高中平面解析几何全一册
第二章圆锥曲线
第二单元圆
一、教法建议
【抛砖引玉】
本单元共有两小节,主要研究圆的标准方程和圆的一般方程。
在初中平面几何我们已经学习了圆的定义和性质,在这里我们根据圆是到定点(圆心)的距离等于定长(半径)的点的轨迹,建立了圆的标准方程:(x-a)2 + (y-b)2 = r2,它是由在直角坐标第中圆心的坐标(a、b)和半径r所确定的方程,又根据平面几何中所学圆的切线的定义和性质,由圆的标准方程研究了圆的切线方程,并由圆的标准方程解决了一些实际问题。
由于圆的标准方程实际上是一个二元二次方程,我们又研究了一般的二元二次方程与圆的方程的关系,得到了圆的一般方程,最后又研究了用待定系数法求圆的方程。
【指点迷津】
这一单元的重点是圆的标准方程和圆的一般方程,要求学生能由圆心坐标和半径长熟练地写出圆的标准方程,并能由圆的标准方程准确地写出它的圆心坐标和半径长。对于圆的一般方程,要求学生掌握它的特点,会用配方法把一般方程化为标准方程。
由于圆是平面几何中重点学习的图形,学习了圆的很多性质,特别是和圆有关的直线和线段(直线的一部分)的性质,如圆的切线,割线,弦等的性质在这一单元都会用到,教师可概括学习内容适当地复习有关性质,并启发学生在解题中运用性质,可以顺利解决有关问题。
圆的切线也是这个单元的重要内容,它主要研究了过圆上一点的圆的切线,过圆外一点的圆的切线,已知斜率的圆的切线,要求学生掌握求各种条件下切线的方法,在此基础上也可以总结出一些带规律性的东西,适当记忆,加快解题速度,特别是解选择题和填空题,如:
过圆x2 + y2 = r2上一点(x1,y1)的切线方程是x1x + y1y = r2
过圆(x-a)2 + (y-b)2 = r2上一点(x1、y1)的切线方程是(x1-a)(x-a) + (y1-b)(y -b) = r2
圆x2 + y2 = r2的斜率为k的切线的方程是y kx r k
12
=±+
对于圆的一般方程应要求学生明确掌握,二元二次方程的一般形式
A x2 +
B xy +
C y2 +
D x + D y + F = 0必须满足如下三个条件:
(1)x2和y2项的系数相同,且不等于零,即A=C≠0
(2)不含xy项,即B = 0
(3)D 2 + E 2-4F > 0 才能表示一个圆。
也就是说条件(1)、(2)、(3)总合起来才是二元二次方程表示圆的充要条件。而只具有(1)、(2)两条件是二元二次方程表示圆的必要条件,但不是充分条件。
由于圆的标准方程和圆的一般方程中都含有三个独立的参变数,因此确定一个圆需要三个独立条件。用待定系数法求圆的方程时,就要把三个条件转化为三个方程(含a 、b 、r 三个未知数或含D 、E 、F 三个未知数)通过解三元方程组求出未知数而得出圆的方程,一般来说,条件中和圆心有关时用圆的标准方程比较简单。
二、学海导航
【思维基础】
本单元的知识比较单一,它主要研究的就是圆的标准方程和一般方程,因此熟练掌握圆的方程的两种形式是很重要的。而解题又有一定的综合性,它要用到平面几何中有关圆的知识,前一章的直线方程中的有关知识,所以学好本单元还要掌握一定解题方法。
1.求圆的方程
和求直线方程类似,求圆的方程一般也是两种方法,一种是已知或求出圆心坐标和半径长,直接代入圆的标准方程,另一种是用待定系数法:
根据下列条件求圆的方程
1.已知直径的两端点是A (-3,5)和B (1,-3)
2.圆心在A (3,-5)且与直线x -7y + 2 = 0相切
3.经过点A (2、2)和B (4,-2),圆心在y 轴上 显然,根据条件很容易求出它们的圆心坐标和半径,代入圆的标准方程即可。
1.圆心为AB 中点C (-1,1)半径r AB ==1
2
25||,圆的方程是(x + 1)2 + (y -1)2 = 20
2.半径r 是圆心A (3、-5)到直线x -7y + 2 = 0的距离42,圆的方程是(x -3)2 + (y + 5)2 = 32
3.圆心是线段AB 的垂直平分线与y 轴交点,AB 的垂直平分线是x -2y -3 = 0,圆心是C (0、-32),半径|AC| =
12
65,圆的方程是x y 223265
4++=
() 而第3个题也可以用待定系数法,解法是设圆心是(0、b ),圆的方程是x 2 + (y -b )2 = r 2因为经过点A (2、2)和B (4、-2),所以有
2242222
222
+-=+--=????
?()()b r
b r 解方程组得 b r =-=3265
4
2,
此题也可设圆的方程是x 2 + y 2 + D x + E y + F = 0,它的圆心坐标为(-
-D 2E 2,)
,又由于圆心在y 轴上,故-D
2
= 0,即D = 0,圆的方程化为: x 2 + y 2 + E y + F = 0
因为经过点A (2,2)和B (4,-2),所以有
222E F 0
4(2)(2)E F 0
2222
+++=+-+-+=????? 解方程组得:E = 3,F =-14 圆的方程是x 2 + y 2 + 3y -14 = 0 配方得x y 2232
654
++=
() 2.求圆的切线的方程
圆的切线是直线和圆的一种重要位置关系,初中平面几何中已经学习了它的定义,判定和性质,在这里我们利用已经学过的知识,求圆的切线的方程,在第一部分教法建议中已指出了在几种不同条件下切线方程的写法,并不要求死记硬背,重要的是掌握求圆的切线方程的方法,切线是直线,因此求切线方程就是求直线方程,要用切线的性质找出列直线方程的条件。
例如:已知圆x 2 + y 2 = 1求此圆斜率是-1的切线的方程: 设切线方程是y =-x + b 即x + y -b = 0
根据圆心到切线的距离等于圆的半径知,圆x 2 + y 2 = 1的圆心(0,0)到切线x + y -b =0的距离等于1,即
||
0011
1
22
2
+-+==±b b
切线方程是x y x y ++=+-=2020与
3.圆与直线的问题 圆与直线的位置关系,在解析几何中一般由它们的方程组成的方程组的解的情况来研究,是否可以用其他方法呢?
如判断圆x y x y 222410+-++=和直线3x -4y + 5 = 0的位置关系。除解方程组外还可以用圆心到直线的距离d 与半径r 的关系来判定,若d < r ,则直线和圆相交;若d = r ,则直线和圆相切;若d > r ,则直线和圆相离。
x y x y 222410+-++=配方得 (x -1)2 + (y + 2)2 = 4
它的圆心是(1、-2) 半径r = 2
d =
+++-=
=>||()38534165315
222
所以直线和圆相离
4.两个圆的位置关系
我们知道两个圆有五种不同位置关系:即外离、外切、相交、内切、内含,用解方程组的方法讨论时,只能判定相离,相切或相交,但分不出内切还是外切,外离还是内含,若用圆心距与两圆半径之间的关系就能判断出准确的位置关系:如果圆心距用d 表示,两圆半径分别是R ,r (R > r ),若d < R + r ,且d > R -r ,则两圆相交;若d = R -r ,则两圆相内切;若d < R -r ,则两圆相内含。
如:已知两圆的方程分别是x 2 + y 2 = 4和x y x y 2268240+-+-=。试判断它们的位置关系。
圆x 2 + y 2 = 4的圆心是(0,0),半径r = 2 圆x y x y 2268240+-+-=,配方化为
()()x y -++=344922,圆心为(3,-4)
,半径为R = 7
圆心距d = 5,又R -r = 5 即d = R -r
所以两圆相内切
【学法指要】
例1.求圆心是C (2、-1),且截直线x -y -1 = 0所得弦长是22的圆的方程。
分析:此题的圆心是已知,列圆的方程只须求出半径长,怎样求半径长呢?如图,弦心距、弦的12
和半径构成直角三角形,若求出弦心距,可求出半径。 解:如图:圆心C (2,-1)到直线x -y -1 = 0的距离是
|CD||211|1(1)
2
|AB|22|AD|2
|AC||CD||AD|4 (2)(1)4
2
2
2222=
+-+-=====+=-++=∵∴∴半径所求圆的方程是r x y
例2.已知一个圆的圆心在直线l 1:x -y -1 = 0上,该圆和直线l 2:4x + 3y + 14 = 0相切,并且直线l 3:3x + 4y + 10 = 0截圆所得弦长为6,试求此圆的方程。
分析:此题直接求圆心坐标和半径比较困难。一般应选择待定系数法求圆的方程,设标准方程还是一般程呢?因为已知条件与圆心有关,设标准方程比较好,我们知道三个独立条件确定一个圆的方程,以下的问题是如何将题目中已知的三个条件转化为三个含a 、b 、r 的方程。
解:如图:
设所求圆的圆心是(a 、b ),半径是r ,圆的方程是(x -a )2 + (y -b )2 = r 2 由于圆心(a 、b )在直线x -y -1 = 0上,有a -b -1 = 0 (1) 由于圆与直线4x + 3y + 14 = 0相切,有
||431434
2
2
a b r +++= (2)
由l 3:3x + 4y + 10 = 0截圆所得弦长为6,有圆心到l 3的距离是r 223-
||341034322
2a b r +++=- (3)
解由方程(1)、(2)、(3)组成的方程组得 a = 2,b = 1,r = 5 所求圆的方程是 ()()x y -+-=212522
例3.已知圆x 2 + y 2-2x -3 = 0,求过点A (5,0)的圆的切线方程
分析:首先应判定点A 在圆上还是在圆外。想一想,若点在圆上可以有几条切线?若点在圆外有几条切线?怎么求它们的切线方程呢?切线是直线,现已知过一个点,若能求出斜率或直线上另一点即可求出方程,也可用待定系数法求。
解法一:如图
圆x 2 + y 2-2x -3 = 0的圆心是(1、0),半径是2 点(5、0)在圆外,设切线方程是 y = k (x -5)即kx -y -5k = 0
因为圆心(1、0)到切线的距离等于半径2
所以||
k k k -+=51
22
解得k =±
33
所求圆的切线是:
33533033533
0x y x y --=--+=和 化简得
x y x y --=+-=350350和
为所求切线方程 解法二:如图:
圆x 2 + y 2-2x -3 = 0的圆心是C (1、0)半径是2。 点A (5,0)在圆外。 设切点为P (x 1、y 1) 直线AP 的斜率为y x 115-。CP 的斜率为y
x 111
- ∵AP ⊥CP ∴
y x y
x 111151
1-?-=- 即x y x 1212
1650+-+= (1) ∵切点P (x 1、y 1)在圆上
∴x y x 12121230+--= (2)
解(1)、(2)组成的方程组,得两组解
x y x y 1111232
3==??
??==-????和 即有两个切点 P (2 ,3) P (2 ,3)12和-
则两条切线的斜率分别为-3
3
和33,
所求切线方程是
y x y x =-
-=-3353
3
5()()和 化简得x y x y +-=--=350350和 说明:当求出切点后也可以用两点式写出切线方程
例4.圆x 2 + y 2 = 4,求经过点P (0,-4)且与圆相交的直线的斜率k 的取值范围。
分析:经过点P (0,-4)的直线有多少条?它们的斜率k 的取值范围是什么?它们与圆的位置关系有哪几种情况?k 取什么样的值时,直线才能和圆相交?下面我们用两种方法解此题。
解法一:
设过点P (0,-4)的直线是y = kx -4 解方程组
y kx x y =-+=???414
222
()()
把(1)代入(2) 得
()()()k x kx k k k 2222218120841121648
+-+==--+?=-? 因为直线和圆相交,所以△= 16k 2-48 > 0 解得k k <->33或 解法2:
设过点P (0,-4)的直线是y = kx -4即kx -y -4 = 0 圆x 2 + y 2 = 4的圆心是(0,0),半径是2,圆心到直线的距离
d k k k =
?--+-=
+||()
004141
2
2
2
因为直线与圆相交,所以d < 2,即
41
22
k +< 解得
k k <->33或
【思维体操】
例1.求经过点A (-2,3),并与直线4x + 3y -26 = 0相切于点B (5,2)的圆的方程
解法一:
设所求圆的方程是(x -a )2 + (y -b )2 = r 2
直线4x + 3y = 26的斜率为-43
经过切点B (5,2)与已知切线垂直直线的斜率为34,直线方程是y -2 =34
(x -5) 即 3x -4y -7 = 0 根据题意:
34701522233222222a b a b r a b r
--=-+-=--+-=?????()()()()()()()
解得:a = 1,b =-1,r = 5
所求圆的方程是(x -1)2 + (y + 1)2 = 25
说明:方程(1)也可由如下方法得到,切线4x + 3y = 26的斜率为-43
, 过切点B (5,2)的半径的斜率为34
,即
b a --=253
4
整理得3470a b --= 解法二:
同解法一,过切点B (5,2)与切线垂直的直线方程是3x -4y -7 = 0 线段AB 的中点是(3252,),AB 的斜率是k 123521
7
=-+=-,AB 垂直平分线的斜率是k = 7,方程是y x -
=-5273
2()即7x -y -8 = 0,解方程组: 3470780
1
1
x y x y x y --=--=??
?==-??
?得: 所以所求圆心为C (1,-1) 半径r = |AC| =
()()121352
2
++--=
所求圆的方程是(x -1)2 + (y + 1)2 = 25 解法三:
设圆的方程是x 2 + y 2 + D x + E y + F = 0
圆心是C (-
-D 2E 2
,) 同解法一,过切点B (5,2)与切线垂直的直线方程是3x -4y -7 = 0
根据题意:
3(D 2)4(E 2)70(2)32D 3E F 0525D 2E F 022
22----=-+-++=++++=??????
??? 解得:D =-2,E = 2,F =-23
所求圆的方程是:x 2+ y 2-2x + 2y + 23 = 0 即(x -1)2+ (y + 1)2 = 25 评析:此题的三种解法中的解法一和解法三用的都是待定系数法。区别是所设方程一个是标准式,一个是一般式,标准式中明确表示了圆心和半径,而一般式经配方后可知其圆心为(D 2E 2)1
2
D E 4F 22-
-=+-,,半径为r ,
记住了可以简化计算,解法二是利用几何性质直接求出圆心和半径。由于我们对圆的性质掌
握的比较多,用几何性质解决有关圆的问题也是常用的方法,不可忽视,还要注意的是,求圆的方程要有三个独立条件,此题的条件中与直线4x + 3y =26相切于点B (5,2)实际是两个条件,一为切线,二为切点,学生作此题时勿认为是一个条件。
例2.已知圆x 2
+ y 2
-2x -4y + 1 = 0,求经过点P (3,6)的圆的切线的方程。
解:经判断点P (3,6)是圆外一点。
设所求切线的方程是y -6 = k (x -3) 即 kx -y -3k + 6 = 0
圆x 2
+ y 2
-2x -4y + 1 = 0的圆心为(1,2)半径r =
12
()()-+--24422
=2
因为圆心到切线的距离等于半径
图
所以
解得||
||k k k k k k --++=-=+=
2361
2
2134
2
2
由于过圆外一点的圆的切线有两条,其中一条与x 轴垂直。
所以所求圆的切线是y x x y x -=--+==634
3341503()即和 评析:前面我们已经给出了求过圆外一点圆的切线的方法,一种是先求出切点。此题同学可以自己用这一方法求,但无论哪种方法都用到了切线的斜率,从图中可知一条切线与x 轴垂直,斜率不存在,通过计算方法是不可能得到的。计算结果只能得到一条切线,这显然不全面,就必须根据图形补上一条。
例3.求经过点P (6,1),且斜率K =12
的直线被圆x 2 + y 2 = 4所截得的弦长。 解法一:如图,根据题意直线为y x x y -=---=112
6240()即 解方程组
x y x y x y x y --=+=???
==-???==-
?
?
???
??24040
285
6522
1122得 即直线与圆的交点是A (0,-2),B (8565
,-)
所得弦长是
|AB| =()()85
065
245
5
22-+-+= 解法二:
同解法一,解方程组
x y x y --=+=???24014222
()()
由(1)x = 2y + 4 代入(2)得
516120165
125
41625
24246425
21212122122121212122122y y y y y y y y y y y y x y x x y y x x y y ++=+=-=
-=+-==+-=--=-=
则
由得()()()()()
因为直线与圆的交点是A ()()x y x y 1122??,B 所以弦长为|AB| =()()x x y y 12212245
5
-+-=
解法三:
同解法一,直线方程为x -2y -4 = 0 圆x 2 + y 2 = 4的圆心为(0、0),半径r = 2,圆心到直线的距离是
||||()||||||||(
)OC AB AC OA OC =
-?-+-===-=-=02041245
4
2222455
455
22
2222
评析:此题是一个比较简单的问题,在前一单元我们也介绍过求弦长的方法,解法一和解法二都是前面介绍过的方法,解法一和解法二都是前面介绍过的方法。在交点坐标比较简单时,可直接求出交点坐标,再求两点距离得到弦长。若交点坐标比较繁杂时,或采用解法二的方法。而解法三用了圆的性质,解法比较简单,这里又一次提醒大家,解圆的有关问题,一定要考虑是否可用圆的性质。
三、智能显示
【心中有数】
本单元应掌握知识的重点是圆的标准方程和圆的一般方程。要求已知圆的标准方程时,能准确地写出圆心坐标和半径长。要求能把圆的一般方程熟练准确地化为标准方程,还有二元二次方程的一般形式表示圆的充要条件。
另一重点是应掌握一些解题的基本方法,如用待定系数法求圆的方程;根据不同条件求圆的切线的方程及圆和直线的有关问题等。这些方法也为后面学习其他圆锥曲线打下良好的基础
【动脑动手】
解答下列各题: 1.选择题
(1)方程x 2 + y 2-x + y + m = 0,则m 的取值范围是:
A. m >12
B. m <12
C. m <12
D. m ≤1
2
(2)自点P (-1,4)向圆x 2 + y 2-4x -6y + 12 = 0引切线,则切线长是:
A. 3
B. 5
C. 10
D. 5
2.求和圆x 2 + y 2 + 2x = 0相外切,并且和直线x y -=30相切于点A (-3,-3)的圆的方程。
3.求与圆x 2 + y 2-4y + 3 = 0相外切,且与x 轴相切的圆的圆心P 的轨迹方程。
4.求圆上与直线4x + 3y -12 = 0的距离最小的点的坐标,圆的方程是x 2 + y 2
= 4
解
1.(1) C (2) A
2.解:设所求圆的圆心为B (a 、b ),半径为r ,方程为(x -a )2 + (y -b )2 = r 2(如图)
已知圆x 2 + y 2 + 2x = 0的圆心是C (-1,0),半径是1。
所求的圆的切线x y -=30的斜率为33
,过切点的半径AB 的斜率为-3,又A (-3、-3),B (a 、b )
所以
b a ++=-3
3
3 得 b a =--343 (1) 因为A (-3、-3)是所求圆上的点,得 (-3-a )2 + (-3-b )2 = r 2 (2) 因为所求圆与已知圆相外切,得 |BC| = r + 1
()a b r ++=+1122 (3) 解(1),(2),(3)组成的方程组得
a b r a b r 111
222
4020436=-==???
??==-=???
?? 所求圆的方程是:
()()x y x y ++=++=4443362222和 3.解:如图
已知圆x 2 + y 2-4y + 3 = 0的圆心是C (0,2)半径是1。
设点P 的坐标为(x 、y )根据题意y > 0 根据题意:|CP| = |y | + 1
把坐标代入,得()()||x y y -+-=+02122 整理化简得x 2-6y + 3 = 0
4.解:
直线4x + 3y -12 = 0的斜率为-4
3。与其垂直直线的斜率是34
。 过圆x 2 + y 2 = 4的圆心(0,0)与已知直线垂直的直线方程是y = 3
4
x ,即3x -4y = 0
解方程组x y x y 2
2
4340+=-=??? 得 x y x y 11228565856
5==???????=-=-??
????? 得到直线与圆交于点A (85,65),B (-85,-6
5
)
点A 到直线4x +3y -12 = 0的距离是
d x y d 122
222
48536
51243254312048536
51243425=?
+?-+=+-==-+--+=||
|()()|
点到直线的距离是B
所以所求距离最小点的坐标是(85,6
5
)
【创新园地】
1.与圆x 2 + y 2-2x + 4y + 1 =0关于直线x -y + 2 =0对称的圆的方程。
2.求经过点A (3,2)和两圆x 2 + y 2 = 1,x 2 + y 2 + 2x = 0的交点的圆。
3.求经过两圆x 2 + y 2 + 6x -5 = 0和x 2 + y 2 + 6y -7 = 0的交点,且圆心在直线x -y -4 = 0上的圆的方程。
创新园地解答
1.解:
圆x 2 + y 2-2x + 4y + 1 = 0的圆心是C (1,-2)半径r = 2
圆心C (1,-2)关于直线x -y + 2 = 0的对称点是C ′(-4,3)(过程略) 所求圆的方程是
(x + 4)2 + (y -3)2 = 4,即 x 2 + y 2 + 8x -6y + 21 = 0 2.解法一: 解方程组
x y x y x 2222
1
20
+=++=????? 得两圆交点为B (-1232,
),C (--1232
,) 设所求圆的方程为x 2 + y 2 + D x + E y + F = 0 因为圆经过点A (3,2),B (-1
2
32,),C (--123
2
,)用待定系数法求得D =-
==-247019
7
,,E F 所求圆的方程是
x y x x y x 222224719
707724190+-
-=+--=即
解法二:
可以证明,经过两圆x 2+ y 2-1 = 0和x 2+ y 2+ 2x = 0的交点的圆的方程可以写成
x 2 + y 2 + 2x + λ(x 2 + y 2-1) = 0 (λ≠-1) 这个方程不包括圆x 2 + y 2-1 = 0
因为圆经过点A (3,2)
所以9 + 4 + 6 + λ(9 + 4-1) = 0 λ=-1912
所求圆的方程为
x 2 + y 2 + 2x -
1912
(x 2
+ y 2-1) = 0整理得 7x 2 + 7y 2-24x -19 = 0
说明:这一解法比解法一要简单,有的题目交点坐标不易求出,用此法则简单的多,若作选择题或填空题,用此法解很易得出结果,下面第3题,交点不易求出,用此法求要简单的多。
3.解
设所求经过两圆x 2 + y 2 + 6x -5 = 0和x 2 + y 2 + 6y -7 = 0的交点的圆为 x 2 + y 2 + 6x -5 +λ(x 2 + y 2 + 6y -7) = 0(λ≠-1) 化为:
x 2 + y 2 + 616175
10+++-++=λλλλλx y
圆心是(-+31λ,-+31λ
λ
)
因为圆心在直线x -y -4 = 0上,
所以-+31λ +31λ
λ+-4 = 0解得
λ=-7 所求圆的方程是
x 2 + y 2 + 6x -5-7(x 2 + y 2 + 6x -7) = 0化简得 3x 2 + 3y 2-3x -21y -22 = 0
四、同步题库
一、选择题
1.以点(2,-1)和(2,3)为直径的两个端点的圆的方程是( )
(A) x 2+y 2-4x+2y+1=0 (B) x 2+y 2
-4x-2y+1=0
(C) x 2+y 2+4x-2y+1=0 (D) x 2+y 2
+4x+2y+1=0
2.直线4x-3y+11=0与圆(x+2)2+(y-1)2
=10的位置关系是( ) (A)相切 (B)相离 (C)过圆心 (D)相交但不过圆心
3.圆(x-a)2+(y-b)2=r 2
(r>0)与x 轴相切的充要条件是( )
(A)a=r (B)b=r (C)|a|=r (D)|b|=r
4.若圆x 2+y 2
+Dx+Ey+F=0与x 轴相切于原点,则系数D 、E 、F 满足( ) (A)F=0D=0,E=0 (B)F=0,D=0,E ≠0 (C)F=0,D ≠0,E=0 (D)F ≠0,D=0,E ≠0
5.若方程x 2+y 2+4mx-2y+8m 2
+m+1=0表示圆,则m 的取值范围是( )
(A)0 (B)0m 4 1 <<- (C)4 1m 0< < (D)-4 6.两圆x 2+y 2-6x=0和x 2+y 2 -6x-4y-12=0的位置关系是( ) (A)相交 (B)外离 (C)内切 (D)外切 7.圆x 2 +y 2 +2x+4y-3=0上到直线x+y+1=0 的距离等于2的点共有( ) (A)1个 (B)2个 (C)3个 (D)4个 8.当圆x 2+y 2+2x+ky+k 2 =0的面积最大时,圆心的坐标是( ) (A)(0,-1) (B)(1,0) (C)(1,-1) (D)(-1,1) 9.若直线x+2y-1=0与圆x 2+y 2 -4x+6y+3=0相交于A 、B 两点,则|AB|等于( ) 10)D (5)C (5 2)B (5 )A ( 10.动圆x 2 +y 2 -2mx+(4m+6)y+5m 2 +12m=0的圆心的轨迹方程是( ) (A)2x-y-3=0 (B)2x-y+3=0 (C)2x+y+3=0 (D)2x+y-3=0 二、填空题 1.在x 轴上的截距是-1和7,且半径是5的圆的方程是 . 2.直线x=3被圆(x-a)2 +y 2 =4截得的弦长为32,则a 的值等于 . 3.圆心是(1,-2)且与直线3x-4y=1=0相切的圆的方程是 . 4.过点P(-3,2)且与圆x 2+y 2 =13相切的直线方程是 . 5.过点A(-2,2)的直线与圆x 2+y 2 =2有公共点,则直线l 的倾斜角a 的取值范围是 . 6.两圆x 2+y 2-6x+2y+1=0和x 2+y 2 +2x-4y-11=0的位置关系是 . 三、解答题 1.求过0(0,0),A(3,1),B(-1,3)三点的圆关于点M(2,4)对称的圆的方程. 2.已知圆x 2+y 2 -2x+4y+2=0内一点P(2,-1),求过P 点的弦中最短的弦所在的直线的方程, 并求这个弦长. 3.如果圆C 经过点P(2,-1),圆心在直线y=-2x 上,又与直线x-y-1=0相切,求圆C 的方程. 4.求圆x 2 +y 2 -2ax+2ay+3a 2 -2a-1=0当半径最大时,截直线x 2 1 y -=所得的弦长。 【参考答案】 动脑动手 1.(1)C; (2)(A) 2.解:设所求圆的圆心为 B(a,b),半径为r,方程为(x-a)2+(y-b)2=r 2 (如图) 已知圆x 2+y 2 +2x=0的圆心是 C(-1,0)半径是1. 所求的圆的切线0y 3x =-斜率为3 3, 过切点的半径AB 的斜率为-3 又A(-3,- 3),B(a,b) 所以 33 a 3 b -=++ 34a 3b --=得 ① 因为A(-3,3)是所求圆上的点, 得(-3-a)2 +(3-b)2 =r 2 ② 因为所求圆与已知圆相外切,得|BC|=r+1 1r b )1a (22+=++ ③ 解①、②、③,组成的方程得 ??? ??=-==??? ??==-=6r 34b 0a 2r 0b 4a 2 221 11 所求圆的方程是: (x+4)2 +y 2 =4和x 2 +(y+34)2 =36 3.解:如图 已知圆x 2+y 2 -4y+3=0的圆心是C(0,2),半径是1。 设点P 的坐标为(x,y)根据题意,y>0 根据题意,|CP|=|y|+1 把坐标代入,得1|y |)2y ()0x (2 2+=-+- 整理化简得x 2 -6y+3=0. 4.解:直线4x+3y-12=0的斜率为3 4 -.与其垂直直线的 斜率是 3 4. 过圆x 2 +y 2 =4的圆心(0,0)与已知直线垂直的直线方程是y= 3 4 x,即3x=4y=0解方程组 ??? ??? ? -=-=?????? ?==?? ?=-=+56y 5 8x 56y 58x 0 y 4x 34y x 221122得 ). 5 6 ,58(5 2 4 3412 )5 6 (3)58(4012345 2 34125 6358401234) 5 6 ,58(),56,58(2 222 21坐标是所以所求距离最小点的的距离是 到直线点的距离是 到直线点得到直线与圆交于点=+--+-= =-+= +-?+?= =-+--d y x B d y x A B A 创新园地 1.解:圆x 2+y 2 -2x+4y+1=0的圆心是C(1,-2)半径r=2 圆心C(1,-2)关于直线x-y+2=0,的对称点是C(-4,3)(过程略) 所求圆的方程得 (x+4)2+(y-3)2 =4,即 x 2+y 2 +8x-6y+21=0 2.解法一: 解方程组 ) 23,21(C ),23,21(B )2,3(A 0F Ey Dx y x )23,21(C ),23,21(B 0x 2y x 1y x 222222---=++++---?? ???=++=+因为圆经过点设所求圆的方程为得两圆交点为 用特定系数法求得7 19F ,0E ,724D -==-= 所求圆的方程是 .019x 24y 7x 707 19 x 724y x 2222=--+=-- +即 解法二: 可以证明,经过两圆x 2+y 2-1=0和x 2+y 2 +2x=0的交点的圆的方程可以写成 )1(0)1y x (x 2y x 2222-≠λ=-+λ+++ 这个方程不包括圆x 2 +y 2 -1=0 因为圆经过点A(3,2) 所以9+4+6+λ(9+4-1)=0 12 19- =λ 所求圆的方程为 整理得0)1y x (12 19x 2y x 22 2 2=-+- ++ 7x 2 +7y 2 -24x-19=0 【说明】 这一解法比解法一要简单,有的题目交点坐标不易求出,用此法则简单的多,若作选择题或填空题,用此法解很易得出结果,下面第3题,交点不易求出,用此求要简单的多. 3.解:设所求经过两圆x 2+y 2+6x-5=0和x 2+y 2 +6y-7=0的交点的圆为 70413,13, 04y x ) 13,13(0157y 1616y x : )1(0)7y 6y x (5x y x 222222-=λ=-λ+λ -λ+-=--λ +λ -λ+-=λ++λ+λ+λ+λ++ +-≠λ=-++λ+-++上 所以上因为圆心在直线圆心是化为 所求圆的方程是 x 2+y 2+6x-5-7(x 2+y 2 +6y-7)=0 3x 2+3y 2 -3x-21y-22=0 同步题库 一、选择题 1.(B)提示:圆心是已知直径的中点(2,1),半径为2的圆的方程(x-2)2+(y-1)2 =4化简后得. 2.(C)提示:已知圆的圆心是(-2,1),它满足直线方程4x-3y+11=0,所以直线经过圆心. 3.(D)提示:若圆与x 轴相切,则圆心(a,b)到x 轴(y=0)的距离等于r,即|b|=r,反之,若 |b|=r,说明圆心到x 轴的距离等于半径r,则圆与x 轴相切。 4.(B)提示:因为圆x 2+y 2 +Dx+Ey+F=0与x 轴相切于原点,所以圆必过原点,且圆心与y 轴上(除去原点),因此F=0,D=0, E ≠0. 5.(B)提示:因为圆x 2+y 2+4mx-2y+8m 2 +m+1=0 经过配方后得 (x+2m)2 +(y-1)2 =-4m 2 -m,因为方程表示圆,所以-42-m>0解4 1 - 得 +y 2 =9和(x-3)2 +(y-2)2 =1,圆心分别是O 1(0,3)和O 2(3,2)半径分别是r 1=3,r 2=1,圆心距|O 1O 2|=2,r 1-r 2=2,而圆相内切. 7.(C)提示:圆的方程配方后得(x+1)2 +(y+2)2 =8,因此圆心是C(-1,-2),半径为R=22, 圆心到直线x+y+1=0的距离d=2是半径长的2 1 ,因此与直线x+y+1=0垂直的半径的外端点及与直线平行的直径的两个端点到这直线的距离都是2,除此三点外圆上没有其 他点满足条件. 8.(B)提示:圆x 2+y 2 +2x+ky+k 2 =0经配方后得,k 4 3 1)k 21y ()1x (222 -=+ ++因为方程表示圆,所以半径02k ,k 4 31r 2 ≥+=由于,所以k=0时r 有最大值,当k=0时,圆心为(-1,0). 9.(B)提示:把圆的方程配方后得到圆心为C(2,-3),半径10r =,圆心C(2,-3)到直线x+2y-1=0的距离是 52 1|162|2 =+--,在弦心距半径和弦长的一半组成的直角三角形中, 根据勾股定理,弦长等于.52)5()10(22 2 =- 10.(C)提示:根据动圆的方程可知动圆的圆心为(m,-2m,-3),即动圆圆心的横纵坐标满 足. . 03y x 22 3y x 23y m x m 3m 2y m x =+++- =?? ???+-==?? ?--==整理得 所以即 二、填空题 1.x 2+y 2-6x-6y-7=0,提示:设圆的方程为(x-a)2+(y-b)2 =25,因为圆经过点(-1,0)和(7,0),所以 ?????=+-=+--25 b )a 7(25b )a 1(2 22 2 解方程组得 a=3,b=3,也可以画出图由圆的几何性质得出圆心坐标为(3,3) 2.2或 4.提示:把x=3代入圆的方程得(3-a)2+y 2=4,y 2=4-(3-a)2 ,解得 ,)a 3(4y 2--±=由于直线x=3垂直到x 轴,所以 32)a 3(422=--解得a 1=2,a 2=4 3.x2+y2-2x+4y+1=0.提示:圆的半径是点(1,-2)到直线3x-4y-1=0的距离, ,25 | 183|r =-+= 圆的方程是(x-1)++(y+2)2=4即x 2+y 2-2x+4y+1=0. 4.3x-2y+13=0,提示:因为点(-3,2)在圆x 2 +y 2 =13上, 所以过点(-3,2)与圆x 2 +y 2 =13相切的直线方程是-3x+2y=13,即3x-2y+13=0. 5. 12 5a 12π≤≤π.提示:如图:圆x 2+y 2 =2的圆心在(0,0),半径为22|AO |,2=,若AB,AC 是圆的两条切线,切点分别是B 、C,则|OB|=|OC|=,AC OC ,AB OB ,2⊥⊥且 Rt ?ABO ≌Rt ?ACO, ∠AOB=∠AOC=60?,又OA 是第三象限角平分线,所以∠BOD=75?,∠BDO=15?,切 线AB 的倾斜角a=15?= 切线,12πAC 的倾斜角∠CEO=75?=因,12 5π 此过点A(-2,2)与圆x 2+y 2=2有公共点的直线l 的倾斜角的范围.12 5a 12π≤≤π是 6.相交,提示:两圆标准方程为(x-3)2+(y+1)2=32和(x+1)2+(y-2)2=42 ,d=5, r 1+r 2=3+4=7,d 1.解:设过已知三点的圆的方程是x 2+y 2 +Dx+Ey+F=0 5 )2y ()1x (0y 4x 2y x 0F 4E 2D 0 F E 3D 910F E D 1390F )3,1(B ),1,3(A ),0,0(2222=-+-=--+?? ? ??=-=-=? ?? ??=++-+=+++=∴--配方后得所以过已知三点的圆是解得 圆过点 ,5r )2,1(C =半径圆心为 设点C(1,2)关于点M(2,4)的对称点是C '(x 0,y 0),则 . 5)6y ()3x ()6,3(C C ,6y ,3x ,42 y 2,24x 122000 0=-+-∴''==∴=+=+所求圆的方程是点的坐标是即 2.解:已知圆x 2 +y 2 -2x+4y+2=0,配方后得(x-1)2 +(y+2)2 =3,它的圆心在C(1,-2),半径 R=3. 过点P(2,-1)的弦中以P(2,-1)为中点的弦AB 最短,此时CP ⊥ AB . 2)|CP ||CA (|2|AB |3 |AC |2)21()12(|CP |01y x )2x (1y AB 1 k 1 22 1k 2222AB CP =-=∴==+-+-==-+--=+-=∴-+-= 即所在直线的方程是 3.解:设所求圆的圆心为C(a,b),半径为r,圆的方程为(x-a)2 +(y-b)2 =r 2 根据题意 2 )2y ()1x (213r 18b 9a 2r 2b 1a r 2|1b a |a 2b r )b 1()a 2(22222=++-?????=-==?????=-==????? ???? =---==-+-所求圆的方程是或解得 或(x-9)2+(y+18)2 =338 4.解:圆x 2+y 2-2ax+2ay+3a 2-2a-1=0配方后得(x-a)2+(y+a)2=-a 2 +2 a+1 其半径为.1a 2a r 2++-= ∵当a=1时,-a 2 +2a+1有最大值是2 ∴半径r 的最大值是2,此时圆的方程为 (x-1)2+(y+1)2 =2,即 x 2+y 2 -2x+2y=0 解方程组 ?? ???-==--+x 21y 0y 2x 2y x 22 .5 56)56()512( )5 6,512(),0,0(56 y 5 12x 0y 0x 222211=-+=∴-??? ????-==???==弦长是即直线与圆的交点坐标 平面解析几何 一、直线与圆 1.斜率公式 2121 y y k x x -=-(111(,)P x y 、222(,)P x y ). 2.直线的五种方程 (1)点斜式 11()y y k x x -=- (直线l 过点111(,)P x y ,且斜率为k ). (2)斜截式 y kx b =+(b 为直线l 在y 轴上的截距). (3)两点式 112121 y y x x y y x x --=--(12y y ≠)(111(,)P x y 、222(,)P x y (12x x ≠)). < (4)截距式 1x y a b +=(a b 、分别为直线的横、纵截距,0a b ≠、). (5)一般式 0Ax By C ++=(其中A 、B 不同时为0). 3.两条直线的平行和垂直 (1)若111:l y k x b =+,222:l y k x b =+ ①121212||,l l k k b b ?=≠; ②12121l l k k ⊥?=-. (2)若1111:0l A x B y C ++=,2222:0l A x B y C ++=,且A 1、A 2、B 1、B 2都不为零, ①11112222 ||A B C l l A B C ? =≠; < ②1212120l l A A B B ⊥?+=; 4.点到直线的距离 d =(点00(,)P x y ,直线l :0Ax By C ++=). 5.圆的四种方程 (1)圆的标准方程 222()()x a y b r -+-=. (2)圆的一般方程 220x y Dx Ey F ++++=(224D E F +->0).圆心??? ??--2,2E D ,半径r=2 422F E D -+. 6.点与圆的位置关系 点00(,)P x y 与圆2 22)()(r b y a x =-+-的位置关系有三种: . 若d =d r >?点P 在圆外;d r =?点P 在圆上;d r 相离r d ; 0=???=相切r d ; 0>???<相交r d . 其中22B A C Bb Aa d +++=. 8.两圆位置关系的判定方法 # 设两圆圆心分别为O 1,O 2,半径分别为r 1,r 2,d O O =21 条公切线外离421??+>r r d ; 条公切线外切321??+=r r d ; 第8章 第1节 一、选择题 1.(2010·崇文区)“m =-2”是“直线(m +1)x +y -2=0与直线mx +(2m +2)y +1=0相互垂直”的( ) A .充分不必要条件 B .必要不充分条件 C .充要条件 D .既不充分也不必要条件 [答案] A [解析] m =-2时,两直线-x +y -2=0、-2x -2y +1=0相互垂直;两直线相互垂直时,m(m +1)+2m +2=0,∴m =-1或-2,故选A. 2.(文)(2010·安徽文)过点(1,0)且与直线x -2y -2=0平行的直线方程是( ) A .x -2y -1=0 B .x -2y +1=0 C .2x +y -2=0 D .x +2y -1=0 [答案] A [解析] 解法1:所求直线斜率为12,过点(1,0),由点斜式得,y =12(x -1),即x -2y -1=0. 解法2:设所求直线方程为x -2y +b =0, ∵过点(1,0),∴b =-1,故选A. (理)设曲线y =ax2在点(1,a)处的切线与直线2x -y -6=0平行,则a =( ) A .1 B.12 C .-12 D .-1 [答案] A [解析] y′=2ax ,在(1,a)处切线的斜率为k =2a , 因为与直线2x -y -6=0平行,所以2a =2,解得a =1. 3.点(-1,1)关于直线x -y -1=0的对称点是( ) A .(-1,1) B .(1,-1) C .(-2,2) D .(2,-2) [答案] D [解析] 一般解法:设对称点为(x ,y),则高中数学平面解析几何知识点总结
(整理)届高三数学总复习平面解析几何练习题目汇总