主题:阿波罗尼奥斯问题-Prob. of Apollonius -- 理性网民
问题:给定圆A、圆B和直线l,找出与圆A、圆B、直线l同时相切的圆(如图)。
解:不失普遍性,假设圆A半径小于圆B半径。过B圆圆心做同心圆B′,其半径与圆B差值为圆A半径。将直线l平移得到直线m,平移的距离等于圆A半径。过点A做圆D与圆B′、直线m相切(PLC问题)。过D圆圆心做同心圆,其半径与圆D差值为圆A半径,即为所求。
证明:由于两圆相切时,切点一定位于两圆圆心连线上;圆与直线相切时,切点与圆心的连线与直线垂直。故当圆A、圆B的半径同时增加或减少相同的长度,且将直线l平移相同的长度,与它们同时相切的圆的圆心位置不变。这样,我们可以令圆A的半径减小到零,退化为一个点,将LCC问题转化为PLC问题求解。
分析:在上面的求解中,圆B可以增大或者减小,且直线l可以有两个平移的方向,故一共有四种组合。每一种组合对应于一个PLC问题。由于每一种组合实际限制了所求圆与给定圆的相切方式(内切或者外切),相对应的PLC问题最多只有两个可行解。这样LCC问题最多有八个解。
评论:PLC和LCC问题(以及PPP问题、PPL问题或者PPC问题)组成了阿波罗尼奥斯问题的第三个系列。在这个系列中,同样可以看到反演中心和圆的缩放是求解的中心技巧。特别需要指出,PLC问题与PCC问题之间,LCC问题与CCC问题之间,无论是解法还是证明,都有着严格的对应关系。这是因为我们可以把PLC问题和LCC问题中出现的直线看成半径无限大的圆。
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