高中数学专题讲义-直线与圆相交
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第四节直线与圆、圆与圆的位置关系1.直线与圆的位置关系设圆C :(x -a )2+(y -b )2=r 2,直线l :Ax+By +C =0,圆心C (a ,b )到直线l 的距离为d ,由x -a )2+(y -b )2=r 2,+By+C =0,消去y (或x ),得到关于x (或y )的一元二次方程,其判别式为Δ.位置关系相离相切相交图形量化方程观点Δ01<0Δ02=0Δ03>0几何观点d 04>rd 05=rd 06<r2.圆与圆的位置关系(⊙O 1,⊙O 2的半径分别为r 1,r 2,d =|O 1O 2|)位置关系图形几何法公切线条数外离d >r 1+r 2四条外切d=r1+r2三条相交|r1-r2|<d<r1+r2两条内切d=|r1-r2|一条内含0≤d<r1-r2无1.圆的切线方程常用的结论(1)过圆x2+y2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为x0x+y0y=r2.(2)过圆x2+y2=r2外一点M(x0,y0)作圆的两条切线,则两切点所在直线方程为x0x+y0y=r2. 2.直线被圆截得的弦长的求法(1)几何法:弦心距d、半径r和弦长|AB|的一半构成直角三角形,弦长|AB|=2r2-d2.(2)代数法:设直线y=kx+m与圆x2+y2+Dx+Ey+F=0相交于点M,N,将直线方程代入圆的方程中,消去y,得关于x的一元二次方程,则|MN|=1+k2·(x M+x N)2-4x M x N. 3.圆与圆的位置关系的常用结论(1)两圆相交时,其公共弦所在的直线方程由两圆方程相减得到.(2)两个圆系方程①过直线Ax+By+C=0与圆x2+y2+Dx+Ey+F=0交点的圆系方程为x2+y2+Dx+Ey+F +λ(Ax+By+C)=0(λ∈R);②过圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0和圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0交点的圆系方程为x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(λ≠-1)(其中不含圆C2,所以注意检验C2是否满足题意,以防丢解).1.概念辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)若直线平分圆的周长,则直线一定过圆心.()(2)若两圆相切,则有且只有一条公切线.()(3)若直线的方程与圆的方程组成的方程组有解,则直线与圆相交或相切.()(4)在圆中最长的弦是直径.()答案(1)√(2)×(3)√(4)√2.小题热身(1)(人教A选择性必修第一册习题2.5T1改编)直线y=x+1与圆x2+y2=1的位置关系为()A.相切B.相交但直线不过圆心C.直线过圆心D.相离答案B解析圆心为(0,0),到直线y=x+1,即x-y+1=0的距离d=12=22,而0<22<1,所以直线与圆相交,但直线不过圆心.故选B.(2)(人教A选择性必修第一册2.5.2练习T2改编)圆O1:x2+y2-2x=0与圆O2:x2+y2+4y =0的位置关系是()A.外离B.外切C.相交D.内切答案C解析圆O1:x2+y2-2x=0的标准方程为(x-1)2+y2=1,圆心为O1(1,0),半径为r1=1,圆O2:x2+y2+4y=0的标准方程为x2+(y+2)2=4,圆心为O2(0,-2),半径为r2=2,所以两圆的圆心距为|O1O2|=(-1)2+(-2)2=5,所以1=|r1-r2|<|O1O2|<r1+r2=3,因此两圆的位置关系为相交.故选C.(3)(人教A选择性必修第一册习题2.5T2改编)以点(3,-1)为圆心且与直线3x+4y=0相切的圆的方程是________________.答案(x-3)2+(y+1)2=1解析由题意得,r=|3×3+4×(-1)|32+42=1,因此圆的方程为(x-3)2+(y+1)2=1.(4)(人教A选择性必修第一册习题2.2T3改编)已知圆C:x2+y2-6x-4y+4=0.若一直线被圆C所截得的弦的中点为M(2,3),则该直线的方程为________________.答案y=x+1解析圆C:x2+y2-6x-4y+4=0化为标准方程为(x-3)2+(y-2)2=9,则圆心为C(3,2),k CM=3-22-3 1.设所求的直线为m.由圆的几何性质可知,k m·k CM=-1,所以k m=1,所以所求的直线方程为y-3=1·(x-2),即y=x+1.考点探究——提素养考点一直线与圆的位置关系例1(1)(2023·江西九江二模)直线l:mx-y-2+m=0(m∈R)与圆C:x2+(y-1)2=16的位置关系为________.答案相交解析由mx-y-2+m=0(m∈R),得m(x+1)-y-2=0(m∈R),+1=0,y-2=0,解得=-1,=-2,所以直线l过定点(-1,-2),又因为(-1)2+(-2-1)2=10<16,得(-1,-2)在圆内,所以直线l与圆C总相交.(2)(2024·广东湛江廉江中学高三第二次月考)已知直线x+y+2=0与圆x2+y2=r2相切,则r 的值为________.答案±2解析由直线x+y+2=0与圆x2+y2=r2相切,得|2|12+12=|r|,即|r|=2,故r的值为± 2.【通性通法】判断直线与圆的位置关系的两种方法特别地,对于过定点的直线,也可以通过定点在圆内部或圆上判定直线和圆有公共点.【巩固迁移】1.(2023·陕西榆林模拟)已知点P(x0,y0)为圆C:x2+y2=2上的动点,则直线l:x0x-y0y=2与圆C的位置关系为()A.相交B.相离C.相切D.相切或相交答案C解析由题意可得x20+y20=2,于是圆心C到直线l的距离d=2x20+y20=22=2=r,所以直线l与圆C相切.故选C.2.已知圆O:x2+y2=4上到直线l:x+y=a的距离等于1的点至少有2个,则a的取值范围为________.答案(-32,32)解析由圆的方程可知圆心为(0,0),半径为2.因为圆上到直线l:x+y=a的距离等于1的点至少有2个,所以圆心到直线l的距离d<r+1=3,即d=|-a|2<3,解得-32<a<32.考点二圆的弦长、切线问题(多考向探究)考向1弦长问题例2(1)(2024·四川西昌期末)直线l:x-3y cosθ=0被圆x2+y2-6x+5=0截得的最大弦长为()A.3B.5C.7D.3答案C解析因为圆x2+y2-6x+5=0,所以其圆心为(3,0),半径r=2,于是圆心(3,0)到直线l:x-3y cosθ=0的距离为d=31+3cos2θ,因为cosθ∈[-1,1],所以cos2θ∈[0,1],所以d=31+3cos2θ∈32,3,因为直线l与圆相交,所以d<2,所以d∈32,又因为弦长为2r2-d2=24-d2,所以当d取得最小值32时,弦长取得最大值,为7.故选C.(2)(2023·海南华侨中学二模)已知直线x-3y+8=0和圆x2+y2=r2(r>0)相交于A,B两点.若|AB|=6,则r的值为________.答案5解析因为圆心(0,0)到直线x-3y+8=0的距离d=81+3=4,由|AB|=2r2-d2,可得6=2r2-42,解得r=5.【通性通法】求直线被圆截得的弦长的两种方法【巩固迁移】3.设圆x2+y2-2x-2y-2=0的圆心为C,直线l过(0,3)与圆C交于A,B两点,若|AB|=23,则直线l 的方程为()A .3x +4y -12=0或4x -3y +9=0B .3x +4y -12=0或x =0C .4x -3y +9=0或x =0D .3x -4y +12=0或4x +3y +9=0答案B解析当直线l 的斜率不存在,即直线l 的方程为x =0时,弦长为23,符合题意;当直线l 的斜率存在时,可设直线l 的方程为y =kx +3,由弦长为23,半径为2可知,圆心到该直线的距离为1,从而有|k +2|k 2+1=1,解得k =-34.综上,直线l 的方程为x =0或3x +4y -12=0.故选B.4.(2023·新课标Ⅱ卷)已知直线l :x -my +1=0与⊙C :(x -1)2+y 2=4交于A ,B 两点,写出满足“△ABC 的面积为85”的m 的一个值:________.答案,-2,12,-12中任意一个皆可以解析设点C 到直线AB 的距离为d ,由弦长公式得|AB |=24-d 2,所以S △ABC =12×d ×24-d 2=85,解得d =455或d =255,由d =|1+1|1+m 2=21+m 2,所以21+m 2=455或21+m 2=255,解得m =±2或m =±12.考向2切线问题例3(1)在平面直角坐标系中,过点A (3,5)作圆O :x 2+y 2-2x -4y +1=0的切线,则切线的方程为()A .5x -12y +45=0B .y +5=0C .x -3=0或5x -12y +45=0D .y -5=0或12x -5y +45=0答案C解析因为32+52-2×3-4×5+1>0,点(3,5)在圆外,且x 2+y 2-2x -4y +1=0的圆心为(1,2),半径为2.若切线的斜率不存在,即x =3,圆心(1,2)到直线x =3的距离为2,故直线x =3是圆的切线;若切线的斜率存在,设切线方程为y -5=k (x -3),即kx -y -3k +5=0,则|k -2-3k +5|k 2+1=2,则|3-2k |k 2+1=2,两边平方得12k =5,k =512,所以y -5=512(x -3),即5x-12y +45=0.综上,切线的方程为5x -12y +45=0或x -3=0.故选C.(2)由直线y =x +1上的一点向圆(x -3)2+y 2=1引切线,则切线长的最小值为________.答案7解析设直线上一点P ,切点为Q ,圆心为M ,M 的坐标为(3,0),则|PQ |即为切线长,|MQ |为圆M 的半径,长度为1,|PQ |=|PM |2-|MQ |2=|PM |2-1,要使|PQ |最小,即求|PM |的最小值,此题转化为求直线y =x +1上的点到圆心M 的最小距离.设圆心到直线y =x +1的距离为d ,则d =|3-0+1|12+(-1)2=22,所以|PM |的最小值为22,此时|PQ |=|PM |2-1=(22)2-1=7.【通性通法】1.求过圆上一点(x 0,y 0)的圆的切线方程:先求切点与圆心连线的斜率k ,再由垂直关系,求得切线斜率为-1k ,由点斜式方程可求得切线方程,如果k =0或k 不存在,则由图形可直接得到切线方程为y =y 0或x =x 0.2.求过圆外一点(x 0,y 0)的圆的切线方程当切线斜率存在时,圆的切线方程的求法:(1)几何法:设切线方程为y -y 0=k (x -x 0),利用点到直线的距离公式表示出圆心到切线的距离d ,然后令d =r ,进而求得k .(2)代数法:设切线方程为y -y 0=k (x -x 0),与圆的方程组成方程组,消元后得到一个一元二次方程,然后令判别式Δ=0,进而求得k .注意验证斜率不存在的情况.3.涉及与圆的切线有关的线段长度范围(或最值)问题,可以利用几何图形求解,也可以把所求线段长表示为关于圆心与直线上的点的距离的函数的形式,利用求函数值域的方法求解.【巩固迁移】5.(2023·河南开封模拟)已知圆M 过点A (1,3),B (1,-1),C (-3,1),则圆M 在点A 处的切线方程为()A .3x +4y -15=0B .3x -4y +9=0C .4x +3y -13=0D .4x -3y +5=0答案A解析设圆M 的一般方程为x 2+y 2+Dx +Ey +F =0.+3E +F +10=0,-E +F +2=0,3D +E +F +10=0,=1,=-2,=-5,所以圆M 的方程为x 2+y 2+x -2y -5=0,圆心为-12,所以直线AM的斜率k AM =3-11+12=43,所以圆M 在点A 处的切线方程为y -3=-34(x -1),即3x +4y -15=0.故选A.6.(2023·新课标Ⅰ卷)过点(0,-2)与圆x 2+y 2-4x -1=0相切的两条直线的夹角为α,则sin α=()A .1B .154C .104D .64答案B解析解法一:因为x 2+y 2-4x -1=0,即(x -2)2+y 2=5,可得圆心C (2,0),半径r =5,过点P (0,-2)作圆C 的切线,切点为A ,B ,因为|PC |=22+(-2)2=22,则|PA |=|PC |2-r 2=3,可得sin ∠APC =522=104,cos ∠APC =322=64,则sin ∠APB =sin2∠APC =2sin ∠APC cos ∠APC =2×104×64=154,cos ∠APB =cos2∠APC =cos 2∠APC -sin 2∠APC ==-14<0,即∠APB 为钝角,所以sin α=sin(π-∠APB )=sin ∠APB =154.故选B.解法二:圆x 2+y 2-4x -1=0的圆心C (2,0),半径r =5,过点P (0,-2)作圆C 的切线,切点为A ,B ,连接AB ,可得|PC |=22+(-2)2=22,则|PA |=|PB |=|PC |2-r 2=3,因为|PA |2+|PB |2-2|PA |·|PB |cos ∠APB =|CA |2+|CB |2-2|CA |·|CB |cos ∠ACB ,且∠ACB =π-∠APB ,则3+3-6cos ∠APB =5+5-10cos(π-∠APB ),即3-3cos ∠APB =5+5cos ∠APB ,解得cos ∠APB =-14<0,即∠APB 为钝角,则cos α=cos(π-∠APB )=-cos ∠APB =14,又α为锐角,所以sinα=1-cos2α=154.故选B.解法三:圆x2+y2-4x-1=0的圆心C(2,0),半径r=5,若切线斜率不存在,则切线方程为x=0,则圆心到切线的距离d=2<r,不符合题意;若切线斜率存在,设切线方程为y=kx-2,即kx-y-2=0,则|2k-2|k2+1=5,整理得k2+8k+1=0,且Δ=64-4=60>0.设两切线斜率分别为k1,k2,则k1+k2=-8,k1k2=1,可得|k1-k2|=(k1+k2)2-4k1k2=215,所以tanα=|k1-k2|1+k1k2=15,即sinαcosα=15,可得cosα=sinα15,则sin2α+cos2α=sin2α+sin2α15=1,又α则sinα>0,解得sinα=154.故选B.7.(2024·陕西西安碑林区校级月考)已知圆M:(x-x0)2+(y-y0)2=8,点T(-3,4),从坐标原点O向圆M作两条切线OP,OQ,切点分别为P,Q,若切线OP,OQ的斜率分别为k1,k2,k1·k2=-1,则|TM|的取值范围为________.答案[1,9]解析由题意可知,直线OP的方程为y=k1x,直线OQ的方程为y=k2x,∵OP,OQ与圆M相切,∴|k1x0-y0|1+k21=22,|k2x0-y0|1+k22=22,分别对两个式子进行两边平方,整理可得21(8-x20)+2k1x0y0+8-y20=0,22(8-x20)+2k2x0y0+8-y20=0,∴k1,k2是方程k2(8-x20)+2kx0y0+8-y20=0的两个不相等的实数根,易知8-x20≠0,∴k1·k2=8-y208-x20,又k1·k2=-1,∴8-y208-x20=-1,即x20+y20=16,则圆心M的轨迹是以(0,0)为圆心,4为半径的圆.又|TO|=9+16=5,∴|TO|-4≤|TM|≤|TO|+4,∴1≤|TM|≤9.考点三圆与圆的位置关系例4(1)(2024·广东揭阳期末)圆O1:x2+y2=1与圆O2:x2+y2-4x+1=0的位置关系为() A.相交B.相离C.外切D.内切答案A解析圆O1:x2+y2=1的圆心为O1(0,0),半径为r1=1.圆O2:x2+y2-4x+1=0的圆心为O2(2,0),半径为r2=3.|O1O2|=2,r2-r1<|O1O2|<r2+r1,所以两圆相交.故选A.(2)(多选)(2023·吉林期中)点P在圆C1:x2+y2=1上,点Q在圆C2:x2+y2-6x+8y+24=0上,则()A.|PQ|的最小值为0B.|PQ|的最大值为7C .两个圆心所在直线的斜率为-43D .两个圆相交弦所在直线的方程为6x -8y -25=0答案BC解析根据题意,圆C 1:x 2+y 2=1,其圆心C 1(0,0),半径R =1,圆C 2:x 2+y 2-6x +8y +24=0,即(x -3)2+(y +4)2=1,其圆心C 2(3,-4),半径r =1,圆心距|C 1C 2|=9+16=5,则|PO |的最小值为|C 1C 2|-R -r =3,最大值为|C 1C 2|+R +r =7,故A 错误,B 正确;对于C ,圆心C 1(0,0),圆心C 2(3,-4),则两个圆心所在直线的斜率k =-4-03-0=-43,故C 正确;对于D ,两圆的圆心距|C 1C 2|=5,则|C 1C 2|>R +r =2,两圆外离,不存在公共弦,故D 错误.故选BC.(3)(2022·新高考Ⅰ卷)写出与圆x 2+y 2=1和(x -3)2+(y -4)2=16都相切的一条直线的方程:________.答案x =-1或7x -24y -25=0或3x+4y -5=0解析如图,因为圆x 2+y 2=1的圆心为O (0,0),半径r 1=1,圆(x -3)2+(y -4)2=16的圆心为A (3,4),半径r 2=4,所以|OA |=5,r 1+r 2=5,所以|OA |=r 1+r 2,所以两圆外切,公切线有三种情况:①易知公切线l 1的方程为x =-1.②另一条公切线l 2与公切线l 1关于过两圆圆心的直线l 对称.易知过两圆圆心的直线l 的方程为y =43x ,=-1,=43x ,=-1,=-43,由对称性可知公切线l21,设公切线l 2的方程为y +43=k (x +1),则点O (0,0)到l 2的距离为1,所以1=|k -43|k 2+1,解得k =724,所以公切线l 2的方程为y +43=724(x +1),即7x -24y -25=0.③还有一条公切线l 3与直线l :y =43x 垂直.设公切线l 3的方程为y =-34x +t ,易知t >0,则点O (0,0)到l 3的距离为1,所以1解得t =54,所以公切线l 3的方程为y =-34x +54,即3x +4y -5=0.综上,所求直线方程为x =-1或7x -24y -25=0或3x +4y -5=0.【通性通法】(1)判断两圆的位置关系时常用几何法,即利用两圆圆心之间的距离与两圆半径之间的关系,一般不采用代数法.(2)若两圆相交,则两圆公共弦所在直线的方程可由两圆的方程作差消去x 2,y 2项得到.【巩固迁移】8.(2024·安徽芜湖模拟)已知圆M :x 2+y 2-2ay =0(a >0)截直线x +y =0所得线段的长度是22,则圆M 与圆N :(x -1)2+(y -1)2=1的位置关系是()A .内切B .相交C .外切D .相离答案B解析由题意,得圆M 的标准方程为x 2+(y -a )2=a 2,圆心(0,a )到直线x +y =0的距离d=a2,所以2a 2-a 22=22,解得a =2,圆M 、圆N 的圆心距|MN |=2,小于两圆半径之和3,大于两圆半径之差1,故两圆相交.故选B.9.(2023·云南丽江期中)圆C 1:x 2+y 2-6x -10y -2=0与圆C 2:x 2+y 2+4x +14y +4=0公切线的条数为()A .1B .2C .3D .4答案C解析根据题意,圆C 1:x 2+y 2-6x -10y -2=0,即(x -3)2+(y -5)2=36,其圆心为(3,5),半径r =6;圆C 2:x 2+y 2+4x +14y +4=0,即(x +2)2+(y +7)2=49,其圆心为(-2,-7),半径R =7,两圆的圆心距|C 1C 2|=(-2-3)2+(-7-5)2=13=R +r ,所以两圆相外切,其公切线有3条.故选C.10.(2024·江苏启东中学阶段考试)已知P 是圆M :x 2-4x +y 2-4y +6=0上一动点,A ,B 是圆C :x 2+2x +y 2+2y -2=0上的两点,若|AB |=23,则|PA →+PB →|的取值范围为________.答案[42-2,82+2]解析由题意知,点P 所在圆M :(x -2)2+(y -2)2=2,且A ,B 所在圆C :(x +1)2+(y +1)2=4的圆心为C (-1,-1),半径为2.设D 是AB 的中点,连接CD ,则CD 垂直平分AB ,则|CD |1,所以点D 在以C 为圆心,1为半径的圆上,即点D 所在圆C 1:(x+1)2+(y +1)2=1,又由PA →+PB →=2PD →,可得|PA →+PB →|=2|PD →|,|PD →|即为圆M :x 2-4x +y 2-4y +6=0上的点与圆C 1:(x +1)2+(y +1)2=1上的点的距离,因为|MC 1|=(2+1)2+(2+1)2=32,所以32-1-2≤|PD →|≤32+1+2,即|PA →+PB →|的取值范围为[42-2,82+2].课时作业一、单项选择题1.(2023·福建泉州模拟)已知圆C :x 2+y 2+2x -4y =0,直线l :2x -y -1=0,则直线l 与圆C 的位置关系是()A .相交B .相切C .相离D .相交且直线过圆C 的圆心答案B解析由x 2+y 2+2x -4y =0,可得(x +1)2+(y -2)2=5,故圆心C (-1,2),半径r =5,则圆心到直线l :2x -y -1=0的距离d =|-2-2-1|22+1=55=5=r ,故直线l 与圆C 相切.故选B.2.(2024·黑龙江大庆质检)若直线kx -y +1-2k =0与圆C :(x -1)2+y 2=4相交于A ,B 两点,则|AB |的最小值为()A .23B .22C .3D .2答案B解析直线kx -y +1-2k =0,即k (x -2)-(y -1)=0恒过定点M (2,1),而(2-1)2+12=2<4,即点M 在圆C 内,因此当且仅当AB ⊥CM 时,|AB |最小,而圆C 的圆心C (1,0),半径r =2,|CM |=2,所以|AB |min =2r 2-|CM |2=24-2=2 2.故选B.3.(2023·河北联考一模)直线l :ax +by -4=0与圆O :x 2+y 2=4相切,则(a -3)2+(b -4)2的最大值为()A .16B .25C .49D .81答案C解析由直线l 与圆O 相切可得,圆心O (0,0)到直线l 的距离等于圆的半径,即|-4|a 2+b 2=2,故a 2+b 2=4,即点(a ,b )在圆O 上,(a -3)2+(b -4)2的几何意义为圆上的点(a ,b )与点(3,4)之间距离的平方,由a 2+b 2=4,得圆心为(0,0),因为32+42>4,所以点(3,4)在圆a 2+b 2=4外,所以点(a ,b )到点(3,4)的距离的最大值为圆心到(3,4)的距离与圆半径之和,即d +r =(3-0)2+(4-0)2+2=7,所以(a -3)2+(b -4)2的最大值为72=49.故选C.4.(2023·广东汕头模拟)已知圆C 1:(x -3)2+(y +4)2=1与C 2:(x -a )2+(y -a +3)2=9恰好有4条公切线,则实数a 的取值范围是()A .(-∞,0)∪(4,+∞)B .(-∞,1-6)∪(1+6,+∞)C .(0,4)D .(-∞,-1)∪(3,+∞)答案D解析因为圆C 1:(x -3)2+(y +4)2=1与C 2:(x -a )2+(y -a +3)2=9恰好有4条公切线,所以圆C 1与C 2外离,所以(a -3)2+(a -3+4)2>4,解得a >3或a <-1,即实数a 的取值范围是(-∞,-1)∪(3,+∞).故选D.5.(2023·山东青岛模拟)已知直线l :3x +my +3=0,曲线C :x 2+y 2+4x +2my +5=0,则下列说法正确的是()A .“m >1”是“曲线C 表示圆”的充要条件B .当m =33时,直线l 与曲线C 表示的圆相交所得的弦长为1C .“m =-3”是“直线l 与曲线C 表示的圆相切”的充分不必要条件D .当m =-2时,曲线C 与圆x 2+y 2=1有两个公共点答案C解析对于A ,曲线C :x 2+y 2+4x +2my +5=0⇒(x +2)2+(y +m )2=m 2-1,曲线C 表示圆,则m 2-1>0,解得m <-1或m >1,所以“m >1”是“曲线C 表示圆”的充分不必要条件,A 错误;对于B ,当m =33时,直线l :x +3y +1=0,曲线C :(x +2)2+(y +33)2=26,圆心到直线l 的距离d =|-2+3×(-33)+1|1+3=5,所以弦长为2r 2-d 2=226-25=2,B 错误;对于C ,若直线l 与圆相切,则圆心到直线l 的距离d =|-6-m 2+3|9+m 2=m 2-1,解得m =±3,所以“m =-3”是“直线l 与曲线C 表示的圆相切”的充分不必要条件,C 正确;对于D ,当m =-2时,曲线C :(x +2)2+(y -2)2=3,其圆心坐标为(-2,2),r =3,曲线C 与圆x 2+y 2=1的圆心距为(-2-0)2+(2-0)2=22>3+1,故两圆相离,没有公共点,D 错误.故选C.6.(2024·山东淄博期末)已知圆C :(x -1)2+y 2=2,直线l :y =kx -2,若直线l 上存在点P ,过点P 引圆的两条切线l 1,l 2,使得l 1⊥l 2,则实数k 的取值范围是()A ∞,-43∪[0,+∞)B ∞,-43∪[0,1)C ∞,-43∪[1,+∞)D .-43,1答案A解析圆心C (1,0),半径r =2,设P (x ,y ),因为两切线l 1⊥l 2,如图,设切点为A ,B ,则PA ⊥PB ,由切线性质定理,知PA ⊥AC ,PB ⊥BC ,|PA |=|PB |,所以四边形PACB 为正方形,所以|PC |=2,则点P 的轨迹是以(1,0)为圆心,2为半径的圆,方程为(x -1)2+y 2=4,直线l :y =kx -2过定点(0,-2),直线方程即kx -y -2=0,只要直线与点P 的轨迹(圆)有交点即可,即大圆的圆心到直线的距离小于等于半径,即d =|k -2|k 2+1≤2,解得k ≥0或k ≤-43,即实数k ∞,-43∪[0,+∞).故选A.7.已知实数x ,y 满足x 2+y 2-4x -2y -4=0,则x -y 的最大值是()A .1+322B .4C .1+32D .7答案C解析解法一:令x -y =k ,则x =k +y ,代入原式,化简得2y 2+(2k -6)y +k 2-4k -4=0,因为存在实数y ,则Δ≥0,即(2k -6)2-4×2(k 2-4k -4)≥0,化简得k 2-2k -17≤0,解得1-32≤k ≤1+32,故x -y 的最大值是32+1.故选C.解法二:x 2+y 2-4x -2y -4=0,整理得(x -2)2+(y -1)2=9,令x =3cos θ+2,y =3sin θ+1,其中θ∈[0,2π],则x -y =3cos θ-3sin θ+1=32cos 1,因为θ∈[0,2π],所以θ+π4∈π4,9π4,则当θ+π4=2π,即θ=7π4时,x -y 取得最大值32+1.故选C.解法三:由x 2+y 2-4x -2y -4=0,可得(x -2)2+(y -1)2=9,设x -y =k ,则圆心到直线x -y =k 的距离d =|2-1-k |2≤3,解得1-32≤k ≤1+3 2.故选C.8.(2023·甘肃酒泉三模)若直线3x -y -3=0分别与x 轴、y 轴交于点A ,B ,动点P 在圆x 2+(y -1)2=1上,则△ABP 面积的取值范围是()A .[2,32]B .[3,23]C .[3,33]D .[22,32]答案C解析如图所示,因为直线3x -y -3=0与坐标轴的交点A (3,0),B (0,-3),则|AB |=3+9=23,圆x 2+(y -1)2=1的圆心为C (0,1),半径为r =1,则圆心C (0,1)到直线3x -y -3=0的距离为d =|-1-3|3+1=2,所以圆x 2+(y -1)2=1上的点P 到直线3x -y -3=0的距离的最小值为d -r =2-1=1,最大距离为d +r =2+1=3,所以△ABP 面积的最小值为12×23×1=3,最大值为12×23×3=33,即△ABP 面积的取值范围为[3,33].故选C.二、多项选择题9.(2024·湖北武汉期末)已知圆x2+y2=4,直线l:y=x+b.若圆上恰有三个点到直线l的距离都等于1,则b的可能值为()A.-1B.-2C.1D.2答案BD解析由圆x2+y2=4,可得圆心为(0,0),半径为2,要使圆上恰有三个点到直线l的距离都等于1,则圆心到直线的距离为1,所以|b|2=2-1,所以b=± 2.故选BD.10.已知圆O1:x2+y2-2x-3=0和圆O2:x2+y2-2y-1=0的交点为A,B,则() A.圆O1和圆O2有两条公切线B.直线AB的方程为x-y+1=0C.圆O2上存在两点P和Q使得|PQ|>|AB|D.圆O1上的点到直线AB的最大距离为2+2答案ABD解析对于A,因为两圆相交,所以有两条公切线,故A正确;对于B,将两圆方程作差可得-2x+2y-2=0,即得公共弦AB的方程为x-y+1=0,故B正确;对于C,直线AB过圆O2的圆心(0,1),所以线段AB是圆O2的直径,故圆O2中不存在比AB长的弦,故C错误;对于D,圆O1的圆心坐标为(1,0),半径为2,圆心到直线AB:x-y+1=0的距离为|1+1| 2=2,所以圆O1上的点到直线AB的最大距离为2+2,D正确.故选ABD.三、填空题11.(2023·广东深圳校考二模)过点(1,1)且被圆x2+y2-4x-4y+4=0所截得的弦长为22的直线方程为________.答案x+y-2=0解析圆x2+y2-4x-4y+4=0,即(x-2)2+(y-2)2=4,圆心为(2,2),半径r=2,若弦长l=22,则圆心到直线的距离d=2,显然直线的斜率存在,设直线方程为y-1=k(x-1),即kx-y-k+1=0,所以d=|2k-2-k+1|k2+(-1)2=2,解得k=-1,所以直线方程为x+y-2=0.12.若A为圆C1:x2+y2=1上的动点,B为圆C2:(x-3)2+(y+4)2=4上的动点,则线段AB长度的最大值是________.答案8解析圆C1:x2+y2=1的圆心为C1(0,0),半径r1=1,圆C2:(x-3)2+(y+4)2=4的圆心为C2(3,-4),半径r2=2,所以|C1C2|=5.因为|C1C2|>r1+r2,所以圆C1与圆C2外离.又A 为圆C1上的动点,B为圆C2上的动点,所以线段AB长度的最大值是|C1C2|+r1+r2=5+1+2=8.13.(2024·浙江校考模拟预测)已知圆C1:x2+y2=4和圆C2:(x-3)2+(y-2)2=1,则过点MC1,C2都相切的直线方程为________(写出一个即可).答案x=2或5x+12y-26=0(写出一个即可)解析若过M的切线斜率不存在,即为x=2,此时显然与两圆都相切;若过M的切线斜率存在,不妨设为y-43=k(x-2),则C1(0,0),C2(3,2)到y-43=k(x-2)的距离分别为d1=|2k-43|k2+1=2,d2=|k-23|k2+1=1,解得k=-512,即y-43=-512(x-2),即5x+12y-26=0.综上,过M且与两圆都相切的直线方程为x=2或5x+12y-26=0(写出一个即可).14.(2024·云南大理一模)已知圆C:x2+y2-2x-4y+1=0,过点A(1,1)的相互垂直的两条直线分别交圆C于点M,N和P,Q,则四边形MQNP面积的最大值为________.答案7解析圆C:x2+y2-2x-4y+1=0,即(x-1)2+(y-2)2=4,点A(1,1)在圆C内部,设圆心C到直线PQ和MN的距离分别为d1,d2,则有|PQ|=24-d21,|MN|=24-d22,且d21+d22=|CA|2=1,所以四边形MQNP的面积S=12|PQ|·|MN|=24-d21·4-d22≤7,当且仅当d1=d2=22时,等号成立,故四边形MQNP面积的最大值为7.四、解答题15.(2024·辽宁大连月考)已知圆C:(x-2)2+(y-3)2=4外有一点P(4,-1),过点P作直线l.(1)当直线l与圆C相切时,求直线l的方程;(2)当直线l的倾斜角为135°时,求直线l被圆C所截得的弦长.解(1)由题意知,圆C的圆心为(2,3),半径r=2.当斜率不存在时,直线l的方程为x=4,此时圆C与直线l相切;当斜率存在时,设直线l的方程为y+1=k(x-4),即kx-y-4k-1=0,则圆心到直线的距离为d=r,即|2k-3-4k-1|1+k2=2,解得k=-34,所以此时直线l的方程为3x+4y-8=0.综上,直线l的方程为x=4或3x+4y-8=0.(2)当直线l 的倾斜角为135°时,直线l 的方程为x +y -3=0,圆心到直线l 的距离d =|2+3-3|2= 2.故所求弦长为2r 2-d 2=222-(2)2=2 2.16.已知点P (2,2),圆C :x 2+y 2-8y =0,过点P 的动直线l 与圆C 交于A ,B 两点,线段AB 的中点为M ,O 为坐标原点.(1)求点M 的轨迹方程;(2)当|OP |=|OM |时,求直线l 的方程及△POM 的面积.解(1)圆C 的方程可化为x 2+(y -4)2=16,所以圆心为C (0,4),半径为4.设M (x ,y ),则CM →=(x ,y -4),MP →=(2-x ,2-y ).由题意,得CM →·MP →=0,故x (2-x )+(y -4)(2-y )=0,即(x -1)2+(y -3)2=2.所以点M 的轨迹方程是(x -1)2+(y -3)2=2.(2)由(1)可知点M 的轨迹是以点N (1,3)为圆心,2为半径的圆.由于|OP |=|OM |,故O 在线段PM 的垂直平分线上,又P 在圆N 上,从而ON ⊥PM .因为ON 的斜率为3,所以直线l 的斜率为-13,故直线l 的方程为x +3y -8=0.又|OM |=|OP |=22,O 到直线l 的距离为|-8|12+32=4105,所以|PM |=2=4105,所以S △POM =12×4105×4105=165.17.(多选)(2023·重庆一中模拟)已知⊙E :(x -2)2+(y -1)2=4,过点P (5,5)作圆E 的两条切线,切点分别为M ,N ,则下列命题中正确的是()A .|PM |=21B .直线MN 的方程为3x +4y -14=0C .圆x 2+y 2=1与圆E 共有4条公切线D .若过点P 的直线与圆E 交于G ,H 两点,则当△EHG 的面积最大时,|GH |=22答案ABD解析因为圆E 的方程为(x -2)2+(y -1)2=4,所以圆心E 的坐标为(2,1),半径为2,所以|EM |=|EN |=2,又P (5,5),所以|PE |=(5-2)2+(5-1)2=5,由已知得PM ⊥ME ,PN ⊥NE ,所以|PM |=|PE |2-|EM |2=21,A 正确;因为PM ⊥ME ,PN ⊥NE ,所以P ,M ,E ,N 四点共圆,且圆心为PE 的中点,线段PE 的中点坐标为所以圆F +(y -3)2=254,即x 2-7x +y 2-6y +15=0,因为52-2<|EF |=52<52+2,所以圆E 与圆F 相交,又圆E 的方程可化为x 2-4x +y 2-2y +1=0,所以圆E 与圆F 的公共弦方程为3x +4y -14=0,故直线MN 的方程为3x +4y -14=0,B 正确;圆x 2+y 2=1的圆心O 的坐标为(0,0),半径为1,因为|OE |=5,2-1<|OE |<1+2,所以圆x 2+y 2=1与圆E 相交,故两圆只有2条公切线,C 错误;设∠HEG =θ,则θ∈(0,π),△EHG 的面积S =12EH ·EG sin θ=2sin θ,所以当θ=π2时,△EHG 的面积取最大值2,此时|GH |=4+4=22,D 正确.故选ABD.18.(2023·福建龙岩统考二模)已知M 是圆C :x 2+y 2=2上一个动点,且直线l 1:m (x -3)-n (y -2)=0与直线l 2:n (x -2)+m (y -3)=0(m ,n ∈R ,m 2+n 2≠0)相交于点P ,则|PM |的最小值是____________.答案2解析由两直线方程可知,l 1,l 2分别过定点A (3,2),B (2,3),且两直线互相垂直,设AB的中点为O ,则如图所示,则两直线的交点P 的轨迹为以O 为圆心,AB 为直径的圆O ,|AB |=2,|OC |=522,可知两圆相离,设直线OC 交圆C 于点E ,交圆O 于点D ,显然|PM |≥|ED |=|OC |-|CE |-|OD |=522-2-22= 2.。
直线与圆相交的性质
1.直线与圆相交的性质
【知识点的知识】
直线与圆的关系分为相交、相切、相离.判断的方法就是看圆心到直线的距离和圆半径谁大谁小:
①当圆心到直线的距离小于半径时,直线与圆相交;
②当圆心到直线的距离等于半径时,直线与圆相切;
③当圆心到直线的距离大于半径时,直线与圆相离.
【例题解析】
例:写出直线y=x+m 与圆x2+y2=1 相交的一个必要不充分条件:
解:直线x﹣y+m=0 若与圆x2+y2=1 相交,
则圆心(0,0)到直线的距离d<1,
即d =|푚|
2<1,
∴|m|<2,
即―2<푚<2,
∴满足―2<푚<2的必要不充分条件均可.
故答案为:满足―2<푚<2的必要不充分条件均可.
这是一道符合高考命题习惯的例题,对于简单的知识点,高考一般都是把几个知识点结合在一起,这也要求大家知识一定要全面,切不可投机取巧.本题首先根据直线与圆的关系求出满足要求的m 的值;然后在考查了考试对逻辑关系的掌握程度,不失为一道好题.
【考点解析】
本知识点内容比较简单,在初中的时候就已经学习过,所以大家要熟练掌握,特别是点到直线的距离怎么求,如何判断直线与圆相切.
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高中数学备课教案解直线与圆的交点问题的方法总结直线与圆的交点问题是高中数学中重要的几何问题之一,解题方法多样,但核心思想是要利用几何知识和代数运算相结合,从而找到直线与圆的交点坐标。
本文将总结几种常用且有效的方法,并分步解析每种方法的具体操作。
一、利用代数方法解直线与圆的交点问题代数方法是解决直线与圆的交点问题常用的一种方法,其基本思想是计算直线和圆方程的交点坐标。
下面以一道例题来说明代数方法的具体步骤:例题:已知直线L过点A(2, 3),斜率为k,与圆C:(x-4)² + (y+1)²= 25 相交于点B和点C,求直线L的斜率k的范围。
解答:1. 设直线L的方程为y = kx + b,其中b为待定常数。
2. 由直线L过点A(2, 3),可以得到3 = 2k + b。
3. 将直线L的方程代入圆C的方程中,得到(kx + b - 4)² + (x + 1)² = 25。
4. 化简上述方程,得到(k² + 1)x² + (2kb - 8)x + (b² - 4b + 20) = 0。
5. 根据直线与圆的交点性质,上述方程有两个解,即判别式Δ = (2kb - 8)² - 4(k² + 1)(b² - 4b + 20) > 0。
6. 化简判别式,得到k² + 4k²b - 16kb + 16 - (4k²b - 16kb + 4b² - 16b + 80) > 0。
7. 化简判别式,得到5(k² + 4b² - 4) > 0。
8. 解方程5(k² + 4b² - 4) = 0,得到k² + 4b² = 4。
9. 根据上述方程,可以得到斜率k的范围为k ∈(-∞, -2) U (2, +∞)。
高二数学直线与圆的相交关系与求解方法数学中,直线与圆的相交关系是一个重要的概念,它涉及到了直线与圆的交点、相切和不相交等情况。
本文将介绍直线与圆相交的几种情况,以及求解它们的方法。
1. 直线与圆相交的情况直线与圆的相交情况可以分为以下三种:1.1 直线与圆的交点为两个当直线与圆相交于两个不同点时,它们相交于圆的弦上。
这种情况下,可以通过求解直线方程和圆方程组来确定交点的坐标。
例如,设直线方程为y = kx + b,圆的方程为(x-a)² + (y-b)² = r²,其中k为直线的斜率,(a,b)为圆心坐标,r为半径。
将直线方程代入圆的方程,得到关于x的二次方程。
解这个二次方程,可以得到两个交点的坐标。
1.2 直线与圆的交点为一个当直线与圆相切于圆上一点时,也是直线与圆的交点。
这种情况下,可以通过求解直线方程与圆的方程组来确定交点的坐标。
方法与1.1类似,设直线方程为y = kx + b,圆的方程为(x-a)² + (y-b)² = r²,将直线方程代入圆的方程,得到关于x的二次方程。
解这个二次方程,得到一个解,即为相切的点的坐标。
1.3 直线与圆无交点当直线与圆不相交时,它们之间的距离小于圆的半径。
这种情况下,可以通过计算直线到圆心的距离来判断它们的位置关系。
设直线方程为y = kx + b,圆的方程为(x-a)² + (y-b)² = r²,直线到圆心的距离为d。
计算直线方程中任意一点到圆心的距离,即d = |kx - y+ (b - ka)/sqrt(k² + 1)| / sqrt(k² + 1)。
若d小于圆的半径r,则直线与圆无交点;若d等于r,则直线与圆相切于圆上一点。
2. 求解直线与圆的交点坐标方法根据前面的讨论,我们知道求解直线与圆的交点坐标可以通过求解直线方程与圆的方程组来实现。
.学生版.板块四.直线与圆相交学而思高中完整讲义:圆典例分析??cos?3x?33??????的圆与圆心为交与【例1】直线、两BAπ,?20D2x?y??3?sin3?1?y??)点,则直线与的倾斜角之和为(BDAD5475ππππ.C.DA.B.34362????2程方线的中若点,为圆则直的的弦1,P?2【例2】51??y2x?ABAB.为22.________直线与圆、两点,则相交于3】【例??yABx?8BA05??x?2y22,将是圆已知上的一点,关于点的对称点是【例4】165)x?5)??(y?O:(PQA(5,0) ,求的最值.半径绕圆心依逆时针方向旋转到RQ90OROOP22????则若,,相交于两点,与圆直线】【例53x?3MN?≥y?22?4N3?y?kxM的取值范围是k33??????.BA.?0,??,∪?0,??????44????????1,b0P,a 221?by?2ax?1?yx相交于,两点(其中是实数)直线6】与圆,且【例?AOBBAb,a之间距离的最大值为是坐标原点)是直角三角形(,则点与点O()A.B.C.D.1?21?22222)直线截圆所得劣弧所对圆心角为(【例7】0x?y?2?4yx??ππππ2 . DB.C.A.236322小得大心被直线圆角的的劣弧所对的截【例8】圆0??y233x?4??yx.为????220k?为坐两点,:,相交于与圆】【例9已知直线4x??yOOBA22x:ly?k?.标原点,的面积为AOB?S??的最大值,并求出此时,并求出它的义域;⑵求⑴试将表示为的函数kSkSS 值.的k22所则弦,使点10【例】经过点作圆为弦的中点,的弦25?1)??y(xABABABP3)?P(2, )在直线方程为(.BA.0??5x?y0?5?x?y .C. D 0?5?5?0?x?yx?y,在水面以上部分高,现有一船宽,】某圆拱桥的水面跨度是,拱高为【例11m39m20mm4,为此,必须加重船载,降低船身.当船身至故通行无阻.近日水位暴涨了m1.5)时,船才能通过桥洞.(结果精确到少应降低m0.01m??220P,2相交的所有直线中,与圆【例12】过点被圆截得的弦最长时的直03??2xy?y?线方程是_________.22的周长,则始若直线终平分圆【例13】04y?1x??y??2x0)b?by2ax??20(a,?11的最小值为____________.?ab22所截得的弦长等于,则的为.【例14】直线被圆4y?)?(xa?322?xa22在第一象限内的部分过定点的直线与圆且斜率为【例15】若0?5?y?x4?x0)M?(1,k)有交点,则的取值范围是(k D.C..A.B130?5?k?5k???k00?5??k0 22已知圆.,直线【例16】25?1)??(y?2):C(x)47m??0(m?Rm:l(2m?1)x?(?1)y?⑴证明直线与圆相交;l 的方程.截得的弦长最小时,求直线⑵求直线被圆Cll与圆关于直线【例17】已知圆的圆心与点对称.直线0?y?4(P?2,1)?113xCC1x?y?.,则圆两点,且相交于的方程为C6A,B?|AB|22且在两坐标轴上的】【例18求过直线与已知圆的交点,0??2y?y3?2xx?07??x?3y 四个截距之和为的圆的方程.8?22????????及直线已知圆19】【例)?l:?2m1Rx?1m?my?7m?4(25Cx???:y?12 与圆恒相交;取什么实数,直线⑴证明:不论Clm 的方程.与圆⑵求直线所截得的弦长的最短长度及此时直线Cll 2??2两作直线交圆于、:已知圆,过点内有一点】【例209yx?1??2)(2,PCCBAlP点.当经过圆心时,求直线的方程;⑴Cll 被点平分时,写出直线的方程;⑵当弦lPAB 的倾斜角为时,求弦的长.⑶当直线?45lAB2、上的两个动点,是抛物线【例21】已知点0)?2px(py?O,xx?0)(xBy)()x,yA(212211.设圆的方程标原点,向量、满足为是坐OBOACB?OO?OAO?22.0)yy?x)x?(yx??y?(x?2211⑴证明:线段是圆的直径;CAB25p的值.的圆心到直线⑵当圆时,求的距离的最小值为C0yx??25222204?xy?y4?x?2?0??y?2yx 】【例22,的交点分别为知两圆已和B、A ⑴的方程及线段的长;求直线ABAB 两点,且圆心在直线上的圆的方程.求经过⑵B、A1?y4?x2.??????,求证:23】已知,,【例)?Zπ0,,?k?k(ab?c??bsinacoscacos?bsin?2??c?2.?cos22b?2a22的交点,过直线和圆且满足下列条件之一的【例24】求0?1??2x?x4?yy0?y?42x?圆的方程.⑴过原点;⑵有最小面积.【例25】直线与轴、轴的正半轴分别交于两点,的长分别是关于的方yOBOAA、B、lxx2的两个根,为直线上异于程两点之间0?AB?x2)?14x?4(B、AlP)(OA?OB的一动点.且交于点.OBPQ//OAQ⑴求直线斜率的大小;l AB1⑵若时,请你确定点在上的位置,并求出线段的长;PQABPS?S PAQ?OQPB四3⑶在轴上是否存在点,使为等腰直角三角形,若存在,求出点的yMPQ?MM坐标;若不存在,说明理由.22与直线相交于、两点,为原点,【例26】已知圆0??x?6yx??ymOPQ2y?3?0l:x?且,求实数的值.OQOP?m3??22截得的弦长为线经过点被圆,求此弦所在直线方程.【例27】直25x??y?P?,38??2?? 22分成两个弓形,当这两个弓形面积之差点的直线将圆28】过【例05??4xx?y?2)P(1,最大时,这条直线的方程为()A.B.C.1?x1x???y2yD.03?2y?x?222)(1,分成两段弧,当劣弧所对的圆心角最小点过的直线将圆【例29】42)??y(x?l时,直线的斜率.?kl22,问最否存在斜率为的直线,使被圆截得【例30】已知圆0?x4y?C:x4?y??2Cll1的弦为直径的圆过原点,若存在,写出直线方程;若不存在,说明理由.AB22、两点,且相交于已知直线与圆:,则【例31】3?|AB|1??yxOBA0ax?by?c?.??OBOA22,则,圆为任意32】已知直线【例25?(y?C:(x?1)2)?4(2l:m?1)x?(m?1)y?7m?m实数时,与是否必相交?若必相交,求出相交的弦长的最小值及此时的值;Clm若不一定相交,则举一个反例.截得的弦长为且被直线,和轴相切,圆心在直线上,】【例33已知圆xy?y72C0?x?3y求圆的方程. C??.的方程为,22相交于两点,与圆,弦的中点为】【例34直线0a??2x?4xy?y?lABAB3)a?(则直线01,l22.设该圆过点已知圆的方程为的最长弦和最短弦分别为【例35】0y??6x?x8?y5),(3和,则四边形的面积为()ABCDACBD.D.C AB..62066640301022相交弦中点与点的距离为_______直线与圆.【例36】4y?x?(1,2)N2?y?3?0xM22在第一象限内的部分的直线与圆若过定点且斜率为【例37】0??5x?4x?y0)1,?M(k有交点,则的取值范围是_________.k22?2x?y4y?0x?平分,且不通过第四象限,那么直线】【例38将圆的斜率如果直线ll的取值范围是________.。
【例1】 直线323y x =+与圆心为D 的圆33cos 13sin x y θ
θ
⎧=+⎪⎨=+⎪⎩[)()02πθ∈,交与A 、B 两
点,则直线AD 与BD 的倾斜角之和为( ) A .7π6 B .5π4 C .4π3
D .5π
3
【例2】 若()2,1P -为圆()2
2125x y -+=的弦AB 的中点,则直线AB 的方程
为 .
【例3】 直线250x y -+=与圆228x y +=相交于A 、B 两点,则AB =________.
【例4】 已知P 是圆22:(5)(5)16O x y -+-=上的一点,关于点(5,0)A 的对称点是Q ,将
半径OP 绕圆心O 依逆时针方向旋转90到OR ,求RQ 的最值.
【例5】 直线3y kx =+与圆()()2
2
324x y -+-=相交于M ,N 两点,若23MN ≥,则
k 的取值范围是
A .304⎡⎤
-⎢⎥⎣⎦, B .[)
304⎛
⎤-∞-+∞ ⎥⎝⎦,∪, C .3333⎡⎤
-
⎢⎥⎣⎦,
D .205⎡⎤-⎢⎥⎣⎦,
【例6】 直线21ax by +=与圆221x y +=相交于A ,B 两点(其中,a b 是实数),且AOB
∆是直角三角形(O 是坐标原点),则点(),P a b 与点()0,1之间距离的最大值为
典例分析
板块四.直线与圆相交
( )
A .21+
B .2
C .2
D .21-
【例7】 直线20x y ++=截圆224x y +=所得劣弧所对圆心角为( )
A .
π6 B .π3 C .π2 D .2π3
【例8】 圆224x y +=被直线
3230x y +-=截得的劣弧所对的圆心角的大小
为 .
【例9】 已知直线(:22
l y k x =+()0k ≠与圆O :2
24x
y +=相交于A ,B 两点,O 为坐
标原点,AOB ∆的面积为S .
⑴试将S 表示为k 的函数()S k ,并求出它的义域;⑵求S 的最大值,并求出此时的k 值.
【例10】 经过点(2,3)P -作圆22(1)25x y ++=的弦AB ,使点P 为弦AB 的中点,则弦AB 所
在直线方程为( )
A .50x y --=
B .50x y -+=
C .50x y ++=
D .50x y +-=
【例11】 某圆拱桥的水面跨度是20m ,拱高为4m ,现有一船宽9m ,在水面以上部分高3m ,
故通行无阻.近日水位暴涨了1.5m ,为此,必须加重船载,降低船身.当船身至少应降低 m 时,船才能通过桥洞.(结果精确到0.01m )
【例12】 过点()2,0P 与圆22230x y y ++-=相交的所有直线中,被圆截得的弦最长时的直
线方程是_________.
【例13】 若直线220(,0)ax by a b -+=>始终平分圆222410x y x y ++-+=的周长,则
11
a b
+的最小值为____________.
【例14】 直线2x =被圆
2
24x a y -+=()所截得的弦长等于,则a 的为 .
【例15】 若过定点(10)M -,且斜率为k 的直线与圆22450x x y ++-=在第一象限内的部分
有交点,则k 的取值范围是( )
A .0k <<
B .0k <<
C .0k <<
D .05k <<
【例16】 已知圆22:(1)(2)25C x y -+-=,直线:(21)(1)740()l m x m y m m +++--=∈R .
⑴证明直线l 与圆相交;
⑵求直线l 被圆C 截得的弦长最小时,求直线l 的方程.
【例17】 已知圆C 的圆心与点(21)P -,关于直线1y x =+对称.直线34110x y +-=与圆C
相交于A B ,两点,且||6AB =,则圆C 的方程为 .
【例18】 求过直线370x y +-=与已知圆222230x y x y ++--=的交点,且在两坐标轴上的
四个截距之和为8-的圆的方程.
【例19】 已知圆()()2
2
:1225C x y -+-=及直线()():21174()l m x m y m m +++=+∈R
⑴证明:不论m 取什么实数,直线l 与圆C 恒相交;
⑵求直线l 与圆C 所截得的弦长的最短长度及此时直线l 的方程.
【例20】 已知圆C :()2219x y -+=内有一点(22)P ,,过点P 作直线l 交圆C 于A 、B 两
点.
⑴当l 经过圆心C 时,求直线l 的方程;
⑵当弦AB 被点P 平分时,写出直线l 的方程; ⑶当直线l 的倾斜角为45︒时,求弦AB 的长.
【例21】 已知点11()A x y ,、22()B x y ,12(0)x x ≠是抛物线22(0)y px p =>上的两个动点,O
是坐标原点,向量OA 、OB 满足OA OB OA OB +=-.设圆C 的方程为221212()()0x y x x x y y y +-+-+=.
⑴证明:线段AB 是圆C 的直径;
⑵当圆C 的圆心到直线20x y -=时,求p 的值.
【例22】 已知两圆22420x y x y +-+=和22240x y y +--=的交点分别为A B 、,
⑴ 求直线AB 的方程及线段AB 的长;
⑵ 求经过A B 、两点,且圆心在直线241x y +=上的圆的方程.
【例23】 已知cos sin a b c αα+=,cos sin a b c ββ+=,(0,π,)ab k k αβ≠-≠∈Z ,求证:
2
2
2
2
cos
2c a b αβ
-=+.
【例24】 求过直线240x y ++=和圆222410x y x y ++-+=的交点,且满足下列条件之一的圆的方程.
⑴ 过原点; ⑵ 有最小面积.
【例25】 直线l 与x 轴、y 轴的正半轴分别交于A B 、两点,OA OB 、的长分别是关于x 的方
程2144(2)0x x AB -++=的两个根()OA OB <,P 为直线l 上异于A B 、两点之间的一动点. 且//PQ OB 交OA 于点Q .
⑴ 求直线AB l 斜率的大小;
⑵ 若1
3
PAQ OQPB S S ∆=四时,请你确定P 点在AB 上的位置,并求出线段PQ 的长;
⑶ 在y 轴上是否存在点M ,使MPQ ∆为等腰直角三角形,若存在,求出点M 的坐标;若不存在,说明理由.
【例26】 已知圆2260x y x y m ++-+=与直线:230l x y +-=相交于P 、Q 两点,O 为原点,
且OP OQ ⊥,求实数m 的值.
【例27】 直线经过点332P ⎛
⎫-- ⎪⎝
⎭,被圆2225x y +=截得的弦长为8,求此弦所在直线方程.
【例28】 过点(1,2)P 的直线将圆22450x y x +--=分成两个弓形,当这两个弓形面积之差
最大时,这条直线的方程为( )
A . 1x =
B . 2y =
C . 1y x =+
D . 230x y -+=
【例29】 过点(1,的直线l 将圆22(2)4x y -+=分成两段弧,当劣弧所对的圆心角最小
时,直线l 的斜率k = .
【例30】 已知圆22:2440C x y x y +-+-=,问最否存在斜率为1的直线l ,使l 被圆C 截得
的弦AB 为直径的圆过原点,若存在,写出直线方程;若不存在,说明理由.
【例31】 已知直线0ax by c ++=与圆O :221x y +=相交于A 、B 两点,且||AB =,则
OA OB ⋅= .
【例32】 已知直线:(21)(1)74l m x m y m +++=+,圆22:(1)(2)25C x y -+-=,则m 为任意
实数时,l 与C 是否必相交?若必相交,求出相交的弦长的最小值及此时m 的值;
若不一定相交,则举一个反例.
【例33】 已知圆C 和y 轴相切,圆心在直线30x y -=上,且被直线y x =截得的弦长为求圆C 的方程.
【例34】 直线l 与圆22240x y x y a ++-+=(3)a <相交于两点A ,B ,弦AB 的中点为
()01,
,则直线l 的方程为 .
【例35】 已知圆的方程为22680x y x y +--=.设该圆过点(35),的最长弦和最短弦分别为
AC 和BD ,则四边形ABCD 的面积为( )
A .
B .
C .
D .
【例36】 直线230x y -+=与圆224x y +=相交弦中点M 与点(1,2)N 的距离为_______.
【例37】 若过定点(1,0)M -且斜率为k 的直线与圆22450x x y ++-=在第一象限内的部分
有交点,则k 的取值范围是_________.
【例38】 如果直线l 将圆22240x y x y +--=平分,且不通过第四象限,那么直线l 的斜率
的取值范围是________.。