圆与圆的位置关系
两圆有外离、外切、相交、内切、内含五种位置;由圆心距 d 与两半径 R、r 的和差关系判定,相切时有公共对称轴过圆心。
适用前提与边界条件
- 直线与圆的位置关系(d 与 r 比较)
- 三角形三边关系
定义
| 位置 | 数量关系 | 公共点 |
|---|---|---|
| 外离 | 0 | |
| 外切 | 1(外切点) | |
| 相交 | 2 | |
| 内切 | 1(内切点) | |
| 内含 | 0 |
且 时两圆同心,是内含的特例。
一条数轴记全五种位置:把圆心距 看成数轴上的点,两个分界点是 (半径和)与 (半径差):
于是从左到右依次是:内含(含 同心)→ 内切 → 相交 → 外切 → 外离。记「相切看和差,相交夹中间,外离比和大,内含比差小」。
要注意「外切用半径和、内切用半径差」——都叫相切、都是 个公共点,但列式完全不同。
推导
两圆的位置由连心线 与两圆在连心线上截得的线段决定。
相切时切点在连心线上:两圆相切于点 ,过 作两圆的公切线,由切线性质 、 都垂直于同一条公切线。过同一点 垂直于同一直线的直线只有一条,故 三点共线。因此:
- 外切时两圆心在切点两侧:;
- 内切时两圆心在切点同侧(小圆在大圆内):。
相交的界:两圆有两个公共点时,取一个交点 , 三边为 。由三角形三边关系(非退化、非共线):
- 或 时三角形退化,两交点合为一切点;
- 两圆够不着(外离); 小圆整体没入大圆(内含)。
相交两圆的连心线垂直平分公共弦:设公共弦为 ,两圆心到 、 分别等距,故 、 都在 的垂直平分线上;两点确定一条直线,连心线就是公共弦的垂直平分线。
这条结论是「相交两圆」类计算题的关键:连公共弦,就能在两个圆里分别用「半径、半弦、弦心距」的直角三角形,把两个圆串起来。
典例精析
两圆半径分别为 和 ,当圆心距 取何值时两圆相切?
- 外切:;
- 内切:。
当 时两圆相交; 外离; 内含。
例 2(相交与公共弦):两圆半径分别为 与 ,圆心距为 ,求公共弦长。
先判定:,两圆相交。设公共弦为 ,连心线垂直平分 于 。设 ,,则 。在两个直角三角形中:
两式相减消去 :,展开 ,得 ,代回 ,。故公共弦长 。
这题把「判定位置」与「垂径定理算弦长」连成一条完整的求解链。
对比
| 位置 | d 与 R±r | 公切线条数 |
|---|---|---|
| 外离 | 4 | |
| 外切 | 3 | |
| 相交 | 2 | |
| 内切 | 1 | |
| 内含 | 0 |
与其他知识的联系
圆与圆的位置关系是三种位置关系(点、直线、圆)的最后一种,也是判定思路的收尾:始终是「某个距离」与「半径的和/差」比较。三种关系层层递进——点到圆比距离与半径,直线到圆也比距离与半径,圆到圆则比圆心距与半径的和差。
相切时的「切点在连心线上」与相交时的「连心线垂直平分公共弦」是两条几何结论,它们把两圆问题转回熟悉的单圆问题(切线、垂径定理)。往后,这套「圆心距 vs 半径和差」的判定在高中会被代数化,成为「两圆相离、相切、相交」对应「方程解个数」的解析几何版本。
正例与反例
✅ 正例
- 两圆半径 5、3,圆心距 8=5+3,两圆外切
- 半径 5、3,圆心距 2=|5-3|,两圆内切
❌ 反例
- 圆心距 1、半径 5、3,判为内切——d<2 是内含(同心圆是 d=0 的内含)
- 两圆有两个公共点且 d>R+r——不可能,d>R+r 是外离无交点
高频误解与考试易错
- 判定用圆心距 d 与 R+r、|R-r| 比较,注意内切内含用「半径差」不是半径和
- 相切两圆的切点在连心线上,画图时漏画连心线导致无从列式
- 两圆相交时圆心距必须同时满足 d<R+r 与 d>|R-r|,只写一个不等式不完整
常见问题
五种位置关系的公共点个数?
相切两圆的连心线有什么性质?
相交两圆的公共弦与连心线什么关系?
依据与出处
- 人教版(2024 审定)九年级上册 第二十九章《圆》(2026 秋起使用;拓展延伸)