Cho hai đường thẳng a và b song song với nhau, cách nhau một khoảng là h. Một đường tròn (O) tiếp xúc với a và b. Hỏi tâm O di động trên đường nào?

1. Ba vị trí tương đối của đường thẳng và đường tròn

a) Đường thẳng và đường tròn cắt nhau

Khi đường thẳng a và đường tròn (O) có hai điểm chung A và B, ta nói đường thẳng a và đường tròn (O) cắt nhau. Đường thẳng a còn gọi là cát tuyến của đường tròn (O).

Gọi OH là khoảng cách từ điểm O đến đường thẳng a.

+ Trường hợp 1: Đường thẳng a đi qua điểm O.

 Khi đó, AB là đường kính và O ≡ H (hay OH = 0).

Do đó: HA = HB = R = $\sqrt{R^2}=\sqrt{R^2-O{H}^2}$  (1)

+ Trường hợp 2: Đường thẳng a không đi qua điểm O.

Khi đó, AB là dây của đường tròn (O) và $OH\perp AB$ .

Xét ∆OBH vuông tại H, theo định lý Py-ta-go:

$OH=\sqrt{O{B}^2-O{H}^2}=\sqrt{R^2-O{H}^2}$  (2)

Từ (1) và (2) suy ra $HA=HB=\sqrt{R^2-O{H}^2}$.

b) Đường thẳng và đường tròn tiếp xúc nhau

Khi đường thẳng a và đường tròn (O) chỉ có một điểm chung C, ta nói đường thẳng a và đường tròn (O) tiếp xúc nhau. Ta nói đường thẳng a là tiếp tuyến của đường tròn (O). Điểm C gọi là tiếp điểm.

Định lí. Nếu một đường thẳng là tiếp tuyến của một đường tròn thì nó vuông góc với bán kính đi qua tiếp điểm.

Ví dụ 1. Đường thẳng a là tiếp tuyến của đường tròn (O), C là tiếp điểm của đường tròn (O) thì OC là bán kính.

Khi đó, đường thẳng a vuông góc với bán kính đi qua tiếp điểm C.

Gọi OH là khoảng cách từ điểm O đến đường thẳng a.

Do đó H trùng với C, $OC\perp a$  và OH = R.

c) Đường thẳng và đường tròn không giao nhau

Khi đường thẳng a và đường tròn (O) không có điểm chung, ta nói đường thẳng a và đường tròn (O) không giao nhau.

Gọi OH là khoảng cách từ điểm O đến đường thẳng a.

Khi đó, OH > R.

2. Hệ thức giữa khoảng cách từ tâm đường tròn đến đường thẳng và bán kính của đường tròn

Ví dụ 2. Cho đường tròn (O; 6), đường thẳng a cách điểm O là 4. Đường thẳng a có vị trí như thế nào đối với đường tròn (O) ?

Lời giải:

Gọi OH là khoảng cách từ điểm O đến đường thẳng a.

Ta có OH < R (vì 4 < 6).

Do đó, đường thẳng a cắt đường tròn (O) tại 2 điểm phân biệt.