數學英文

圓方程式與平移

當方程式的圖形 (graph of an equation) 是坐標平面上的圓 (a circle in the coordinate plane), 它就稱為圓方程式 (the equation of a circle 或 circle equation)。 當它寫成配方 (completing the squares) 的形式: \[(x-h)^2+(y-k)^2=r^2\] 就稱為圓標準式:the standard form of the equation of a circle 或者 the standard equation of a circle。 從圓標準式可以立即讀出圓心坐標 \((h,k)\) 及半徑 \(r\)。

如果展開平方 (expanding the squares),將平方項係數化為 1 (remove the coefficients of quadratic terms) 並且令等式右端只有 0 (the right hand side of the equation is zero), 則稱為圓一般式:the general form of the equation of a circle 或者 the general equation of a circle: \[x^2 + y^2 + Dx+Ey+F=0\]

只要把二元方程式寫成雙變數函數等於 0 的形式 \(f(x,y)=0\),就稱為一般式 (the general form)。 例如直線的一般式 (the general form of line equations) 是 \[ ax+by+c=0 \]

圓心在原點的圓標準式 (the standard equation of circles centered at the origin) 是 \[x^2+y^2=r^2\] 在方程式中,將 \(x\) 置換成 \(x-h\),記作 \(x\mapsto x-h\), 其中 \(\mapsto\) 讀 maps to, 其作用 (action) 是圖形的水平平移 (horizontal translation): 向右平移 \(h\) 單位 (translate the graph \(h\) units to the right)。 這是因為,如果 \(x\) 和 \(y\) 滿足原來的方程式 \(f(x,y)=0\), 也就是點 \((x,y)\) 在原來的方程式圖形上, 則 \(x+h\) 和 \(y\) 就會滿足新方程式 \(f(x-h, y)=0\), 也就是點 \((x+h,y)\) 在新方程式的圖形上。 可見原方程式圖形上每個點的 \(x\) 坐標加 \(h\) 之後,就形成新方程式圖形。

類似地,\(y\mapsto y-k\) 的作用是圖形的鉛直平移 (vertical translation): 向上平移 \(k\) 單位。 從圓標準式特別容易看清楚平移作用: \((x-h)^2+(y-k)^2=r^2\) 的圖形是 \(x^2+y^2=r^2\) 的圖形向右平移 \(h\)、向上平移 \(k\) 的結果,因為它的圓心從原點 \((0,0)\) 移到了 \((h,k)\),而半徑不變,仍是 \(r\)。

[語音講解:circ-eq.mp3]

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Created: Sep 17, 2022
Last Revised: 12/19
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