KURS MATURALNY

Równanie okręgu zadania krok po kroku i tipy

Tego się dowiesz!

Równanie okręgu: zadania krok po kroku

W tym wpisie znajdziesz zadania z równania okręgu rozwiązane krok po kroku, od najprostszych po typowo maturalne. Do każdego zadania jest rysunek, żeby było widać, co się dzieje w układzie współrzędnych. Na początek krótko teoria, bo wszystko opiera się na jednym wzorze.

0Skąd się bierze równanie okręgu

Okrąg to zbiór wszystkich punktów, które są tak samo daleko od jednego punktu, czyli środka. Ta stała odległość to promień. Jeśli środek to S = (a, b), a promień to r, to każdy punkt P = (x, y) okręgu spełnia warunek |SP| = r.

Odległość dwóch punktów liczymy ze wzoru na długość odcinka:

|AB| =

Podstawiamy środek S = (a, b) i dowolny punkt okręgu P = (x, y), a potem podnosimy obie strony do kwadratu, żeby pozbyć się pierwiastka:

= r→(x − a)2 + (y − b)2 = r2
Równanie okręgu (postać kanoniczna)
(x − a)2 + (y − b)2 =r2

S = (a, b) to środek okręgu, a r to promień. Po prawej stronie zawsze stoi kwadrat promienia, a w nawiasach zawsze jest minus.

Najważniejsza pułapka: znakiPonieważ we wzorze jest minus, współrzędne środka mają znak przeciwny do tego, co widać w nawiasie. (x + 4)2 to tak naprawdę (x − (−4))2, więc a = −4. Z kolei y2 to (y − 0)2, więc b = 0. Druga pułapka: po prawej jest r², więc promień to pierwiastek z tej liczby. Gdy po prawej stoi 16, promień wynosi 4, a nie 16.

1Równanie okręgu z rysunku

Treść zadaniaNa rysunku przedstawiono okrąg, na którym leżą punkty A = (−6, −3) i B = (−1, 2). Środek okręgu leży w punkcie S = (−4, 0). Wyznacz równanie tego okręgu.
−8−6−4−22−4−2240xyABS

Krok 1. Odczytujemy środek

Środek to S = (−4, 0), więc a = −4 oraz b = 0.

Krok 2. Liczymy promień jako odległość środka od punktu na okręgu

Promień to odległość środka od dowolnego punktu okręgu. Bierzemy punkt A i podstawiamy do wzoru na długość odcinka. Uważaj na odejmowanie liczb ujemnych: odjąć minus cztery to dodać cztery.

r = |SA| ===4 + 9=13

Policzmy dokładnie każdy nawias: −6 − (−4) = −6 + 4 = −2, a (−2)2 = 4, bo minus razy minus daje plus. Podobnie (−3)2 = 9.

Krok 3. Sprawdzamy na drugim punkcie

Skoro B też leży na okręgu, jego odległość od środka musi wyjść taka sama. To świetny sposób, żeby wyłapać błąd w rachunkach.

|SB| ===9 + 4=13

Krok 4. Wstawiamy do wzoru

Do wzoru potrzebujemy r², a (13)2 = 13. Teraz wpisujemy a = −4 i b = 0:

(x − (−4))2 + (y − 0)2 = 13→(x + 4)2 + y2 = 13

Ciekawostka do tego rysunku: odcinek AB nie jest średnicą, chociaż na oko może tak wyglądać. |AB| = = 50 ≈ 7,07, a średnica to 213 ≈ 7,21. Dlatego środka nie da się tu wyznaczyć jako środka odcinka AB.

Odpowiedź(x + 4)2 + y2 = 13

2Odczytaj środek i promień

Treść zadaniaPodaj współrzędne środka i promień okręgu opisanego równaniem.
RównanieŚrodek SPromień rNa co uważać
(x − 3)2 + (y − 5)2 = 16(3, 5)√16 = 4zwykłe minusy, więc znaki zostają
(x + 2)2 + (y − 1)2 = 9(−2, 1)√9 = 3plus w nawiasie, więc a jest ujemne
x2 + (y + 4)2 = 7(0, −4)√7samo x² to (x − 0)², więc a = 0
(x + 1)2 + (y + 6)2 = 12(−1, −6)√12 = 2√3√12 = √(4 · 3) = 2√3
x2 + y2 = 25(0, 0)√25 = 5środek w początku układu
(x − 7)2 + y2 = 2(7, 0)√2promień nie musi być liczbą całkowitą

Sposób na znaki: przyrównaj nawias do zera i rozwiąż w pamięci. Z x + 2 = 0 wychodzi x = −2, i to jest pierwsza współrzędna środka. Z y − 1 = 0 wychodzi y = 1, i to jest druga.

3Napisz równanie okręgu, znając środek i promień

Treść zadaniaNapisz równanie okręgu o środku S = (2, −3) i promieniu a) r = 5, b) r = √5, c) r = 2√3.

Wstawiamy a = 2 i b = −3 do wzoru. Drugi nawias to (y − (−3)), czyli (y + 3). Zmienia się tylko prawa strona, bo za każdym razem inny jest promień, a my potrzebujemy jego kwadratu.

rr²Równanie
a)552 = 25(x − 2)2 + (y + 3)2 = 25
b)√5(√5)2 = 5(x − 2)2 + (y + 3)2 = 5
c)2√3(2√3)2 = 4 · 3 = 12(x − 2)2 + (y + 3)2 = 12
Uwaga na częsty błąd(2√3)² to nie 6 ani 2 · 3. Do kwadratu idzie i dwójka, i pierwiastek: 2² · (√3)² = 4 · 3 = 12.

4Okrąg o danym środku przechodzący przez punkt

Treść zadaniaWyznacz równanie okręgu o środku S = (1, 2), który przechodzi przez punkt P = (4, 6).
−4−2246−224680xySP

Krok 1. Promień to odległość S od P

r = |SP| ===9 + 16=25=5

Na rysunku jasnymi liniami zaznaczyłam trójkąt prostokątny o przyprostokątnych 3 i 4. Wzór na długość odcinka to tak naprawdę twierdzenie Pitagorasa: przeciwprostokątna ma długość 5.

Krok 2. Wstawiamy do wzoru

Mamy a = 1, b = 2 i r² = 25.

Odpowiedź(x − 1)2 + (y − 2)2 = 25

5Okrąg o danej średnicy

Treść zadaniaPunkty A = (−2, 1) i B = (4, 9) są końcami średnicy okręgu. Wyznacz równanie tego okręgu.
−6−4−224682468100xyABS

Krok 1. Środek okręgu to środek średnicy

Środek odcinka liczymy, biorąc średnią współrzędnych: dodajemy iksy i dzielimy przez 2, dodajemy igreki i dzielimy przez 2.

S = ((−2 + 4) : 2,(1 + 9) : 2) = (1,5)

Krok 2. Promień to połowa średnicy

|AB| ===100= 10, więc r = 10 : 2 =5

Możesz też policzyć promień od razu jako |SA|: = 9 + 16 = 5. Wynik ten sam.

Odpowiedź(x − 1)2 + (y − 5)2 = 25

6Czy punkt leży na okręgu, wewnątrz czy na zewnątrz

Treść zadaniaDany jest okrąg (x − 2)² + (y + 1)² = 10. Sprawdź, gdzie leżą punkty P = (5, 0), Q = (3, 2), R = (0, 0) i T = (6, 1).
−3−2−11234567−5−4−3−2−11230xySPQRT

Podstawiamy współrzędne punktu do lewej strony równania i porównujemy wynik z prawą stroną, czyli z r² = 10. Jeśli wyjdzie dokładnie 10, punkt leży na okręgu. Jeśli mniej, punkt jest bliżej środka niż promień, więc leży wewnątrz. Jeśli więcej, leży na zewnątrz.

PunktLewa stronaPorównanie z 10Wniosek
P = (5, 0)(5 − 2)2 + (0 + 1)2 = 9 + 1 = 10= 10na okręgu
Q = (3, 2)(3 − 2)2 + (2 + 1)2 = 1 + 9 = 10= 10na okręgu
R = (0, 0)(0 − 2)2 + (0 + 1)2 = 4 + 1 = 5< 10wewnątrz
T = (6, 1)(6 − 2)2 + (1 + 1)2 = 16 + 4 = 20> 10na zewnątrz
OdpowiedźP i Q leżą na okręgu, R wewnątrz, T na zewnątrz

7Równanie w postaci ogólnej: zamieniamy na kanoniczną

Treść zadaniaWyznacz środek i promień okręgu x² + y² − 6x + 4y − 3 = 0.

Takie równanie nie pokazuje od razu środka ani promienia. Trzeba je przekształcić do postaci (x − a)² + (y − b)² = r². Robimy to metodą uzupełniania do kwadratu, korzystając ze wzorów skróconego mnożenia.

Krok 1. Grupujemy wyrazy z x i z y

x2 − 6x+y2 + 4y− 3 = 0

Krok 2. Uzupełniamy wyrazy z x do kwadratu

Szukamy nawiasu, który po rozwinięciu da x² − 6x. Bierzemy połowę liczby stojącej przy x: połowa z −6 to −3. Sprawdzamy: (x − 3)2 = x2 − 6x + 9. Wyszło o 9 za dużo, więc to 9 odejmujemy:

x2 − 6x=(x − 3)2 − 9

Krok 3. To samo z wyrazami z y

Połowa z 4 to 2. Sprawdzamy: (y + 2)2 = y2 + 4y + 4. Wyszło o 4 za dużo, więc 4 odejmujemy:

y2 + 4y=(y + 2)2 − 4

Krok 4. Wstawiamy i przenosimy liczby na prawą stronę

(x − 3)2 − 9+(y + 2)2 − 4− 3 = 0

Liczby −9, −4 i −3 przenosimy na prawą stronę ze zmianą znaku: 9 + 4 + 3 = 16.

(x − 3)2 + (y + 2)2 = 16

Krok 5. Odczytujemy środek i promień

S = (3, −2), a r = 16 = 4.

−22468−6−4−220xyS
OdpowiedźS = (3, −2), r = 4

8Jeszcze jedna postać ogólna

Treść zadaniaWyznacz środek i promień okręgu x² + y² + 8x − 2y + 8 = 0.

Wyrazy z x: połowa z 8 to 4, a (x + 4)2 = x2 + 8x + 16, więc x2 + 8x = (x + 4)2 − 16.

Wyrazy z y: połowa z −2 to −1, a (y − 1)2 = y2 − 2y + 1, więc y2 − 2y = (y − 1)2 − 1.

(x + 4)2 − 16+(y − 1)2 − 1+ 8 = 0

Na prawą stronę: 16 + 1 − 8 = 9. Uważaj na +8: po przeniesieniu zmienia się w −8.

(x + 4)2 + (y − 1)2 = 9
OdpowiedźS = (−4, 1), r = 3

9Czy to równanie w ogóle opisuje okrąg?

Treść zadaniaSprawdź, czy równanie x² + y² − 4x + 2y + 10 = 0 opisuje okrąg.

Robimy to samo co wcześniej. x2 − 4x = (x − 2)2 − 4 oraz y2 + 2y = (y + 1)2 − 1.

(x − 2)2 − 4 + (y + 1)2 − 1 + 10 = 0→(x − 2)2 + (y + 1)2 = −5

Po prawej wyszła liczba ujemna. Lewa strona to suma dwóch kwadratów, a kwadrat nigdy nie jest ujemny, więc suma kwadratów nie może być równa −5. Żaden punkt nie spełnia tego równania. Okrąg istnieje tylko wtedy, gdy po prawej stronie wyjdzie liczba dodatnia.

OdpowiedźNie, to równanie nie opisuje okręgu

10Okrąg styczny do osi układu

Treść zadaniaWyznacz równanie okręgu o środku S = (3, −4), który jest styczny do osi Ox. Potem wyznacz równanie okręgu o tym samym środku, stycznego do osi Oy.
−22468−8−6−4−220xyS

Styczny do osi Ox oznacza, że okrąg dotyka osi Ox w jednym punkcie. Promień jest wtedy równy odległości środka od tej osi, a odległość od osi Ox to wartość bezwzględna drugiej współrzędnej: r = |−4| = 4. Na rysunku to czerwony okrąg.

(x − 3)2 + (y + 4)2 = 16

Styczny do osi Oy: odległość od osi Oy to wartość bezwzględna pierwszej współrzędnej: r = |3| = 3. Na rysunku to pomarańczowy okrąg.

(x − 3)2 + (y + 4)2 = 9
Odpowiedźstyczny do Ox: (x − 3)2 + (y + 4)2 = 16
styczny do Oy: (x − 3)2 + (y + 4)2 = 9

11Środek w początku układu

Treść zadaniaWyznacz równanie okręgu o środku w punkcie (0, 0), przechodzącego przez punkt P = (−3, 4).

Promień to odległość punktu P od początku układu: r = = 9 + 16 = 5. Gdy a = 0 i b = 0, nawiasy znikają i zostaje samo x² + y².

Odpowiedźx2 + y2 = 25

12Wyznacz brakującą współrzędną

Treść zadaniaWyznacz wszystkie wartości m, dla których punkt P = (m, 3) leży na okręgu (x − 1)² + (y − 3)² = 16.

Punkt leży na okręgu, gdy jego współrzędne spełniają równanie. Wstawiamy x = m i y = 3: (m − 1)2 + (3 − 3)2 = 16, czyli (m − 1)2 = 16.

Jaka liczba podniesiona do kwadratu daje 16? Są dwie takie liczby: 4 i −4. Dlatego m − 1 = 4 albo m − 1 = −4, co daje m = 5 albo m = −3. Łatwo zapomnieć o drugim rozwiązaniu, a na rysunku widać, że prosta y = 3 przecina okrąg w dwóch punktach.

−4−2246−224680xyS(5, 3)(−3, 3)
Odpowiedźm = 5 lub m = −3

13Długość okręgu i pole koła

Treść zadaniaOblicz długość okręgu i pole koła ograniczonego okręgiem (x + 2)² + (y − 5)² = 18.

Z równania r² = 18, więc r = 18 = 9 · 2 = 32. Długość okręgu: L = 2πr = 2π · 32 = 62π. Pole koła: P = πr2 = 18π.

Zauważ, że do pola potrzebujemy r², a ono stoi już w równaniu. Pole wychodzi więc od razu, bez liczenia pierwiastka.

OdpowiedźL = 62π, P = 18π

14Punkty przecięcia okręgu z osiami

Treść zadaniaWyznacz punkty wspólne okręgu (x − 3)² + (y − 4)² = 25 z osiami układu współrzędnych.
−22468−22468100xySO(6, 0)(0, 8)

Na osi Ox każdy punkt ma y = 0. Wstawiamy: (x − 3)2 + 16 = 25, czyli (x − 3)2 = 9. Stąd x − 3 = 3 albo x − 3 = −3, więc x = 6 albo x = 0.

Na osi Oy każdy punkt ma x = 0. Wstawiamy: 9 + (y − 4)2 = 25, czyli (y − 4)2 = 16. Stąd y − 4 = 4 albo y − 4 = −4, więc y = 8 albo y = 0.

Punkt (0, 0) pojawił się w obu rachunkach, bo okrąg przechodzi przez początek układu.

Odpowiedźz osią Ox: (0, 0) i (6, 0)
z osią Oy: (0, 0) i (0, 8)

15Drugi koniec średnicy

Treść zadaniaPunkt A = (6, 2) leży na okręgu (x − 4)² + (y + 2)² = 20. Wyznacz punkt B tak, aby odcinek AB był średnicą tego okręgu.
−2246810−8−6−4−2240xyABS

Środek okręgu S = (4, −2) jest środkiem średnicy AB. Z A do S idziemy o 2 w lewo i o 4 w dół, bo 6 → 4 i 2 → −2. Żeby dojść do B, robimy z S jeszcze raz ten sam krok.

B = (4 − 2, −2 − 4) =(2, −6)

Wzorem: współrzędne B to 2 · S − A, czyli xB = 2 · 4 − 6 = 2 i yB = 2 · (−2) − 2 = −6. Sprawdzenie, że B leży na okręgu: (2 − 4)2 + (−6 + 2)2 = 4 + 16 = 20.

OdpowiedźB = (2, −6)

16Najczęstsze błędy

Pierwszy błąd to złe znaki środka: z (x + 3)² ktoś odczytuje a = 3, a powinno być a = −3. Drugi błąd to wpisanie promienia zamiast jego kwadratu: okrąg o promieniu 4 ma po prawej 16, a nie 4. Trzeci błąd to zgubienie drugiego rozwiązania przy równaniu typu (m − 1)² = 16. Czwarty to błędy przy odejmowaniu liczb ujemnych we wzorze na długość odcinka: −6 − (−4) to −2, a nie −10. Piąty dotyczy postaci ogólnej: przenosząc liczby na prawą stronę, trzeba zmienić ich znak.

17Sprawdź się

Spróbuj samodzielnie, a potem kliknij, żeby zobaczyć odpowiedź.

1. Podaj środek i promień okręgu (x + 5)² + (y − 2)² = 49.

S = (−5, 2), r = 7

2. Podaj środek i promień okręgu x² + (y − 3)² = 8.

S = (0, 3), r = √8 = 2√2

3. Napisz równanie okręgu o środku (−1, 4) i promieniu 6.

(x + 1)² + (y − 4)² = 36

4. Napisz równanie okręgu o środku (2, 2) przechodzącego przez (5, 6).

r = √(9 + 16) = 5, więc (x − 2)² + (y − 2)² = 25

5. Okrąg o średnicy AB, gdzie A = (0, 0), B = (6, 8).

S = (3, 4), r = 5, więc (x − 3)² + (y − 4)² = 25

6. Czy punkt (1, 1) leży na okręgu x² + y² = 2?

Tak, bo 1 + 1 = 2

7. Wyznacz środek i promień: x² + y² − 10x + 6y + 18 = 0.

(x − 5)² + (y + 3)² = 16, więc S = (5, −3), r = 4

8. Okrąg o środku (−2, 5) styczny do osi Ox.

r = 5, więc (x + 2)² + (y − 5)² = 25

Facebook
Pinterest
Twitter
LinkedIn

KURS MATURALNY

Uczysz się do matury z matematyki?

Jeśli ten wpis Ci pomógł, ale masz w głowie:

„okej, ten temat ogarniam… ale co z całą resztą?”

to właśnie po to stworzyłam mój kurs maturalny.

Nie musisz skakać po przypadkowych filmach, wpisach i zadaniach ani zastanawiać się, czego uczyć się najpierw.

W kursie przechodzimy przez wszystko krok po kroku:

Najpierw Narzędziownia – czyli podstawy, na których najczęściej wykładają się zadania: ułamki, potęgi, pierwiastki, procenty, logarytmy i inne rzeczy, które „niby były”, ale jakoś nie chcą zostać w głowie.

Potem zadania maturalne – dział po dziale, dokładnie w takim stylu, jaki spotkasz na maturze.

Na końcu arkusze CKE – żebyś nie tylko znał/a teorię, ale umiał/a faktycznie usiąść do arkusza i liczyć.

Ty liczysz. Ja pilnuję, żeby to miało kolejność. 😎

Schemat jest prosty i brutalnie skuteczny:

zrozumienie → praktyka → powtórka → utrwalenie.

Zaczynasz od zera

3–4 miesiące

Masz już podstawy

4–6 tygodni