高三数学圆的方程
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圆系方程在平面解析几何直线与圆的教学中,向学生介绍圆系方程可为解题提供便利。
这里主研究常用的一类圆系方程。
定理1 过直线L:y=kx+b及圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0的两个交点的圆系方程为:x2+y2+Dx+Ey+F+λ(kx-y+b)=0 ①(其中λ为待定常数)。
首先证明方程①表示圆。
由于直线l与圆C交,故方程组:;有两组不同的实数解,消去y整理得:(k2+1)x2+(D+kE+2kb)x+b2+bE+F=0 ;Δ=(D+kE+2kb)2-4(k2+1)(b2+bE+F)>0 ;整理得: D2+k2E2+2kDE+4kbD-4k2F>4(b2+bE+F) ②将方程①变形为:x2+y2+(D+kλ)x+(E-λ)y+λb+F=0.要证此方程表示圆,即证:(D+kλ)2+(E-λ)2-4(λb+F)>0,即:(k2+1)λ2+(2kD-2E-4b)λ+D2+E2-4F>0.将它看作是关于λ的一元二次不等式,要证其成立,只需证明:Δ=(2kD-2E-4b)2-4(k2+1)(D2+E2-4F)<0 ③而此式等价变形为: D2+k2E2+2kDE+4kbD-4k2F>4(b2+bE+F).它与②完全一致,由于原方程组有两组不同的实数解,所以②式成立,故③式恒成立,方程①表示圆。
其次,证明圆①一定经过直线L与圆C的两个交点。
设两交点分别为A(x1,y1) ,B(x2,y2),∵点A既在直线L上又在圆C上,∴kx1-y1+b=0, x12+y12+Dx1+Ey1+F=0,∴x12+y12+Dx1+Ey1+F+λ(kx1-y1+b)=0,即点A在圆①上,同理点B亦在此圆上。
故圆①经过A、B两点。
综上,定理1得证。
定理2 经过两圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0,C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0,的交点的圆系方程为:x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(包括圆C1,不包括圆C2,其中λ为常数且λ≠-1)特别地,当λ=-1时,即(D1-D2)x+(E1-E2)y+F1-F2=0表示两圆公共弦所在直线方程。
第3讲 圆的方程[考纲解读]1.掌握确定圆的几何要素,圆的标准方程与一般方程,能根据不同的条件,采取标准式或一般式求圆的方程.(重点)2.掌握点与圆的位置关系,能求解与圆有关的轨迹方程.(难点)[考向预测] 从近三年高考情况来看,本讲为高考中的热点.预测2021年将会考查:①求圆的方程;②根据圆的方程求最值;③与圆有关的轨迹问题.试题以客观题的形式呈现,难度不会太大,以中档题型呈现.1.圆的定义及方程 定义 平面内与□01定点的距离等于□02定长的点的集合(轨迹)标准方程□03(x -a )2+(y -b )2=r 2(r >0) 圆心:□04(a ,b ),半径:□05r 一般方程x 2+y 2+Dx +Ey +F =0(D 2+E 2-4F >0)圆心:□06⎝ ⎛⎭⎪⎫-D 2,-E 2,半径:□0712D 2+E 2-4F 平面上的一点M (x 0,y 0)与圆C :(x -a )2+(y -b )2=r 2之间存在着下列关系: 设d 为点M (x 0,y 0)与圆心(a ,b )的距离(1)d >r ⇔M 在圆外,即(x 0-a )2+(y 0-b )2>r 2⇔M 在□01圆外; (2)d =r ⇔M 在圆上,即(x 0-a )2+(y 0-b )2=r 2⇔M 在□02圆上; (3)d <r ⇔M 在圆内,即(x 0-a )2+(y 0-b )2<r 2⇔M 在□03圆内.1.概念辨析(1)确定圆的几何要素是圆心与半径.( )(2)方程x 2+y 2+ax +2ay +2a 2+a -1=0表示圆心为⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 2,-a ,半径为12-3a 2-4a +4的圆.( )(3)已知点A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则以AB 为直径的圆的方程是(x -x 1)(x -x 2)+(y -y 1)(y -y 2)=0.( )(4)方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的充要条件是A=C≠0,B=0,D2+E2-4AF>0.()答案(1)√(2)×(3)√(4)√2.小题热身(1)圆心为(1,1)且过原点的圆的方程是()A.(x-1)2+(y-1)2=1 B.(x+1)2+(y+1)2=1C.(x+1)2+(y+1)2=2 D.(x-1)2+(y-1)2=2答案 D解析由已知,得所求圆的圆心坐标为(1,1),半径r=12+12=2,所以此圆的方程是(x-1)2+(y-1)2=2.(2)若方程x2+y2+mx-2y+3=0表示圆,则m的取值范围是()A.(-∞,-2)∪(2,+∞)B.(-∞,-22)∪(22,+∞)C.(-∞,-3)∪(3,+∞)D.(-∞,-23)∪(23,+∞)答案 B解析若方程x2+y2+mx-2y+3=0表示圆,则m应满足m2+(-2)2-4×3>0,解得m<-22或m>2 2.(3)若原点在圆(x-2m)2+(y-m)2=5的内部,则实数m的取值范围是________.答案(-1,1)解析因为原点在圆(x-2m)2+(y-m)2=5的内部,所以(0-2m)2+(0-m)2<5.解得-1<m<1.(4)圆心在y轴上,半径为1,且过点(1,2)的圆的方程为________.答案x2+(y-2)2=1解析由题意,可设所求圆的方程为x2+(y-b)2=1,因为此圆过点(1,2),所以12+(2-b)2=1,解得b=2.故所求圆的方程为x2+(y-2)2=1.题型一 求圆的方程1.经过点P (1,1)和坐标原点,并且圆心在直线2x +3y +1=0上的圆的标准方程为________.答案 (x -4)2+(y +3)2=25解析 解法一:(待定系数法)设圆的标准方程为(x -a )2+(y -b )2=r 2,则有⎩⎪⎨⎪⎧a 2+b 2=r 2,(1-a )2+(1-b )2=r 2,2a +3b +1=0,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =4,b =-3,r =5.所以圆的标准方程是(x -4)2+(y +3)2=25.解法二:(直接法)由题意,知OP 是圆的弦,其垂直平分线为x +y -1=0.因为弦的垂直平分线过圆心,所以由⎩⎪⎨⎪⎧2x +3y +1=0,x +y -1=0,得⎩⎪⎨⎪⎧x =4,y =-3,即圆心坐标为(4,-3),半径为r =42+(-3)2=5,所以圆的标准方程是(x -4)2+(y +3)2=25.2.一圆经过P (-2,4),Q (3,-1)两点,并且在x 轴上截得的弦长等于6,求此圆的方程.解 设圆的方程为x 2+y 2+Dx +Ey +F =0,将P ,Q 两点的坐标分别代入,得⎩⎪⎨⎪⎧2D -4E -F =20, ①3D -E +F =-10. ②又令y =0,得x 2+Dx +F =0.③ 设x 1,x 2是方程③的两根,由|x 1-x 2|=6有D 2-4F =36,④由①②④解得D =-2,E =-4,F =-8或D =-6,E =-8,F =0. 故所求圆的方程为x 2+y 2-2x -4y -8=0或x 2+y 2-6x -8y =0.求圆的方程的两种方法(1)直接法:根据圆的几何性质,直接求出圆心坐标和半径,进而写出方程.见举例说明1解法二.(2)待定系数法①若已知条件与圆心(a ,b )和半径r 有关,则设圆的标准方程,依据已知条件列出关于a ,b ,r 的方程组,从而求出a ,b ,r 的值.见举例说明1解法一.②若已知条件没有明确给出圆心或半径,则选择圆的一般方程,依据已知条件列出关于D ,E ,F 的方程组,进而求出D ,E ,F 的值.见举例说明2.1.圆(x -2)2+y 2=4关于直线y =33x 对称的圆的方程是( ) A .(x -3)2+(y -1)2=4 B .(x -2)2+(y -2)2=4 C .x 2+(y -2)2=4 D .(x -1)2+(y -3)2=4 答案 D解析 设圆(x -2)2+y 2=4的圆心(2,0)关于直线y =33x 对称的点的坐标为(a ,b ),则有⎩⎨⎧b a -2·33=-1,b 2=33·a +22,解得a =1,b =3,从而所求圆的方程为(x -1)2+(y -3)2=4.故选D.2.(2018·天津高考)在平面直角坐标系中,经过三点(0,0),(1,1),(2,0)的圆的方程为________.答案 x 2+y 2-2x =0解析 解法一:设圆的一般方程为x 2+y 2+Dx +Ey +F =0,又因为圆经过三点(0,0),(1,1),(2,0),所以⎩⎪⎨⎪⎧F =0,1+1+D +E +F =0,22+02+2D +0E +F =0,解得D =-2,E =0,F =0, 所以圆的方程为x 2+y 2-2x =0.解法二:记O (0,0),A (1,1),B (2,0),线段OB 的垂直平分线方程为x =1,线段OA 的垂直平分线方程为y -12=-⎝ ⎛⎭⎪⎫x -12,即x +y -1=0.解方程⎩⎪⎨⎪⎧x =1,x +y -1=0,得圆心坐标为(1,0).所以半径r =1,圆的方程为(x -1)2+y 2=1.解法三:在平面直角坐标系中,画出圆上的三点,另证这三个点构成直角三角形,显然圆心坐标为(1,0),半径为1,所以圆的标准方程为(x -1)2+y 2=1.题型二 与圆有关的最值问题角度1 建立函数关系求最值1.(2019·厦门模拟)设点P (x ,y )是圆:x 2+(y -3)2=1上的动点,定点A (2,0),B (-2,0),则P A →·PB→的最大值为________.答案 12解析 ∵P A →=(2-x ,-y ),PB →=(-2-x ,-y ),P (x ,y )在圆上,∴P A →·PB→=x 2-4+y 2=6y -8-4=6y -12,∵2≤y ≤4,∴P A →·PB →≤12.角度2 借助几何性质求最值2.(2019·湖南师大附中模拟)已知点A (-2,0),B (0,1),若点C 是圆x 2-2ax +y 2+a 2-1=0上的动点,△ABC 面积的最小值为3-2,则a 的值为________.答案 1或-5解析 由题意,知圆的标准方程为(x -a )2+y 2=1,则圆心为(a,0),半径r =1,又A (-2,0),B (0,2)可得直线AB 的方程为x -2+y2=1,即x -y +2=0.所以圆心到直线AB 的距离d =|a +2|2,则圆上的点到直线AB 的最短距离为d -r =|a +2|2-1,又|AB |=4+4=22,所以△ABC 面积的最小值为12|AB |·(d -r )=2⎝ ⎛⎭⎪⎫|a +2|2-1=3-2,解得a =1或-5.求解与圆有关的最值问题的两大规律(1)建立函数关系式求最值.如举例说明1.根据题目条件列出关于所求目标式子的函数关系式;然后根据关系式的特征选用参数法、配方法、判别式法等,利用基本不等式求最值是比较常用的.(2)借助几何性质求最值.如举例说明2.1.圆:x 2+y 2-2x -2y +1=0上的点到直线x -y =2距离的最大值是( ) A .1+ 2 B .2 C .1+22 D .2+2 2答案 A解析 将圆的方程化为(x -1)2+(y -1)2=1,即圆心坐标为(1,1),半径为1,则圆心到直线x-y=2的距离d=|1-1-2|2=2,故圆上的点到直线x-y=2距离的最大值为d+1=2+1,故选A.2.(2019·兰州模拟)若直线ax+by+1=0(a>0,b>0)把圆(x+4)2+(y+1)2=16分成面积相等的两部分,则12a+2b的最小值为()A.10 B.8C.5 D.4答案 B解析由已知,得圆心C(-4,-1)在直线ax+by+1=0上,所以-4a-b+1=0,即4a+b=1,又因为a>0,b>0,所以12a +2b=⎝⎛⎭⎪⎫12a+2b(4a+b)=b2a+8ab+4≥2b2a·8ab+4=8,当且仅当b2a=8ab时,等号成立,此时b=4a,结合4a+b=1,知a=18,b=12.所以当a=18,b=12时,12a+2b取得最小值8.题型三与圆有关的轨迹问题1.已知Rt△ABC的斜边为AB,且A(-1,0),B(3,0).求直角顶点C的轨迹方程.解解法一:设C(x,y),因为A,B,C三点不共线,所以y≠0.因为AC⊥BC,所以k AC·k BC=-1,又k AC=yx+1,k BC=yx-3,所以yx+1·yx-3=-1,化简得x2+y2-2x-3=0.因此,直角顶点C的轨迹方程为x2+y2-2x-3=0(y≠0).解法二:设AB 的中点为D ,由中点坐标公式得D (1,0),由直角三角形的性质知|CD |=12|AB |=2.由圆的定义知,动点C 的轨迹是以D (1,0)为圆心,2为半径的圆(由于A ,B ,C 三点不共线,所以应除去与x 轴的交点).所以直角顶点C 的轨迹方程为(x -1)2+y 2=4(y ≠0).2.设定点M (-3,4),动点N 在圆x 2+y 2=4上运动,以OM ,ON 为两边作平行四边形MONP ,求点P 的轨迹.解 如图,设P (x ,y ),N (x 0,y 0),则线段OP 的中点坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫x 2,y 2,线段MN的中点坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫x 0-32,y 0+42.因为平行四边形的对角线互相平分,所以x 2=x 0-32,y 2=y 0+42,整理得⎩⎪⎨⎪⎧x 0=x +3,y 0=y -4.又点N (x +3,y -4)在圆x 2+y 2=4上,所以(x +3)2+(y -4)2=4. 所以点P的轨迹是以(-3,4)为圆心,2为半径的圆⎝ ⎛⎭⎪⎫因为O ,M ,P 三点不共线,所以应除去两点⎝ ⎛⎭⎪⎫-95,125和⎝ ⎛⎭⎪⎫-215,285.1.掌握“三方法”2.明确“五步骤”(2019·潍坊调研)已知圆x2+y2=4上一定点A(2,0),B(1,1)为圆内一点,P,Q 为圆上的动点.(1)求线段AP中点的轨迹方程;(2)若∠PBQ=90°,求线段PQ中点的轨迹方程.解(1)设AP的中点为M(x,y),由中点坐标公式可知,P点坐标为(2x-2,2y).因为P点在圆x2+y2=4上,所以(2x-2)2+(2y)2=4,故线段AP中点的轨迹方程为(x-1)2+y2=1.(2)设PQ的中点为N(x,y),在Rt△PBQ中,|PN|=|BN|.设O为坐标原点,连接ON,则ON⊥PQ,所以|OP|2=|ON|2+|PN|2=|ON|2+|BN|2,所以x 2+y 2+(x -1)2+(y -1)2=4.故线段PQ 中点的轨迹方程为x 2+y 2-x -y -1=0.组 基础关1.设圆的方程是x 2+y 2+2ax +2y +(a -1)2=0,若0<a <1,则原点与圆的位置关系是( )A .原点在圆上B .原点在圆外C .原点在圆内D .不确定答案 B解析 将圆的一般方程化成标准方程为(x +a )2+(y +1)2=2a ,因为0<a <1,所以(0+a )2+(0+1)2-2a =(a -1)2>0,即(0+a )2+(0+1)2>2a ,所以原点在圆外.2.圆(x +2)2+y 2=5关于原点(0,0)对称的圆的方程为( ) A .x 2+(y -2)2=5 B .(x -2)2+y 2=5 C .x 2+(y +2)2=5 D .(x -1)2+y 2=5答案 B解析 因为所求圆的圆心与圆(x +2)2+y 2=5的圆心(-2,0)关于原点(0,0)对称,所以所求圆的圆心为(2,0),半径为5,故所求圆的方程为(x -2)2+y 2=5.故选B.3.若a ∈⎩⎨⎧⎭⎬⎫-2,0,1,34,则方程x 2+y 2+ax +2ay +2a 2+a -1=0表示的圆的个数为( )A .0B .1C .2D .3答案 B解析 方程x 2+y 2+ax +2ay +2a 2+a -1=0表示圆的条件为a 2+4a 2-4(2a 2+a -1)>0,即3a 2+4a -4<0,解得-2<a <23.又a ∈⎩⎨⎧⎭⎬⎫-2,0,1,34,∴仅当a =0时,方程x 2+y 2+ax +2ay +2a 2+a -1=0表示圆,故选B.4.圆x 2+y 2-2x -8y +13=0的圆心到直线ax +y -1=0的距离为1,则a =( )A .-43 B .-34 C. 3 D .2答案 A解析 圆的方程可化为(x -1)2+(y -4)2=4,则圆心坐标为(1,4),圆心到直线ax +y -1=0的距离为|a +4-1|a 2+1=1,解得a =-43.故选A.5.(2019·合肥二模)已知圆C :(x -6)2+(y -8)2=4,O 为坐标原点,则以OC 为直径的圆的方程为( )A .(x -3)2+(y +4)2=100B .(x +3)2+(y -4)2=100C .(x -3)2+(y -4)2=25D .(x +3)2+(y -4)2=25 答案 C解析 由圆C 的圆心坐标C (6,8),得OC 的中点坐标为E (3,4),半径|OE |=32+42=5,则以OC 为直径的圆的方程为(x -3)2+(y -4)2=25.6.(2020·黄冈市高三元月调研)已知圆x 2+y 2+2k 2x +2y +4k =0关于直线y =x 对称,则k 的值为( )A .-1B .1C .±1D .0答案 A解析 化圆x 2+y 2+2k 2x +2y +4k =0为(x +k 2)2+(y +1)2=k 4-4k +1.则圆心坐标为(-k 2,-1),∵圆x 2+y 2+2k 2x +2y +4k =0关于直线y =x 对称,∴-k 2=-1,得k =±1.当k =1时,k 4-4k +1<0,不符合题意,∴k =-1.故选A.7.点P (4,-2)与圆x 2+y 2=4上任一点连线的中点的轨迹方程是( ) A .(x -2)2+(y +1)2=1 B .(x -2)2+(y +1)2=4 C .(x +4)2+(y -2)2=4 D .(x +2)2+(y -1)2=1答案 A解析 设圆上任意一点为(x 1,y 1),中点为(x ,y ),则⎩⎨⎧x =x 1+42,y =y 1-22,即⎩⎪⎨⎪⎧x 1=2x -4,y 1=2y +2,代入x 2+y 2=4,得(2x -4)2+(2y +2)2=4,化简得(x -2)2+(y +1)2=1.故选A.8.(2019·太原二模)若圆x 2+y 2+2x -2y +F =0的半径为1,则F =________. 答案 1解析 由圆x 2+y 2+2x -2y +F =0得(x +1)2+(y -1)2=2-F ,由半径r =2-F =1,解得F =1.9.已知圆C :x 2+y 2+kx +2y =-k 2,当圆C 的面积取最大值时,圆心C 的坐标为________.答案 (0,-1)解析 圆C 的方程可化为⎝ ⎛⎭⎪⎫x +k 22+(y +1)2=-34k 2+1.所以当k =0时圆C 的面积最大,此时圆的方程为x 2+(y +1)2=1,圆心坐标为(0,-1).10.已知实数x ,y 满足(x +2)2+(y -3)2=1,则|3x +4y -26|的最小值为________.答案 15解析 解法一:|3x +4y -26|最小值的几何意义是圆心到直线3x +4y -26=0的距离减去半径后的5倍,|3x +4y -26|min =5⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫|3a +4b -26|32+42-r ,(a ,b )是圆心坐标,r 是圆的半径.圆的圆心坐标为(-2,3),半径是1,所以圆心到直线的距离为|3×(-2)+4×3-26|5=4,所以|3x +4y -26|的最小值为5×(4-1)=15.解法二:令x +2=cos θ,y -3=sin θ,则x =cos θ-2,y =sin θ+3,|3x +4y -26|=|3cos θ-6+4sin θ+12-26|=|5sin(θ+φ)-20|,其中tan φ=34,所以其最小值为|5-20|=15.组 能力关1.方程|y |-1=1-(x -1)2表示的曲线是( ) A .一个椭圆 B .一个圆 C .两个圆 D .两个半圆答案 D解析 由题意知|y |-1≥0,则y ≥1或y ≤-1,当y ≥1时,原方程可化为(x -1)2+(y -1)2=1(y ≥1),其表示以(1,1)为圆心,1为半径的上半圆;当y ≤-1时,原方程可化为(x -1)2+(y +1)2=1(y ≤-1),其表示以(1,-1)为圆心,1为半径的下半圆.所以方程|y |-1=1-(x -1)2表示的曲线是两个半圆.选D.2.(2019·南昌二模)唐代诗人李颀的诗《古从军行》开头两句说:“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河.”诗中隐含着一个有趣的数学问题——“将军饮马”问题,即将军在观望烽火之后从山脚下某处出发,先到河边饮马后再回到军营,怎样走才能使总路程最短?在平面直角坐标系中,设军营所在区域为x 2+y 2≤1,若将军从点A (2,0)处出发,河岸线所在直线方程为x +y =3,并假定将军只要到达军营所在区域即回到军营,则“将军饮马”的最短总路程为( )A.10-1 B .22-1 C .2 2 D.10答案 A解析 设点A 关于直线x +y =3的对称点为A ′(a ,b ),则AA ′的中点为⎝ ⎛⎭⎪⎫a +22,b 2,k AA ′=b a -2, 故⎩⎨⎧b a -2·(-1)=-1,a +22+b2=3,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =3,b =1,则从点A 到军营的最短总路程,即为点A ′到军营的距离,则“将军饮马”的最短总路程为32+12-1=10-1.3.(2019·贵阳模拟)已知圆C :(x -1)2+(y -1)2=9,过点A (2,3)作圆C 的任意弦,则这些弦的中点P 的轨迹方程为________.答案 ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -322+(y -2)2=54解析 设P (x ,y ),圆心C (1,1).因为P 点是过点A 的弦的中点,所以P A →⊥PC →.又因为P A →=(2-x,3-y ),PC →=(1-x,1-y ).所以(2-x )·(1-x )+(3-y )·(1-y )=0.所以点P 的轨迹方程为⎝ ⎛⎭⎪⎫x -322+(y -2)2=54.4.(2020·柳州摸底)在平面直角坐标系xOy 中,经过函数f (x )=x 2-x -6的图象与两坐标轴交点的圆记为圆C .(1)求圆C 的方程;(2)求经过圆心C 且在坐标轴上截距相等的直线l 的方程.解 (1)设圆C 的方程为x 2+y 2+Dx +Ey +F =0.由f (x )=x 2-x -6得,其图象与两坐标轴的交点为(0,-6),(-2,0),(3,0),将交点坐标代入圆的方程得⎩⎪⎨⎪⎧36-6E +F =0,4-2D +F =0,9+3D +F =0,解得⎩⎪⎨⎪⎧D =-1,E =5,F =-6,所以圆的方程为x 2+y 2-x +5y -6=0.(2)由(1)知,圆心坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-52,若直线经过原点,则直线l 的方程为5x +y =0;若直线不过原点,设直线l 的方程为x +y =a ,则a =12-52=-2,即直线l 的方程为x +y +2=0.综上,直线l 的方程为5x +y =0或x +y +2=0.5.已知圆O :x 2+y 2=1,点A (-1,0),点B (1,0).点P 是圆O 上异于A ,B 的动点.(1)证明:k AP ·k BP 是定值;(2)过点P 作x 轴的垂线,垂足为Q ,点M 满足2PQ →=-PM →,求点M 的轨迹方程C ;(3)证明:k AM ·k BM 是定值.解 (1)证明:由已知,直线AP ,BP 的斜率存在,AB 是圆O 的直径,所以AP ⊥BP ,所以k AP ·k BP =-1是定值.(2)设P (m ,n ),M (x ,y ),则Q (m,0), 则PQ→=(0,-n ),PM →=(x -m ,y -n ), 因为2PQ→=-PM →, 所以2(0,-n )=-(x -m ,y -n ), 得⎩⎪⎨⎪⎧0=-x +m ,-2n =-y +n ,即⎩⎨⎧m =x ,n =13y ,①因为点P 在圆O 上,所以m 2+n 2=1, ② 将①代入②,得x 2+y 29=1,又点P 异于A ,B ,所以x ≠±1,即点M 的轨迹方程C 为x 2+y 29=1(x ≠±1).(3)证明:由已知,直线AM ,BM 的斜率存在, k AM =y x +1,k BM =yx -1,由(2)知,x2-1=-y29,所以k AM·k BM=yx+1·yx-1=y2x2-1=-9,即k AM·k BM是定值.。
高三数学知识点之圆的方程下面整理了高三数学知识点之圆的方程,期望大伙儿能把觉得有用的知识点摘抄下来,在空余时刻进行复习。
1、圆的定义平面内到一定点的距离等于定长的点的集合叫圆,定点为圆心,定长为圆的半径。
2、圆的方程(x-a)^2+(y-b)^2=r^2(1)标准方程,圆心(a,b),半径为r;(2)求圆方程的方法:一样都采纳待定系数法:先设后求。
确定一个圆需要三个独立条件,若利用圆的标准方程,需求出a,b,r;若利用一样方程,需要求出D,E,F;另外要注意多利用圆的几何性质:如弦的中垂线必通过原点,以此来确定圆心的位置。
3、直线与圆的位置关系直线与圆的位置关系有相离,相切,相交三种情形:(1)设直线,圆,圆心到l的距离为,则有;;(2)过圆外一点的切线:①k不存在,验证是否成立②k存在,设点斜式方程,用圆心到该直线距离=半径,求解k,得到方程【一定两解】课本、报刊杂志中的成语、名言警句等俯首皆是,但学生写作文运用到文章中的甚少,即使运用也专门难做到恰如其分。
什么缘故?依旧没有完全“记死”的缘故。
要解决那个问题,方法专门简单,每天花3-5分钟左右的时刻记一条成语、一则名言警句即可。
能够写在后黑板的“积存专栏”上每日一换,能够在每天课前的3分钟让学生轮番讲解,也可让学生个人搜集,每天往笔记本上抄写,教师定期检查等等。
如此,一年就可记300多条成语、30 0多则名言警句,日积月累,终究会成为一笔不小的财宝。
这些成语典故“贮藏”在学生脑中,自然会出口成章,写作时便会为所欲为地“提取”出来,使文章增色添辉。
(3)过圆上一点的切线方程:圆(x-a)2+(y-b)2=r2,圆上一点为(x0,y0),则过此点的切线方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)= r2与当今“教师”一称最接近的“老师”概念,最早也要追溯至宋元时期。
金代元好问《示侄孙伯安》诗云:“伯安入小学,颖悟专门貌,属句有夙性,说字惊老师。
高三数学圆的标准方程与一般方程试题答案及解析1.已知圆与直线相交于两点则当的面积最大时此时实数的值为【答案】【解析】因为的面积等于,所以当时的面积最大,此时圆心到直线的距离为,因此【考点】直线与圆位置关系2.已知圆C的圆心在曲线y=上,圆C过坐标原点O,且与x轴、y轴交于A、B两点,则△OAB的面积是()A.2 B.3 C.4 D.8【答案】C【解析】设圆心C的坐标是(t,).∵圆C过坐标原点,∴|OC|2=t2+,设圆C的方程是(x-t)2+(y-)2=t2+.令x=0,得y1=0,y2=,故B点的坐标为(0,).令y=0,得x1=0,x2=2t,故A点的坐标为(2t,0),∴S△OAB=|OA|·|OB|=×||×|2t|=4,即△OAB的面积为4.故选C.3.已知圆C1:(x+1)2+(y-1)2=1,圆C2与圆C1关于直线x-y-1=0对称,则圆C2的方程为()A.(x-1)2+(y+1)2=1 B.(x+2)2+(y-2)2=1 C.(x+1)2+(y-1)2=1 D.(x-2)2+(y+2)2=1【答案】D【解析】圆C1:(x+1)2+(y-1)2=1的圆心为(-1,1).圆C2的圆心设为(a,b),C1与C2关于直线x-y-1=0对称,∴解得圆C2的半径为1,∴圆C2的方程为(x-2)2+(y+2)2=1,选D4.已知圆的圆心是直线与轴的交点,且圆与直线相切,则圆的方程是( )A.B.C.D.【答案】A【解析】根据题意直线与x轴的交点为,因为圆与直线相切,所以半径为圆心到切线的距离,即,则圆的方程为,故选A 【考点】切线圆的方程5.求半径为4,与圆x2+y2-4x-2y-4=0相切,且和直线y=0相切的圆的方程.【答案】(x-2-2)2+(y+4)2=42或(x-2+2)2+(y+4)2=42【解析】由题意,设所求圆的方程为圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2.圆C与直线y=0相切,且半径为4,则圆心C的坐标为C1(a,4)或C2(a,-4).又已知圆x2+y2-4x-2y-4=0的圆心A的坐标为(2,1),半径为3.若两圆相切,则|CA|=4+3=7或|CA|=4-3=1.①当C1(a,4)时,有(a-2)2+(4-1)2=72或(a-2)2+(4-1)2=12(无解),故可得a=2±2.∴所求圆方程为(x-2-2)2+(y-4)2=42或(x-2+2)2+(y-4)2=42.②当C2(a,-4)时,(a-2)2+(-4-1)2=72或(a-2)2+(-4-1)2=12(无解),故a=2±2.∴所求圆的方程为(x-2-2)2+(y+4)2=42或(x-2+2)2+(y+4)2=42.6.以两点A(-3,-1)和B(5,5)为直径端点的圆的方程是_________.【答案】(x-1)2+(y-2)2=25【解析】设P(x,y)是所求圆上任意一点.∵A、B是直径的端点,∴·=0.又=(-3-x,-1-y),=(5-x,5-y).由·=0 (-3-x)·(5-x)+(-1-y)(5-y)=0 x2-2x+y2-4y-20=0 (x-1)2+(y-2)2=25.7.点(1,1)在圆(x-a)2+(y+a)2=4内,则实数a的取值范围是________.【答案】(-1,1)【解析】∵点(1,1)在圆的内部,∴(1-a)2+(1+a)2<4,∴-1<a<1.8.如图,圆O1与圆O2的半径都是1,O1O2=4,过动点P分别作圆O1、圆O2的切线PM、PN(M、N分别为切点),使得PM=PN,试建立适当的坐标系,并求动点P的轨迹方程.【答案】(x-6)2+y2=33(或x2+y2-12x+3=0).【解析】以O1O2的中点O为原点,O1O2所在的直线为x轴,建立如图所示平面直角坐标系,则O1(-2,0),O2(2,0).由已知PM=PN,得PM2=2PN2.因为两圆的半径均为1,所以-1=2(-1).设P(x,y),则(x+2)2+y2-1=2[(x-2)2+y2-1],即(x-6)2+y2=33,所以所求轨迹方程为(x-6)2+y2=33(或x2+y2-12x+3=0).9.已知圆M过两点A(1,-1),B(-1,1),且圆心M在x+y-2=0上.(1)求圆M的方程;(2)设P是直线3x+4y+8=0上的动点,PA′、PB′是圆M的两条切线,A′、B′为切点,求四边形PA′MB′面积的最小值.【答案】(1)(x-1)2+(y-1)2=4.(2)2【解析】(1)设圆M的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),根据题意得解得a =b =1,r =2.故所求圆M 的方程为(x -1)2+(y -1)2=4.(2)由题知,四边形PA′MB′的面积为S =S △PA′M +S △PB′M =|A′M||PA′|+|B′M||PB′|.又|A′M|=|B′M|=2,|PA′|=|PB′|,所以S =2|PA′|,而|PA′|==,即S =2.因此要求S 的最小值,只需求|PM|的最小值即可,即在直线3x +4y +8=0上找一点P ,使得|PM|的值最小,所以|PM|min ==3,所以四边形PA′MB′面积的最小值为S =2=2=210. 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 的轨迹方程为( )A .x 2+y 2=2B .x 2+y 2=4C .x 2+y 2=2(x≠±2)D .x 2+y 2=4(x≠±2)【答案】D【解析】设P(x,y),则|PM|2+|PN|2=|MN|2, 所以x 2+y 2=4(x≠±2).【误区警示】本题易误选B.错误的根本原因是忽视了曲线与方程的关系,从而导致漏掉了x≠±2.11. 设定点M(-3,4),动点N 在圆x 2+y 2=4上运动,以OM,ON 为邻边作平行四边形MONP,则点P 的轨迹方程为 .【答案】(x+3)2+(y-4)2=4,但应除去两点(-,)和(-,)【解析】设P(x,y),圆上的动点N(x 0,y 0),则线段OP 的中点坐标为(,),线段MN 的中点坐标为(,),又因为平行四边形的对角线互相平分,所以有可得又因为N(x 0,y 0)在圆上,所以N 点坐标应满足圆的方程.即有(x+3)2+(y-4)2=4,但应除去两点(-,)和(-,).12. 若原点在圆(x-m)2+(y+m)2=8的内部,则实数m 的取值范围是( ) A .-2<m<2 B .0<m<2 C .-2<m<2 D .0<m<2【答案】C【解析】由已知得m 2+m 2<8,即m 2<4,解得-2<m<2.13. 圆关于直线对称的圆的方程为( ) A .B .C .D .【答案】A 【解析】圆的圆心坐标为,此点关于直线的对称点的坐标为,由于两圆关于直线对称,它们的圆心关于直线对称,大小相等,因此所求的对称圆的圆心坐标为,其半径长为,即为,故选A. 【考点】1.两点关于直线对称;2.圆的标准方程14.已知圆的方程为x2+y2-6x-8y=0,设该圆中过点(3,5)的最长弦和最短弦分别为AC和BD,则四边形ABCD的面积是________.【答案】20【解析】配方可得(x-3)2+(y-4)2=25,其圆心为C(3,4),半径为r=5,则过点(3,5)的最长弦AC=2r=10,最短弦BD=2 =4,且有AC⊥BD,则四边形ABCD的面积为S=AC×BD=20 .15.已知圆(x-a)2+(y-b)2=r2的圆心为抛物线y2=4x的焦点,且与直线3x+4y+2=0相切,则该圆的方程为().A.(x-1)2+y2=B.x2+(y-1)2=C.(x-1)2+y2=1D.x2+(y-1)2=1【答案】C【解析】因为抛物线y2=4x的焦点坐标为(1,0),所以a=1,b=0.又根据=1=r,所以圆的方程为(x-1)2+y2=1.16.如图,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,当动点M在底面ABCD内运动时,总有D1A=D1M,则动点M在面ABCD内的轨迹是________上的一段弧.A.圆B.椭圆C.双曲线D.抛物线【答案】A【解析】因为满足条件的动点在底面ABCD内运动时,动点的轨迹是以D1D为轴线,以D1A为母线的圆锥,所以动点M在面ABCD内的轨迹是圆的一部分.17.已知圆:,则下列命题:①圆上的点到的最短距离的最小值为;②圆上有且只有一点到点的距离与到直线的距离相等;③已知,在圆上有且只有一点,使得以为直径的圆与直线相切.真命题的个数为A.B.C.D.【答案】D【解析】已知动圆的圆心的轨迹方程为:,所以动圆构成的轨迹为夹在抛物线和抛物线之间的部分(包括边界),所以①②③都满足题意【考点】圆的方程的性质、点、直线与圆的位置关系及其判断.18.已知圆与x轴切于A点,与y轴切于B点,设劣弧的中点为M,则过点M的圆C的切线方程是()A.B.C.D.【答案】A【解析】由已知得,又切线斜率为1,故切线方程为,即.【考点】1、圆的标准方程;2、圆的切线的性质;3、直线的方程.19.圆心在曲线上,且与直线相切的面积最小的圆的方程是_______。
高三数学公式总结大全由于数学公式可能涉及不同的知识点和概念,这里我将提供一份高三数学的主要公式总结,以供参考。
三角函数正弦定理: a/sinA = b/sinB = c/sinC余弦定理: c²= a²+ b²- 2abcosC正切定理: a/tanA = b/tanB = c/tanC圆的方程圆的标准方程: (x - a)²+ (y - b)²= r²圆的一般方程: x²+ y²+ Dx + Ey + F = 0椭圆和双曲线的方程椭圆的一般方程: x²/a²+ y²/b²= 1 (a > b > 0)双曲线的一般方程: x²/a²- y²/b²= 1 (a > 0, b > 0)直线的方程点斜式: y - y1 = k(x - x1)斜截式: y = kx + b截距式: x/a + y/b = 1一般式: Ax + By + C = 0圆的性质圆心角定理: θA = θM + θN (其中, M, N 是圆上的任意两点, θA 是所对应的圆心角, θM 和θN 是对应的圆周角)弧长公式: l = rθ(其中, r 是半径, θ是圆心角, l 是弧长)圆周长公式: C = 2πr (其中, r 是半径, C 是圆周长)立体几何正方体的体积公式: V = l³(其中, l 是正方体的边长)长方体的体积公式: V = l ×w ×h (其中, l, w, h 分别是长方体的长度、宽度和高度)圆柱的体积公式: V = πr²h (其中, r 是底面半径, h 是高)圆锥的体积公式: V = 1/3πr²h (其中, r 是底面半径, h 是高)球体的体积公式: V = 4/3πr³(其中, r 是半径)球面距离公式: d = rsin(θ1 - θ2)/√[1 - sin²(θ1 - θ2)] (其中, r 是半径, θ1 和θ2 是两点与球心的连线与球面的交角)数列等差数列的通项公式: a_n = a_1 + (n - 1)d (其中, a_1 是首项, d 是公差)等差数列的求和公式: S_n = n/2(a_1 + a_n) (其中, S_n 是前n 项的和)等比数列的通项公式: a_n = a_1 * q^(n - 1) (其中, a_1 是首项, q 是公比)等比数列的求和公式: S_n = a_1(1 - q^n)/(1 - q) (其中, S_n 是前n 项的和)。
高三数学圆的标准方程与一般方程试题答案及解析1.已知点,圆:,过点的动直线与圆交于两点,线段的中点为,为坐标原点.(1)求的轨迹方程;(2)当时,求的方程及的面积【答案】(1);(2)的方程为; 的面积为.【解析】(1)先由圆的一般方程与标准方程的转化可将圆C的方程可化为,所以圆心为,半径为4,根据求曲线方程的方法可设,由向量的知识和几何关系:,运用向量数量积运算可得方程:;(2)由第(1)中所求可知M的轨迹是以点为圆心,为半径的圆,加之题中条件,故O在线段PM的垂直平分线上,又P在圆N上,从而,不难得出的方程为;结合面积公式可求又的面积为.试题解析:(1)圆C的方程可化为,所以圆心为,半径为4,设,则,,由题设知,故,即.由于点P在圆C的内部,所以M的轨迹方程是.(2)由(1)可知M的轨迹是以点为圆心,为半径的圆.由于,故O在线段PM的垂直平分线上,又P在圆N上,从而.因为ON的斜率为3,所以的斜率为,故的方程为.又,O到的距离为,,所以的面积为.【考点】1.曲线方程的求法;2.圆的方程与几何性质;3.直线与圆的位置关系2.圆心在直线上的圆与轴的正半轴相切,圆截轴所得弦的长为,则圆的标准方程为 .【答案】【解析】因为圆心在直线上,所以,可设圆心为.因为圆与轴相切,所以,半径,又因为圆截轴所得弦长为所以,.解得,故所求圆的方程为.【考点】圆的方程,直线与圆的位置关系.3.(2011•湖北)如图,直角坐标系xOy所在平面为α,直角坐标系x′Oy′(其中y′与y轴重合)所在的平面为β,∠xOx′=45°.(1)已知平面β内有一点P′(2,2),则点P′在平面α内的射影P的坐标为_________;(2)已知平面β内的曲线C′的方程是(x′﹣)2+2y2﹣2=0,则曲线C′在平面α内的射影C的方程是_________.【答案】(2,2);(x﹣1)2+y2=1.【解析】(1)由题意知点P′在平面上的射影P距离x轴的距离不变是2,距离y轴的距离变成2cos45°=2,∴点P′在平面α内的射影P的坐标为(2,2)(2)设(x′﹣)2+2y2﹣2=0上的任意点为A(x0,y),A在平面α上的射影是(x,y)根据上一问的结果,得到x=x0,y=y,∵,∴∴(x﹣1)2+y2=1,故答案为:(2,2);(x﹣1)2+y2=1.4.以抛物线y2=4x的焦点为圆心,且过坐标原点的圆的方程为()A.x2+y2+2x=0B.x2+y2+x=0C.x2+y2﹣x=0D.x2+y2﹣2x=0【答案】D【解析】因为已知抛物线的焦点坐标为(1,0),即所求圆的圆心,又圆过原点,所以圆的半径为r=1,故所求圆的方程为(x﹣1)2+y2=1,即x2﹣2x+y2=0,故选D.5.已知圆C1:(x+1)2+(y-1)2=1,圆C2与圆C1关于直线x-y-1=0对称,则圆C2的方程为()A.(x-1)2+(y+1)2=1 B.(x+2)2+(y-2)2=1 C.(x+1)2+(y-1)2=1 D.(x-2)2+(y+2)2=1【答案】D【解析】圆C1:(x+1)2+(y-1)2=1的圆心为(-1,1).圆C2的圆心设为(a,b),C1与C2关于直线x-y-1=0对称,∴解得圆C2的半径为1,∴圆C2的方程为(x-2)2+(y+2)2=1,选D6.点(1,1)在圆(x-a)2+(y+a)2=4内,则实数a的取值范围是________.【答案】(-1,1)【解析】∵点(1,1)在圆的内部,∴(1-a)2+(1+a)2<4,∴-1<a<1.7.在平面直角坐标系xOy中,二次函数f(x)=x2+2x+b(x∈R)与两坐标轴有三个交点.记过三个交点的圆为圆C.(1)求实数b的取值范围;(2)求圆C的方程;(3)圆C是否经过定点(与b的取值无关)?证明你的结论.【答案】(1)<1且b≠0.(2)x2+y2+2x-(b+1)y+b=0(3)C必过定点(-2,1)【解析】(1)令x=0,得抛物线与y轴的交点是(0,b),令f(x)=0,得x2+2x+b=0,由题意b≠0且Δ>0,解得b<1且b≠0.(2)设所求圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,令y=0,得x2+Dx+F=0,这与x2+2x+b =0是同一个方程,故D=2,F=b,令x=0,得y2+Ey+b=0,此方程有一个根为b,代入得E=-b-1,所以圆C的方程为x2+y2+2x-(b+1)y+b=0.(3)圆C必过定点(0,1),(-2,1).证明:将(0,1)代入圆C的方程,得左边=02+12+2×0-(b+1)×1+b=0,右边=0,所以圆C 必过定点(0,1);同理可证圆C必过定点(-2,1).8. P(x,y)在圆C:(x-1)2+(y-1)2=1上移动,试求x2+y2的最小值.【答案】3-2【解析】由C(1,1)得OC=,则OPmin =-1,即()min=-1.所以x2+y2的最小值为(-1)2=3-2.9.若圆心在x轴上、半径为的圆C位于y轴左侧,且被直线x+2y=0截得的弦长为4,则圆C的方程是()A.(x-)2+y2=5B.(x+)2+y2=5C.(x-5)2+y2=5D.(x+5)2+y2=5【答案】B【解析】设圆心为(a,0)(a<0),因为截得的弦长为4,所以弦心距为1,则d==1,解得a=-,所以,所求圆的方程为(x+)2+y2=5.10.与直线l:x+y-2=0和曲线x2+y2-12x-12y+54=0都相切的半径最小的圆的标准方程是.【答案】(x-2)2+(y-2)2=2【解析】【思路点拨】数形结合得最小圆的圆心一定在过x2+y2-12x-12y+54=0的圆心与直线x+y-2=0垂直的垂线段上.解:∵圆A:(x-6)2+(y-6) 2=18,∴A(6,6),半径r1=3,且OA⊥l,A到l的距离为5,显然所求圆B的直径2r2=2,即r2=,又OB=OA-r1-r2=2,由与x轴正半轴成45°角,∴B(2,2),∴方程为(x-2)2+(y-2)2=2.11.点P(4,-2)与圆x2+y2=4上任一点连线的中点的轨迹方程是() A.(x-2)2+(y+1)2=1B.(x-2)2+(y+1)2=4 C.(x+4)2+(y-2)2=4D.(x+2)2+(y-1)2=1【答案】A【解析】设圆上任一点为Q(x0,y),PQ的中点为M(x,y),则解得又因为点Q在圆x2+y2=4上,所以+=4,即(2x-4)2+(2y+2)2=4,即(x-2)2+(y+1)2=1.12.已知圆的方程为x2+y2-6x-8y=0,设该圆中过点(3,5)的最长弦和最短弦分别为AC和BD,则四边形ABCD的面积是().A.10B.20C.30D.40【答案】B【解析】配方可得(x-3)2+(y-4)2=25,其圆心为C(3,4),半径为r=5,则过点(3,5)的最长弦AC=2r=10,最短弦BD=2=4,且有AC⊥BD,则四边形ABCD的面积为S=AC×BD=20.13.已知点A(-3,0),B(3,0),动点P满足|PA|=2|PB|.(1)若点P的轨迹为曲线C,求此曲线的方程;(2)若点Q在直线l1:x+y+3=0上,直线l2经过点Q且与曲线C只有一个公共点M,求|QM|的最小值.【答案】(1)(x-5)2+y2=16(2)4【解析】(1)设点P的坐标为(x,y),且|PA|=2|PB|,则=2,化简得曲线C:(x-5)2+y2=16.(2)曲线C是以点(5,0)为圆心,4为半径的圆,如图.是此圆的切线,连接CQ,由直线l2则|QM|=,当CQ⊥l时,|CQ|取最小值,|CQ|=,此时|QM|的最小值为=4.114.过点引直线与曲线相交于两点,O为坐标原点,当的面积取最大值时,直线的斜率等于.【答案】-【解析】由得:;表示圆心在原点,半径的圆位于轴下方的部分(含端点);如下图:直线的方程为:,即,所以,当,即,整理得:又因为,所以,.故答案填:【考点】1、圆的标准方程;2、直线与圆的位置关系;3、数形结合.15.圆心在曲线上,且与直线相切的面积最小的圆的方程是_______。