Question Number 48983 by peter frank last updated on 30/Nov/18
Answered by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 01/Dec/18
$$\left({x}−\mathrm{0}\right)^{\mathrm{2}} +\left({y}−\mathrm{0}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{4}^{\mathrm{2}} \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}+{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}{y}+\mathrm{4}=\mathrm{5} \\ $$$$\left({x}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} +\left({y}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} =\left(\sqrt{\mathrm{5}}\:\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$${solving}\:{to}\:{find}\:{points}\:{of}\:{intersects} \\ $$$$\mathrm{16}−\mathrm{2}{x}−\mathrm{4}{y}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{8}−{x}−\mathrm{2}{y}=\mathrm{0} \\ $$$${x}=\mathrm{8}−\mathrm{2}{y} \\ $$$$\left(\mathrm{8}−\mathrm{2}{y}\right)^{\mathrm{2}} +{y}^{\mathrm{2}} =\mathrm{16} \\ $$$$\mathrm{64}−\mathrm{32}{y}+\mathrm{5}{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{16}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{5}{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{32}{y}+\mathrm{48}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{5}{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{20}{y}−\mathrm{12}{y}+\mathrm{48}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{5}{y}\left({y}−\mathrm{4}\right)−\mathrm{12}\left({y}−\mathrm{4}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\left({y}−\mathrm{4}\right)\left(\mathrm{5}{y}−\mathrm{12}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${y}=\mathrm{4}\:\:{and}\:{x}=\mathrm{0} \\ $$$${y}=\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{5}}\:\:\:{x}=\mathrm{8}−\frac{\mathrm{24}}{\mathrm{5}}=\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}} \\ $$$$\left(\mathrm{0},\mathrm{4}\right)\:{and}\left(\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}},\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{5}}\right)\:{are}\:{the}\:{points}\:{of}\:{intersection} \\ $$$${of}\:{two}\:{circles} \\ $$$${tangents}\:{at}\:\left(\mathrm{0},\mathrm{4}\right)\:{for}\:{circle}\:{x}^{\mathrm{2}} +{y}^{\mathrm{2}} =\mathrm{16} \\ $$$${is}\:{x}×\mathrm{0}+{y}×\mathrm{4}=\mathrm{16} \\ $$$${y}=\mathrm{4}\:{is}\:{a}\:{st}\:{line}\:{parallel}\:{to}\:{x}\:{axis}\:{so}\:{slope}\:{m}_{\mathrm{1}} =\mathrm{0} \\ $$$${tangents}\:{at}\left(\mathrm{0},\mathrm{4}\right)\:{for}\:{circle}\:{x}^{\mathrm{2}} +{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{x}−\mathrm{4}{y}=\mathrm{0} \\ $$$${x}×\mathrm{0}+{y}×\mathrm{4}−\left({x}+\mathrm{0}\right)−\mathrm{2}\left({y}+\mathrm{4}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{4}{y}−{x}−\mathrm{2}{y}−\mathrm{4}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{2}{y}={x}+\mathrm{4} \\ $$$${y}=\frac{{x}}{\mathrm{2}}+\mathrm{2}\:\:{so}\:{slope}\:{m}_{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${now}\:{angle}\:{between}\:{two}\:{circles}\:{at}\:{point}\:\left(\mathrm{0},\mathrm{4}\right) \\ $$$${tan}\theta_{\mathrm{1}} =\frac{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\:}−\mathrm{0}}{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}×\mathrm{0}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:{formula}\:{tan}\theta=\frac{{m}_{\mathrm{1}} \sim{m}_{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}+{m}_{\mathrm{1}} {m}_{\mathrm{2}} } \\ $$$${so}\:\theta_{\mathrm{1}} ={tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\:}\right) \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$${tangents}\:{at}\left(\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}},\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{5}}\right)\:{for}\:{circle}\:{x}^{\mathrm{2}} +{y}^{\mathrm{2}} =\mathrm{16} \\ $$$${x}×\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}}+{y}×\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{5}}=\mathrm{16} \\ $$$$\mathrm{4}\left(\mathrm{4}{x}+\mathrm{3}{y}\right)=\mathrm{16}×\mathrm{5} \\ $$$$\mathrm{4}{x}+\mathrm{3}{y}=\mathrm{20}\:\:\:{m}_{\mathrm{1}} =\frac{−\mathrm{4}}{\mathrm{3}} \\ $$$${tangent}\:{at}\left(\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}},\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{5}}\right)\:{for}\:{circle}\:{x}^{\mathrm{2}} +{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{x}−\mathrm{4}{y}=\mathrm{0} \\ $$$${x}×\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}}+{y}×\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{5}}−\left({x}+\frac{\mathrm{16}}{\mathrm{5}}\right)−\mathrm{2}\left({y}+\frac{\mathrm{12}}{\mathrm{5}}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{16}{x}+\mathrm{12}{y}−\mathrm{5}{x}−\mathrm{16}−\mathrm{10}{y}−\mathrm{24}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{2}{y}+\mathrm{11}{x}=\mathrm{40} \\ $$$${m}_{\mathrm{2}} =\frac{−\mathrm{11}}{\mathrm{2}} \\ $$$${tan}\theta_{\mathrm{2}} =\frac{\frac{−\mathrm{4}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{2}}}{\mathrm{1}+\frac{−\mathrm{11}}{\mathrm{2}}×\frac{−\mathrm{4}}{\mathrm{3}}}.=\frac{\frac{−\mathrm{8}+\mathrm{33}}{\mathrm{6}}}{\frac{\mathrm{6}+\mathrm{44}}{\mathrm{6}}}=\frac{\mathrm{25}}{\mathrm{50}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\theta_{\mathrm{2}} ={tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$ \\ $$