阶段质量检测(四)
(A 卷 学业水平达标) (时间120分钟,满分150分)
一、选择题(共10小题,每小题6分,共60分)
1.直线l :y =k ????x +1
2与圆C :x 2+y 2=1的位置关系为( ) A .相交或相切 B .相交或相离 C .相切 D .相交
答案:D
2.已知圆x 2+y 2+Dx +Ey =0的圆心在直线x +y =1上,则D 与E 的关系是( ) A .D +E =2 B .D +E =1 C .D +E =-1 D .D +E =-2
答案:D
3.若圆C :x 2+y 2-2(m -1)x +2(m -1)y +2m 2-6m +4=0过坐标原点,则实数m 的值为( )
A .2或1
B .-2或-1
C .2
D .1
答案:C
4.以正方体ABCD -A 1B 1C 1D 1的棱AB ,AD ,AA 1所在的直线为坐标轴建立空间直角坐标系,且正方体的棱长为一个单位长度,则棱CC 1中点坐标为( )
A.????1
2,1,1 B.????1,1
2,1 C.????1,1,12 D.???
?12,1
2,1 答案:C
5.圆O 1:x 2+y 2-2x =0和圆O 2:x 2+y 2-4y =0的位置关系是( ) A .相离 B .相交 C .外切 D .内切
答案:B
6.自点A (-1,4)作圆(x -2)2+(y -3)2=1的切线,则切线长为( ) A. 5 B .3 C.10 D .5
答案:B
7.直线3x-y+m=0与圆x2+y2-2x-2=0相切,则实数m等于()
A.3或- 3 B.-3或3 3
C.-33或 3 D.-33或3 3
答案:C
8.圆心在x轴上,半径长为2,且过点(-2,1)的圆的方程为()
A.(x+1)2+y2=2
B.x2+(y+2)2=2
C.(x+3)2+y2=2
D.(x+1)2+y2=2或(x+3)2+y2=2
答案:D
9.设P是圆(x-3)2+(y+1)2=4上的动点,Q是直线x=-3上的动点,则|PQ|的最小值为()
A.6 B.4
C.3 D.2
答案:B
10.若直线x-y=2被圆(x-a)2+y2=4所截得的弦长为22,则实数a的值为() A.-1或 3 B.1或3
C.-2或6 D.0或4
答案:D
二、填空题(共4小题,每小题5分,共20分)
11.在如图所示的长方体ABCD-A1B1C1D1中,已知A1(a,0,c),C(0,b,0),则点B1的坐标为________.
答案:(a,b,c)
12.(北京高考)直线y=x被圆x2+(y-2)2=4截得的弦长为________.
答案:2 2
13.设点A为圆(x-2)2+(y-2)2=1上一动点,则A到直线x-y-5=0的最大距离为________.
答案:52
2+1
14.已知M (-2,0),N (2,0),则以MN 为斜边的直角三角形的直角顶点P 的轨迹方程是________.
答案:x 2+y 2=4(x ≠±2)
三、解答题(共6小题,共70分,解答时应写出文字说明、证明过程或演算步骤) 15.(本小题满分10分)设圆上的点A (2,3)关于直线x +2y =0的对称点仍在圆上,且圆与直线x -y +1=0相交的弦长为22,求圆的方程.
解:设所求圆的方程为(x -a )2+(y -b )2=r 2, 则圆心为(a ,b ),半径长为r .
∵点A (2,3)关于直线x +2y =0的对称点A ′仍在这个圆上, ∴圆心(a ,b )在直线x +2y =0上. ∴a +2b =0,①
且(2-a )2+(3-b )2=r 2.②
又直线x -y +1=0截圆所得的弦长为22, ∴r 2-
?
????a -b +122
=(2)2.③
解由方程①②③组成的方程组,得????
? a =6,
b =-3,
r 2
=52
或????
?
a =14,
b =-7,r 2
=244.
∴所求圆的方程为(x -6)2+(y +3)2=52或(x -14)2+(y +7)2=244.
16.(本小题满分12分)正方形ABCD 和正方形ABEF 的边长都是1,并且平面ABCD ⊥平面ABEF ,点M 在AC 上移动,点N 在BF 上移动.若|CM |=|BN |=a (0<a <2).
(1)求MN 的长度;
(2)当a 为何值时,MN 的长度最短.
解:因为平面ABCD ⊥平面ABEF ,且交线为AB ,BE ⊥AB ,所以BE ⊥平面ABCD ,所以BA ,BC ,BE 两两垂直.取B 为坐标原点,BA ,BE ,BC 所在直线分别为x 轴、y 轴和z 轴,建立如图所示的空间直角坐标系.
因为|BC |=1,|CM |=a ,点M 在坐标平面xBz 上且在正方形ABCD 的对角线AC 上, 所以点M
????22
a ,0,1-22a .
因为点N 在坐标平面xBy 上且在正方形ABEF 的对角线BF 上,|BN |=a ,所以点N
???
?22a ,22a ,0.
(1)由空间两点间的距离公式,得 |MN |=????22a -22a 2+????0-22a 2+???
?1-22a -02
=
a 2-2a +1,即MN 的长度为
a 2-2a +1.
(2)由(1)得|MN |=
a 2-2a +1=
?
???a -222+12,当a =22(满足0<a <2)时,
?
???a -222+12取得最小值22,即MN 的长度最短,最短为22.
17.(本小题满分12分)一座圆拱桥,当水面在如图所示位置时,拱顶离水面2米,水面宽12米,当水面下降1米后,水面宽多少米?
解:以圆拱顶点为原点,以过圆拱顶点的竖直直线为y 轴,建立如图所示的平面直角坐标系.
设圆心为C ,水面所在弦的端点为A ,B ,则由已知可得A (6,-2),
设圆的半径长为r ,则C (0,-r ),即圆的方程为x 2+(y +r )2=r 2.将点A 的坐标代入上述方程可得r =10,所以圆的方程为x 2+(y +10)2=100.
当水面下降1米后,可设A ′(x 0,-3)(x 0>0),代入x 2+(y +10)2=100,解得2x 0=251,
即当水面下降1米后,水面宽251米.
18.(本小题满分12分)已知圆M 的方程为x 2+(y -2)2=1,直线l 的方程为x -2y =0,点P 在直线l 上,过P 点作圆M 的切线PA ,PB ,切点为A ,B .
(1)若∠APB =60°,试求点P 的坐标;
(2)若点P 的坐标为(2,1),过P 作直线与圆M 交于C ,D 两点,当CD =2时,求直线CD 的方程.
解:(1)设P (2m ,m ),由题可知MP =2,所以(2m )2+(m -2)2=4,解得m =0或m =4
5,
故所求点P 的坐标为P (0,0)或P ????
85,45.
(2)由题意易知k 存在,设直线CD 的方程为y -1=k (x -2),由题知圆心M 到直线CD 的距离为22,所以22=|-2k -1|1+k 2,解得k =-1或k =-17,故所求直线CD 的方程为:x +y
-3=0或x +7y -9=0.
19.(本小题满分12分)已知P 是直线3x +4y +8=0上的动点,PA 、PB 是圆x 2+y 2-2x -2y +1=0的两条切线,A 、B 是切点,C 是圆心,求四边形PACB 面积的最小值.
解:∵点P 在直线3x +4y +8=0上,如图所示, ∴设P ????x ,-2-3
4x , C 点坐标为(1,1),
S 四边形PACB =2S △PAC =|AP |·|AC |=|AP |, ∵|AP |2=|PC |2-|AC |2=|PC |2-1,
∴当|PC |最小时,|AP |最小,四边形PACB 的面积最小. ∴|PC |2=(1-x )2+????1+2+3
4x 2 =2516x 2+52x +10=????54x +12
+9, ∴|PC |min =3.当|PC |最小时,|PA |=
32-1=22,
∴四边形PACB 面积的最小值为2 2.
20.(本小题满分12分)已知方程x 2+y 2-2x -4y +m =0. (1)若此方程表示圆,求m 的取值范围;
(2)若(1)中圆与直线x +2y -4=0相交于M ,N 两点,且OM ⊥ON (O 为坐标原点),求
m 的值;
(3)在(2)的条件下,求以MN 为直径的圆的方程. 解:(1)∵x 2+y 2-2x -4y +m =0, ∴D =-2,E =-4,F =m , 由D 2+E 2-4F =20-4m >0,
可得m <5.故m 的取值范围为(-∞,5).
(2)联立方程组?
????
x +2y -4=0,
x 2+y 2
-2x -4y +m =0,
消去x 得5y 2-16y +8+m =0. 设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2), ∴y 1+y 2=16
5,y 1y 2=8+m 5.
∵OM ⊥ON , ∴x 1x 2+y 1y 2=0, ∴5y 1y 2-8(y 1+y 2)+16=0. ∴m =8
5
.
(3)设圆心为(a ,b ),则 a =x 1+x 22=45,b =y 1+y 22=85,
半径r =|MN |2=455
.
∴圆的方程为????x -452+????y -852=16
5.
(B 卷 能力素养提升) (时间120分钟,满分150分)
一、选择题(共10小题,每小题6分,共60分)
1.由方程x 2+y 2+x +(m -1)y +1
2m 2=0所确定的圆中,最大面积是( )
A.
3
2
π B.34π C .3π
D .不存在
解析:选B 将方程化为标准方程为????x +122+?
????y +m -122=-m 2
-2m +24, ∴半径r =
1
2-m 2-2m +2=
1
2
-(m +1)2+3.
要使圆的面积最大,应使半径最大,当m =-1时,r max =
32,∴最大面积为πr 2max =34
π. 2.已知圆C 经过A (5,2),B (-1,4)两点,圆心在x 轴上,则圆C 的方程是( ) A .(x -2)2+y 2=13 B .(x +2)2+y 2=17 C .(x +1)2+y 2=40
D .(x -1)2+y 2=20
解析:选D 设圆心坐标为C (a,0),则AC =BC ,即(a -5)2+22=
(a +1)2+42,解
得a =1,所以半径r =
(1+1)2+42=20=25,所以圆C 的方程是(x -1)2+y 2=20.
3.设两圆C 1,C 2都和两坐标轴相切,且都过点(4,1),则两圆心的距离|C 1C 2|=( ) A .4 B .4 2 C .8
D .8 2
解析:选C 依题意,可设与两坐标轴相切的圆的圆心坐标为(a ,a ),半径长为r ,其中r =a >0,因此圆的方程是(x -a )2+(y -a )2=a 2,由圆过点(4,1)得(4-a )2+(1-a )2=a 2,即a 2-10a +17=0,则该方程的两根分别是圆心C 1,C 2的横坐标,|C 1C 2|=2×102-4×17
=8,故选C.
4.对任意的实数k ,直线y =kx +1与圆x 2+y 2=2的位置关系一定是( ) A .相离 B .相切
C .相交但直线不过圆心
D .相交且直线过圆心
解析:选C 圆心C (0,0)到直线kx -y +1=0的距离为d =1k 2+1
<2,∴直线与圆相
交,且圆心C (0,0)不在该直线上.
5.与直线2x -y +1=0平行且与圆x 2+y 2=5相切的直线的方程是( ) A .2x -y +5=0 B .2x -y -5=0
C .2x +y +5=0或2x +y -5=0
D .2x -y +5=0或2x -y -5=0
解析:选D 设所求的直线方程为2x -y +C =0,则圆心(0,0)到该直线的距离d =|C |
5
=5,得C =±5.∴所求直线的方程为2x -y ±5=0.
6.过点P (4,2)作圆x 2+y 2=4的两条切线,切点分别为A 、B ,O 为坐标原点,则△OAB
的外接圆方程是( )
A .(x -2)2+(y -1)2=5
B .(x -4)2+(y -2)2=20
C .(x +2)2+(y +1)2=5
D .(x +4)2+(y +2)2=20
解析:选A 由圆x 2+y 2=4,得到圆心O 坐标为(0,0),∴△OAB 的外接圆为四边形OAPB 的外接圆,又P (4,2),∴外接圆的直径为|OP |=
42+22=25,半径为5外接圆的圆心为线
段OP 的中点是(2,1),所以△OAB 的外接圆方程是(x -2)2+(y -1)2=5.
7.把圆x 2+y 2+2x -4y -a 2-2=0的半径减小一个单位则正好与直线3x -4y -4=0相切,则实数a 的值为( )
A .-3
B .3
C .-3或3
D .以上都不对
解析:选C 圆的方程可变为(x +1)2+(y -2)2=a 2+7,圆心为(-1,2),半径为a 2+7,
由题意得|-1×3-4×2-4|(-3)2+4
2
=
a 2+7-1,解得a =±3.
8.已知圆C 与直线x -y =0及x -y -4=0都相切,圆心在直线x +y =0上,则圆C 的方程为( )
A .(x +1)2+(y -1)2=2
B .(x -1)2+(y +1)2=2
C .(x -1)2+(y -1)2=2
D .(x +1)2+(y +1)2=2
解析:选B 因为圆心在直线x +y =0上,所以设圆心坐标为(a ,-a )(此时排除C 、D),因为圆C 与直线x -y =0及x -y -4=0都相切,所以|a +a |2=|a +a -4|
2,解得a =1,r
=|a +a |
2
=2,所以圆C 的方程为(x -1)2+(y +1)2=2.
9.已知A (-2,0),B (0,2),点M 是圆x 2+y 2-2x =0上的动点,则点M 到直线AB 的最大距离是( )
A.322-1
B.322
C.322
+1
D .2 2
解析:选C 可知圆的圆心坐标为(1,0),半径为1,直线AB :-x 2+y
2=1,即x -y +2
=0,则圆心到直线的距离为d =|1-0+2|2=32 2.∴点M 到直线AB 的最大距离是d +r =3
22
+1.
10.实数x ,y 满足x 2+y 2-6x -6y +12=0,则y
x 的最大值为( ) A .3 2 B .3+2 2 C .2+ 2
D. 6
解析:选B 实数x ,y 满足x 2+y 2-6x -6y +12=0,所以点(x ,y )在以(3,3)为圆心,6为半径的圆上,则y
x 为圆上的点与原点连线的直线的斜率,设过原点的直线方程为y =kx ,则直线与圆相切时
|3k -3|
k 2+1
=6,解得k =3±22,所以y
x 的最大值为3+22,选B. 二、填空题(共4小题,每小题5分,共20分)
11.空间直角坐标系中,点A (-2,1,3)关于x 轴的对称点为点B ,又已知C (x,0,-2),且|BC |=32,则x 的值为________.
解析:易知B (-2,-1,-3),|BC |=(x +2)2+1+1=32,解得x =2或-6.
答案:2或-6
12.(山东高考)圆心在直线 x -2y =0上的圆 C 与 y 轴的正半轴相切,圆 C 截x 轴所得弦的长为23,则圆C 的标准方程为__________________________________________.
解析:依题意,设圆心的坐标为(2b ,b )(其中b >0),则圆C 的半径为2b ,圆心到x 轴的距离为b ,所以24b 2-b 2=23,b >0,解得b =1,故所求圆C 的标准方程为(x -2)2
+(y -1)2=4.
答案:(x -2)2+(y -1)2=4
13.已知圆x 2+y 2+x -6y +m =0和直线x +2y -3=0交于P ,Q 两点,且OP ⊥OQ (O 为坐标原点),则圆的方程为________.
解析:法一:设P (x 1,y 1),Q (x 2.y 2),
由?
????
x 2+y 2+x -6y +m =0,x +2y -3=0,得5x 2+10x +4m -27=0, 所以x 1+x 2=-2,x 1x 2=4m -275
,
又y 1y 2=12(-x 1+3)×12(-x 2+3)=1
4[x 1x 2-3(x 1+x 2)+9]=m +125
,
因为OP ⊥OQ ,所以OP ―→·OQ ―→=x 1x 2+y 1y 2=5m -15
5=0,解得m =3,
则所求圆的方程为x 2+y 2+x -6y +3=0.
法二:据题意设以PQ 为直径的圆的方程为x 2+y 2+x -6y +m +λ(x +2y -3)=0, 即x 2+y 2+(1+λ)x +(2λ-6)y +m -3λ=0.
因为OP ⊥OQ ,所以点O (0,0)在以PQ 为直径的圆上,则m -3λ=0,①
设圆心为C ,则其坐标为? ????-1+λ2,3-λ,由点? ??
??
-1+λ2,3-λ在直线x +2y -3=0上,
得-1+λ
2+2(3-λ)-3=0,解得λ=1,由①得m =3,则所求圆的方程为x 2+y 2+x -
6y +3=0.
答案:x 2+y 2+x -6y +3=0
14.已知点P 是直线3x +4y +8=0上的动点,PA 、PB 是圆x 2+y 2-2x -2y +1=0的两条切线,A 、B 是切点,C 是圆心,那么四边形PACB 面积的最小值为________.
解析:可知C (1,1),半径r =1,S 四边形PACB =2S △PAC ,则要使四边形PACB 的面积最小,只需使Rt △PAC 的面积最小,观察Rt △PAC ,直角边AC =r =1,所以要使△PAC 的面积最小,只需斜边PC 最短,而当PC 垂直于直线3x +4y +8=0时,PC 最短,为
|3×1+4×1+8|
32+42=3,这时|PA |=|PC |2-|AC |2=2 2.所以四边形PACB 面积的最小值为2×1
2
×22×1=
2 2.
答案:2 2
三、解答题(共6小题,共70分,解答时应写出文字说明、证明过程或演算步骤) 15.(本小题满分10分)有一圆与直线l :4x -3y +6=0相切于点A (3,6),且经过点B (5,2),求此圆的方程.
解:法一:由题意可设所求圆的方程为:(x -3)2+(y -6)2+λ(4x -3y +6)=0,又因为此圆过点(5,2),将坐标(5,2)代入圆的方程求得λ=-1,所以所求圆的方程为x 2+y 2-10x -9y +39=0.
法二:设圆的标准方程,寻找三个方程构成方程组求解.
设圆的方程为(x -a )2+(y -b )2=r 2,则圆心为C (a ,b ), 由|CA |=|CB |,CA ⊥l ,
得????? (3-a )2+(6-b )2=r 2,
(5-a )2
+(2-b )2
=r 2
,b -6a -3×43=-1,
解得???
a =5,
b =9
2,
r 2
=254,
所以圆的方程为(x -5)2+????y -922=25
4. 法三:设圆的一般方程求解.
设圆的方程为x 2+y 2+Dx +Ey +F =0,圆心为C , 由CA ⊥l ,A (3,6)、B (5,2)在圆上,
得?????
32+62+3D +6E +F =0,
52
+22
+5D +2E +F =0,
-E
2-6-D 2-3
×4
3
=-1,解得????
?
D =-10,
E =-9,
F =39.
所以所求圆的方程为x 2+y 2-10x -9y +39=0.
16.(本小题满分12分)已知圆C :(x -3)2+(y -4)2=4, (1)若直线l 1过定点A (1,0),且与圆C 相切,求l 1的方程;
(2)若圆D 的半径为3,圆心在直线l 2:x +y -2=0上,且与圆C 外切,求圆D 的方程. 解:(1)①若直线l 1的斜率不存在,即直线是x =1,符合题意. ②若直线l 1斜率存在,设直线l 1为y =k (x -1), 即kx -y -k =0.
由题意知,圆心(3,4)到已知直线l 1的距离等于半径2,即|3k -4-k |k 2+1=2,解之得k =3
4.
所求直线方程是x =1,3x -4y -3=0. (2)依题意设D (a,2-a ),
又已知圆C 的圆心C (3,4),r =2, 由两圆外切,可知CD =5 ∴可知
(a -3)2+(2-a -4)2=5,
解得a =3,或a =-2, ∴D (3,-1)或D (-2,4),
∴所求圆的方程为(x -3)2+(y +1)2=9或(x +2)2+(y -4)2=9.
17.(本小题满分12分)已知△ABC 三个顶点坐标分别为:A (1,0),B (1,4),C (3,2),直线l 经过点(0,4).
(1)求△ABC 外接圆⊙M 的方程;
(2)若直线l 与⊙M 相切,求直线l 的方程;
(3)若直线l 与⊙M 相交于A ,B 两点,且AB =23,求直线l 的方程. 解:(1)法一:设⊙M 的方程为x 2+y 2+Dx +Ey +F =0, 则由题意得????
?
1+D +F =0,17+D +4E +F =0,
13+3D +2E +F =0,
解得????
?
D =-2,
E =-4,
F =1
∴⊙M 的方程为x 2+y 2-2x -4y +1=0,或(x -1)2+(y -2)2=4. 法二:∵A (1,0),B (1,4)的横坐标相同,故可设M (m,2), 由MA 2=MC 2得(m -1)2+4=(m -3)2,解得m =1,
∴⊙M 的方程为(x -1)2+(y -2)2=4,或x 2+y 2-2x -4y +1=0.
(2)当直线l 与x 轴垂直时,显然不合题意,因而直线l 的斜率存在,设l :y =kx +4, 由题意知|k -2+4|k 2+1=2,解得k =0或k =4
3,
故直线l 的方程为y =4或4x -3y +12=0.
(3)当直线l 与x 轴垂直时,l 方程为x =0,它截⊙M 得弦长恰为23;
当直线l 的斜率存在时,设l :y =kx +4,
圆心到直线y =kx +4的距离为|k +2|
k 2+1, 由勾股定理得? ??
???|k +2|k 2+12+????
2322
=4,解得
k =-3
4
, 故直线l 的方程为x =0或3x +4y -16=0.
18.(本小题满分12分)已知直线l 与圆C :x 2+y 2+2x -4y +a =0相交于A ,B 两点,弦AB 的中点为M (0,1),
(1)求实数a 的取值范围以及直线l 的方程;
(2)若圆C 上存在四个点到直线l 的距离为2,求实数a 的取值范围;
(3)已知N (0,-3),若圆C 上存在两个不同的点P ,使PM =3PN ,求实数a 的取值范围.
解:(1)圆C :(x +1)2+(y -2)2=5-a ,C (-1,2),r =5-a (a <5),据题意:CM =2<
5-a
?a <3,即实数a 的取值范围为(-∞,3).
因为CM ⊥AB ?k CM ·k AB =-1,k CM =-1?k AB =1, 所以直线l 的方程为x -y +1=0.
(2)与直线l 平行且距离为2的直线为l 1:x -y +3=0过圆心,有两个交点, l 2:x -y -1=0与圆相交,?22<
5-a ?a <-3.
故实数a 的取值范围为(-∞,-3).
(3)设P (x ,y ),PM =3PN ?x 2+(y +5)2=12, 据题意:两个圆相交:|
5-a -23|<52<