等于负2a,E等于负2b,F等于a²+b²-r²。由此可得圆心坐标为(-D/2, -E/2),半径为根号下(D²+E²-4F)除以2。标准方程和一般方程是圆的两种不同表示形式。
现在我们通过两个具体例题来巩固圆的方程知识。例题1:已知圆心坐标为(2,-1),半径为3,求圆的方程。直接代入标准方程公式,得到(x-2)²+(y+1)²=9。例题2:已知圆的方程为x²+y²-4x+6y-3=0,求圆心和半径。这是一般方程形式,我们有D=-4,E=6,F=-3。根据公式,圆心坐标为(2,-3),半径为4。通过这两个例题,我们可以看到标准方程和一般方程之间的相互转换。