sábado, 10 de marzo de 2018

Ejercicios resueltos de la circunferencia.



Ejercicio 1.

Encuentra la ecuación de la circunferencia de radio 6 y cuyo centro es el punto C (2, - 5).

Solución:

La ecuación de la circunferencia de centro C (a, b) y de radio r es:

(x – a)2 + (y – b)2 = r2

Por tanto, con los datos del ejercicio, tenemos que la ecuación de la circunferencia buscada es:

(x – 2)2 + (y + 5)2 = 62

(x – 2)2 + (y + 5)2 = 36




Ejercicio 2.

Encuentra la ecuación general de la circunferencia cuyo centro es el punto C (1, - 3) y de radio 4.

Solución:

La ecuación de la circunferencia de centro C (1, - 3) y de radio 4 es:

(x – 1)2 + (y + 3)2 = 42

(x – 1)2 + (y + 3)2 = 16

Efectuamos los cuadrados de los binomios que aparecen en la ecuación:

x2 – 2 x + 1 + y2 + 6 y + 9 = 16

Reordenamos los términos de la ecuación anterior:

x2 + y2 – 2 x + 6 y + 1 + 9 – 16 = 0

Y simplificamos, obteniendo que la ecuación general es:

x2 + y2 – 2 x + 6 y – 6 = 0




Ejercicio 3.

Halla la ecuación general de la circunferencia que es tangente al eje de abscisas y cuyo centro es C (- 4, 7).

Solución:




Como se observa en el dibujo, para que la circunferencia sea tangente al eje de abscisas, su radio ha de coincidir con la distancia del centro a dicho eje y, por tanto, en este caso el radio es 7.

De esta forma, estamos buscando la ecuación de la circunferencia de centro C (- 4, 7) y radio 7.

(x + 4)2 + (y - 7)2 = 72

(x + 4)2 + (y - 7)2 = 49

Efectuamos los cuadrados de los binomios que aparecen en la ecuación:

x2 + 8 x + 16 + y2 - 14 y + 49 = 49

Reordenamos los términos de la ecuación anterior:

x2 + y2 + 8 x - 14 y + 16 + 49 – 49 = 0

Y simplificamos, obteniendo que la ecuación general es:

x2 + y2 + 8 x - 14 y + 16 = 0




Ejercicio 4.

Halla la ecuación general de la circunferencia que es tangente al eje de ordenadas y cuyo centro es C (- 8, 4).

Solución:




Como se observa en el dibujo, para que la circunferencia sea tangente al eje de ordenadas, su radio ha de coincidir con la distancia del centro a dicho eje y, por tanto, en este caso el radio es 8.

Por tanto, en este caso estamos buscando la ecuación de la circunferencia de centro C (- 8, 4) y radio 8.

(x + 8)2 + (y - 4)2 = 82

(x + 8)2 + (y - 4)2 = 64

Efectuamos los cuadrados de los binomios que aparecen en la ecuación:

x2 + 16 x + 64 + y2 - 8 y + 16 = 64

Reordenamos los términos de la ecuación anterior:

x2 + y2 + 16 x - 8 y + 64 + 16 – 64 = 0

Y simplificamos, obteniendo que la ecuación general es:

x2 + y2 + 16 x - 8 y + 16 = 0




Ejercicio 5.

Halla el centro y el radio de la circunferencia cuya ecuación general es x2 + y2 – 6 x + 2 y – 6 = 0.

Solución:

La ecuación de la circunferencia de centro C (a, b) y de radio r es:

(x – a)2 + (y – b)2 = r2

Calculando los cuadrados de los binomios, reordenando los términos y simplificando en la ecuación anterior, obtenemos que su ecuación general es x2 + y2 + A x + B y + C = 0, donde:


 A = - 2 a      B = - 2 b      C = a2 + b2 – r2

Por tanto, en el caso de este ejercicio, tenemos que:

-   6 = - 2 a   y     2 = - 2 b

Deducimos que el centro es el punto C (a, b) = (3, - 1).

Además, se tiene que:
- 6 = 32 + (- 1)2 – r2

r2 = 32 + (- 1)2 + 6

r2 = 16

Por tanto, el radio de la circunferencia es r = 4.


Ejercicio 6.


Calcula la ecuación de la circunferencia de radio 6 y cuyo centro es el punto de intersección de la rectas de ecuaciones:

 r : x + y + 1 = 0     y     s : x + 3 y + 3 = 0


Solución:

En primer lugar debemos calcular el centro de la circunferencia, sabiendo que es el punto de intersección de las rectas r y s. Para ello, resolvemos el sistema formado por las ecuaciones de ambas rectas:



Despejamos x de ambas ecuaciones e igualamos las expresiones obtenidas:

-   y – 1 = - 3 y – 3

3 y – y = - 3 + 1

2 y = - 2

y = - 1

Sustituyendo este valor en la primera ecuación del sistema, tenemos que:

x – 1 + 1 = 0

x = 0

Luego el centro es el punto C (0, - 1).

Como la ecuación de la circunferencia de centro C (a, b) y de radio r es (x – a)2 + (y – b)2 = r2, en este caso la ecuación buscada es:

(x – 0)2 + (y + 1)2 = 62

x2 + (y + 1)2 = 36



Ejercicio 7.

El centro de una circunferencia es un punto que está en la recta de ecuación 2 x + 5 y = 6. Además, los puntos A (- 4, 0) y B (0, 0) pertenecen a dicha circunferencia. Halla la ecuación de ésta.


Solución:

Si el centro pertenece a la recta dada ha de cumplir su ecuación y, por ello, deducimos lo siguiente:

Si x = a, se cumple 2 a + 5 y = 6, de donde despejamos el valor de y:




Por tanto, el centro de la circunferencia es de la forma:




Así, la ecuación de la circunferencia buscada es:




Como el punto A (- 4, 0) pertenece a la circunferencia debe cumplir esta ecuación:


Como el punto A (0, 0) pertenece a la circunferencia debe cumplir esta ecuación:


Resolvemos el sistema formado por las dos ecuaciones obtenidas a partir de los puntos A y B:




Igualando las dos expresiones de 25 r2, se tiene que:

29 a2 + 176 a + 436 = 29 a2 – 24 a + 36

176 a + 24 a = 36 – 436

200 a = - 400

a = - 400 / 200 = - 2

Sustituimos este valor de a en la segunda ecuación del sistema para obtener el valor de r2:


29 · 4 – 24 · (- 2) + 36 = 25 r2

116 + 48 + 36 = 25 r2

200 = 25 r2

r2 = 200 / 25 = 8

Sabiendo que a = - 2 y que r2 = 8, podemos determinar la ecuación de la circunferencia que buscamos:




Ejercicio 8.

Encuentra la ecuación general de la circunferencia de radio 9 y que es concéntrica con la circunferencia  x2 + y2 + 6 x + 4 y – 3 = 0.

Solución:

Al ser concéntricas, la circunferencia que buscamos tiene el mismo centro que la dada. Vamos a calcular dicho centro.

La ecuación de la circunferencia de centro C (a, b) y de radio r es:

(x – a)2 + (y – b)2 = r2


Calculando los cuadrados de los binomios, reordenando los términos y simplificando en la ecuación anterior, obtenemos que su ecuación general es x2 + y2 + A x + B y + C = 0, donde:


 A = - 2 a      B = - 2 b       C = a2 + b2 – r2

Por tanto, en el caso de este ejercicio, tenemos que:

6 = - 2 a   y     4 = - 2 b

Deducimos que el centro es el punto C (a, b) = (- 3, - 2).

Por tanto, ya podemos calcular la ecuación que buscamos.


La ecuación de la circunferencia de centro C (a, b) y de radio r es:

(x + 3)2 + (y + 2)2 = 92

Efectuamos los cuadrados de los binomios y reordenamos los términos para obtener la ecuación general:

x2 + 6 x + 9 + y2 + 4 y + 4 = 81

x2 + y2 + 6 x + 4 y + 9 + 4 – 81 = 0

x2 + y2 + 6 x + 4 y – 68 = 0



Ejercicio 9.

Halla la ecuación de la circunferencia cuyo centro es C (- 4, 6) y que es tangente a la recta s : 3 x – 4 y + 1 = 0.

Solución:

Por ser tangente a la recta dada, el radio de la circunferencia coincidirá con la distancia del centro a dicha recta.

Por tanto, tenemos que:




Así, ya podemos calcular la ecuación de la circunferencia que buscamos:

La ecuación de la circunferencia de centro C (- 4, 6) y de radio 7 es:

(x + 4)2 + (y – 6)2 = 72

(x + 4)2 + (y – 6)2 = 49



Ejercicio 10.

Determina la ecuación de la circunferencia cuyo centro está en la bisectriz del primer cuadrante, que pasa por el punto A (6,7) y cuyo radio es r = 5.

Solución:

Por estar el centro en la bisectriz del primer cuadrante, cuya ecuación es x = y, sus coordenadas han de ser iguales. Es decir, el centro es un punto de la forma C (a, a).

Como el punto A (6, 7) pertenece a la circunferencia, la distancia entre este punto y el centro debe coincidir con el radio. De esta forma:


Simplificamos dividiendo entre 2:

a2 – 13 a + 30 = 0

Y resolvemos esta ecuación de segundo grado:


Esto nos da dos circunferencias que son soluciones, teniendo en cuenta los dos valores de a:

Si a = 10, el centro es C (10,10) y la circunferencia tiene la siguiente ecuación:

(x – 10)2 + (y – 10)2 = 25

Si a = 3, el centro es C (3,3) y la circunferencia tiene la siguiente ecuación:

(x – 3)2 + (y – 3)2 = 25



Ejercicio 11.

Halla los puntos en los que se cortan las circunferencias solución del ejercicio anterior.

Solución:

Consideramos las dos ecuaciones de las circunferencias mencionadas:

(x – 10)2 + (y – 10)2 = 25


(x – 3)2 + (y – 3)2 = 25

Los puntos en los que se cortan las circunferencias son las soluciones del sistema formado por sus ecuaciones.

Obtenemos este sistema con las ecuaciones generales de ambas circunferencias:

x2 + y2 – 20 x – 20 y + 175 = 0

x2 + y2 – 6 x – 6 y - 7 = 0

A la segunda ecuación le restamos la primera:

14 x + 14 y – 182 = 0

La simplificamos dividiendo entre 14:

x + y – 13 = 0

Despejamos x, (x = 13 – y), y sustituimos la expresión obtenida en la segunda ecuación del sistema:

(13 – y)2 + y2 – 6 · (13 – y) – 6 y – 7 = 0

169 – 26 y + y2 + y2 – 78 + 6 y – 6 y – 7 = 0

Simplificamos:

2 y2 – 26 y + 84 = 0

Dividimos entre 2:

y2 – 13 y + 42 = 0

Y resolvemos esta ecuación de segundo grado:


Así, obtenemos dos valores para y:

y1 = 7       y2 = 6

Como x = 13 – y, tendremos dos valores para x:

x1 = 13 – 7 = 6      x2 = 13 – 6 = 7

Por tanto, las circunferencias se cortan en los puntos siguientes:

A (6, 7)   y   B (7, 6)

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