問題9： 円 $x^2 + y^2 + x - 3y = 0$ について、以下の問いに答えます。 (1) この円の中心の座標と半径を求めます。 (2) この円と中心が同じで、点(2, 1)を通る円の方程式を求めます。

1. 問題の内容

問題9：

円 $x^2 + y^2 + x - 3y = 0$ について、以下の問いに答えます。

(1) この円の中心の座標と半径を求めます。

(2) この円と中心が同じで、点(2, 1)を通る円の方程式を求めます。

2. 解き方の手順

(1) 円の方程式を平方完成します。

$x^2 + x + y^2 - 3y = 0$

$(x + \frac{1}{2})^2 - (\frac{1}{2})^2 + (y - \frac{3}{2})^2 - (\frac{3}{2})^2 = 0$

$(x + \frac{1}{2})^2 + (y - \frac{3}{2})^2 = \frac{1}{4} + \frac{9}{4}$

$(x + \frac{1}{2})^2 + (y - \frac{3}{2})^2 = \frac{10}{4} = \frac{5}{2}$

よって、中心の座標は $(-\frac{1}{2}, \frac{3}{2})$ で、半径は $\sqrt{\frac{5}{2}} = \frac{\sqrt{10}}{2}$ です。

(2) 中心が $(-\frac{1}{2}, \frac{3}{2})$ であり、点(2, 1)を通る円の方程式を求めます。

円の方程式は $(x + \frac{1}{2})^2 + (y - \frac{3}{2})^2 = r^2$ と表せます。

点(2, 1)を通るので、

$(2 + \frac{1}{2})^2 + (1 - \frac{3}{2})^2 = r^2$

$(\frac{5}{2})^2 + (-\frac{1}{2})^2 = r^2$

$\frac{25}{4} + \frac{1}{4} = r^2$

$r^2 = \frac{26}{4} = \frac{13}{2}$

よって、円の方程式は $(x + \frac{1}{2})^2 + (y - \frac{3}{2})^2 = \frac{13}{2}$ です。

展開すると、

$x^2 + x + \frac{1}{4} + y^2 - 3y + \frac{9}{4} = \frac{13}{2}$

$x^2 + y^2 + x - 3y + \frac{10}{4} = \frac{26}{4}$

$x^2 + y^2 + x - 3y = \frac{16}{4}$

$x^2 + y^2 + x - 3y = 4$

3. 最終的な答え

(1) 中心の座標: $(-\frac{1}{2}, \frac{3}{2})$、半径: $\frac{\sqrt{10}}{2}$

(2) 円の方程式: $(x + \frac{1}{2})^2 + (y - \frac{3}{2})^2 = \frac{13}{2}$ または $x^2 + y^2 + x - 3y - 4 = 0$