【三维设计】2014届高考数学(理)总复习课件:第八章 第7讲 抛物线(共42张PPT)
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直线与圆、圆与圆的位置关系[知识能否忆起]一、直线与圆的位置关系(圆心到直线的距离为d,圆的半径为r)相离相切相交图形量化方程观点Δ<0Δ=0Δ>0几何观点d>r d=r d<r二、圆与圆的位置关系(⊙O1、⊙O2半径r1、r2,d=|O1O2|)相离外切相交内切内含图形量化d>r1+r2d=r1+r2|r1-r2|<d<r1+r2d=|r1-r2| d<|r1-r2|[小题能否全取]1.(教材习题改编)圆(x-1)2+(y+2)2=6与直线2x+y-5=0的位置关系是( ) A.相切B.相交但直线不过圆心C.相交过圆心D.相离解析:选B 由题意知圆心(1,-2)到直线2x+y-5=0的距离d=5,0<d<6,故该直线与圆相交但不过圆心.2.(2012·银川质检)由直线y=x+1上的一点向圆x2+y2-6x+8=0引切线,则切线长的最小值为( )A.7 B.2 2C.3 D. 2解析:选A 由题意知,圆心到直线上的点的距离最小时,切线长最小.圆x2+y2-6x+8=0可化为(x-3)2+y2=1,则圆心(3,0)到直线y=x+1的距离为42=22,切线长的最小值为222-1=7.3.直线x-y+1=0与圆x2+y2=r2相交于A,B两点,且AB的长为2,则圆的半径为( )A.322B.62C.1 D.2解析:选B 圆心(0,0)到直线x-y+1=0的距离d=12.则r2=⎝⎛⎭⎪⎫12|AB|2+d2=32,r=62.4.(教材习题改编)若圆x2+y2=1与直线y=kx+2没有公共点,则实数k的取值范围是________.解析:由题意知21+k2>1,解得-3<k< 3.答案:(-3,3)5.已知两圆C1:x2+y2-2x+10y-24=0,C2:x2+y2+2x+2y-8=0,则两圆公共弦所在的直线方程是____________.解析:两圆相减即得x-2y+4=0.答案:x-2y+4=01.求圆的弦长问题,注意应用圆的几何性质解题,即用圆心与弦中点连线与弦垂直的性质,可用勾股定理或斜率之积为-1列方程来简化运算.2.对于圆的切线问题,要注意切线斜率不存在的情况.直线与圆的位置关系的判断典题导入[例1] (2012·陕西高考) 已知圆C:x2+y2-4x=0,l是过点P(3,0)的直线,则( ) A.l与C相交B.l与C相切C.l与C相离D.以上三个选项均有可能[自主解答] 将点P(3,0)的坐标代入圆的方程,得32+02-4×3=9-12=-3<0,所以点P(3,0)在圆内.故过点P的直线l定与圆C相交.[答案] A本例中若直线l 为“x -y +4=0”问题不变. 解:∵圆的方程为(x -2)2+y 2=4, ∴圆心(2,0),r =2. 又圆心到直线的距离为d =62=32>2.∴l 与C 相离.由题悟法判断直线与圆的位置关系常见的方法(1)几何法:利用圆心到直线的距离d 和圆半径r 的大小关系. (2)代数法:联立直线与圆的方程消元后利用Δ判断.(3)点与圆的位置关系法:若直线恒过定点且定点在圆内可判断直线与圆相交.以题试法1.(2012·哈师大附中月考)已知直线l 过点(-2,0),当直线l 与圆x 2+y 2=2x 有两个交点时,其斜率k 的取值范围是( )A .(-22,22)B .(-2,2)C.⎝ ⎛⎭⎪⎫-24,24D.⎝ ⎛⎭⎪⎫-18,18解析:选C 易知圆心坐标是(1,0),圆的半径是1,直线l 的方程是y =k (x +2),即kx -y +2k =0,根据点到直线的距离公式得|k +2k |k 2+1<1,即k 2<18,解得-24<k <24.直线与圆的位置关系的综合典题导入[例2] (1)(2012·广东高考)在平面直角坐标系xOy 中,直线3x +4y -5=0与圆x 2+y 2=4相交于A 、B 两点,则弦AB 的长等于( )A .3 3B .2 3 C. 3D .1(2)(2012·天津高考)设m ,n ∈R ,若直线(m +1)x +(n +1)y -2=0与圆(x -1)2+(y -1)2=1相切,则m +n 的取值范围是( )A .[1-3,1+ 3 ]B .(-∞,1- 3 ]∪[1+3,+∞)C .[2-22,2+2 2 ]D .(-∞,2-2 2 ]∪[2+22,+∞)[自主解答] (1)圆x 2+y 2=4的圆心(0,0),半径为2,则圆心到直线3x +4y -5=0的距离d =532+42=1.故|AB |=2r 2-d 2=24-1=2 3.(2)圆心(1,1)到直线(m +1)x +(n +1)y -2=0的距离为|m +n |m +12+n +12=1,所以m +n +1=mn ≤14(m +n )2,整理得[(m +n )-2]2-8≥0,解得m +n ≥2+22或m +n ≤2-2 2.[答案] (1)B (2)D由题悟法1.圆的弦长的常用求法:(1)几何法:设圆的半径为r ,弦心距为d ,弦长为l ,则⎝ ⎛⎭⎪⎫l 22=r 2-d 2.(2)代数方法:运用韦达定理及弦长公式: |AB |=1+k 2|x 1-x 2|=1+k2[x 1+x 22-4x 1x 2].[注意] 常用几何法研究圆的弦的有关问题.2.求过一点的圆的切线方程时,首先要判断此点与圆的位置关系,若点在圆内,无解;若点在圆上,有一解;若点在圆外,有两解.以题试法2.(2012·杭州模拟)直线y =kx +3与圆(x -2)2+(y -3)2=4相交于M ,N 两点,若|MN |≥23,则k 的取值范围是( )A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-34,0 B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-33,33 C .[-3, 3]D.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-23,0 解析:选B 如图,设圆心C (2,3)到直线y =kx +3的距离为d ,若|MN |≥23,则d 2=r 2-⎝ ⎛⎭⎪⎫12|MN |2≤4-3=1,即|2k |21+k 2≤1,解得-33≤k ≤ 33.圆与圆的位置关系典题导入[例3] (1)(2012·山东高考)圆(x +2)2+y 2=4与圆(x -2)2+(y -1)2=9的位置关系为( )A .内切B .相交C .外切D .相离(2)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|=________. [自主解答] (1)两圆圆心分别为(-2,0),(2,1),半径分别为2和3,圆心距d =42+1=17.∵3-2<d <3+2,∴两圆相交.(2)由题意可设两圆的方程为(x -r i )2+(y -r i )2=r 2i ,r i >0,i =1,2.由两圆都过点(4,1)得(4-r i )2+(1-r i )2=r 2i ,整理得r 2i -10r i +17=0,此方程的两根即为两圆的半径r 1,r 2,所以r 1r 2=17,r 1+r 2=10,则|C 1C 2|=r 1-r 22+r 1-r 22=2×r 1+r 22-4r 1r 2= 2×100-68=8.[答案] (1)B (2)8由题悟法两圆位置关系的判断常用几何法,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.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得到.以题试法3.(2012·青岛二中月考)若⊙O :x 2+y 2=5与⊙O 1:(x -m )2+y 2=20(m ∈R )相交于A 、B 两点,且两圆在点A 处的切线互相垂直,则线段AB 的长是________.解析:依题意得|OO 1|=5+20=5,且△OO 1A 是直角三角形,S △O O 1A =12·|AB |2·|OO 1|=12·|OA |·|AO 1|,因此|AB |=2·|OA |·|AO 1||OO 1|=2×5×255=4. 答案:4一、选择题1.(2012·人大附中月考)设m >0,则直线2(x +y )+1+m =0与圆x 2+y 2=m 的位置关系为( )A .相切B .相交C .相切或相离D .相交或相切解析:选C 圆心到直线l 的距离为d =1+m 2,圆半径为m .因为d -r =1+m 2-m =12(m-2m +1)=12(m -1)2≥0,所以直线与圆的位置关系是相切或相离.2.(2012·福建高考)直线x +3y -2=0与圆x 2+y 2=4相交于A ,B 两点,则弦AB 的长度等于( )A .2 5B .2 3 C. 3D .1解析:选B 因为圆心(0,0)到直线x +3y -2=0的距离为1,所以AB =24-1=2 3. 3.(2012·安徽高考)若直线x -y +1=0与圆(x -a )2+y 2=2有公共点,则实数a 的取值范围是( )A .[-3,-1]B .[-1,3]C .[-3,1]D .(-∞,-3]∪[1,+∞)解析:选C 欲使直线x -y +1=0与圆(x -a )2+y 2=2有公共点,只需使圆心到直线的距离小于等于圆的半径2即可,即|a -0+1|12+-12≤2,化简得|a +1|≤2,解得-3≤a ≤1.4.过圆x 2+y 2=1上一点作圆的切线与x 轴,y 轴的正半轴交于A ,B 两点,则|AB |的最小值为( )A. 2B. 3 C .2D .3解析:选C 设圆上的点为(x 0,y 0),其中x 0>0,y 0>0,则切线方程为x 0x +y 0y =1.分别令x =0,y =0得A ⎝⎛⎭⎪⎫1x 0,0,B ⎝⎛⎭⎪⎫0,1y,则|AB |=⎝ ⎛⎭⎪⎫1x 02+⎝ ⎛⎭⎪⎫1y 02=1x 0y 0≥1x 20+y 202=2.当且仅当x 0=y 0时,等号成立.5.(2013·兰州模拟)若圆x 2+y 2=r 2(r >0)上仅有4个点到直线x -y -2=0的距离为1,则实数r 的取值范围为( )A .(2+1,+∞)B .(2-1, 2+1)C .(0, 2-1)D .(0, 2+1)解析:选A 计算得圆心到直线l 的距离为22= 2>1,如图.直线l :x -y -2=0与圆相交,l 1,l 2与l 平行,且与直线l 的距离为1,故可以看出,圆的半径应该大于圆心到直线l 2的距离 2+1.6.(2013·临沂模拟)已知点P (x ,y )是直线kx +y +4=0(k >0)上一动点,PA ,PB 是圆C :x 2+y 2-2y =0的两条切线,A ,B 是切点,若四边形PACB 的最小面积是2,则k 的值为( )A. 2B.212C .2 2D .2解析:选D 圆心C (0,1)到l 的距离d =5k 2+1,所以四边形面积的最小值为2×⎝ ⎛⎭⎪⎫12×1×d 2-1=2,解得k 2=4,即k =±2. 又k >0,即k =2.7.(2012·朝阳高三期末)设直线x -my -1=0与圆(x -1)2+(y -2)2=4相交于A 、B 两点,且弦AB 的长为23,则实数m 的值是________.解析:由题意得,圆心(1,2)到直线x -my -1=0的距离d =4-3=1,即|1-2m -1|1+m 2=1,解得m =±33. 答案:±338.(2012·东北三校联考)若a ,b ,c 是直角三角形ABC 三边的长(c 为斜边),则圆C :x 2+y 2=4被直线l :ax +by +c =0所截得的弦长为________.解析:由题意可知圆C :x 2+y 2=4被直线l :ax +by +c =0所截得的弦长为 24-⎝ ⎛⎭⎪⎫c a 2+b 22,由于a 2+b 2=c 2,所以所求弦长为2 3. 答案:2 39.(2012·江西高考)过直线x +y -22=0上点P 作圆x 2+y 2=1的两条切线,若两条切线的夹角是60°,则点P 的坐标是________.解析:∵点P 在直线x +y -22=0上,∴可设点P (x 0,-x 0+22),且其中一个切点为M .∵两条切线的夹角为60°,∴∠OPM =30°.故在Rt △OPM 中,有OP =2OM =2.由两点间的距离公式得OP = x 20+-x 0+222=2,解得x 0= 2.故点P 的坐标是( 2, 2).答案:( 2, 2)10.(2012·福州调研)已知⊙M :x 2+(y -2)2=1,Q 是x 轴上的动点,QA ,QB 分别切⊙M 于A ,B 两点.(1)若|AB |=423,求|MQ |及直线MQ 的方程;(2)求证:直线AB 恒过定点.解:(1)设直线MQ 交AB 于点P ,则|AP |=223,又|AM |=1,AP ⊥MQ ,AM ⊥AQ ,得|MP |=12-89=13,又∵|MQ |=|MA |2|MP |,∴|MQ |=3.设Q (x,0),而点M (0,2),由x 2+22=3,得x =±5, 则Q 点的坐标为(5,0)或(-5,0).从而直线MQ 的方程为2x +5y -25=0或2x -5y +25=0.(2)证明:设点Q (q,0),由几何性质,可知A ,B 两点在以QM 为直径的圆上,此圆的方程为x (x -q )+y (y -2)=0,而线段AB 是此圆与已知圆的公共弦,相减可得AB 的方程为qx-2y +3=0,所以直线AB 恒过定点⎝ ⎛⎭⎪⎫0,32.11.已知以点C ⎝⎛⎭⎪⎫t ,2t (t ∈R ,t ≠0)为圆心的圆与x 轴交于点O 、A ,与y 轴交于点O 、B ,其中O 为原点.(1)求证:△AOB 的面积为定值;(2)设直线2x +y -4=0与圆C 交于点M 、N ,若|OM |=|ON |,求圆C 的方程. 解:(1)证明:由题设知,圆C 的方程为(x -t )2+⎝⎛⎭⎪⎫y -2t 2=t 2+4t2,化简得x 2-2tx +y 2-4ty =0,当y =0时,x =0或2t ,则A (2t,0); 当x =0时,y =0或4t,则B ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,4t ,所以S △AOB =12|OA |·|OB |=12|2t |·⎪⎪⎪⎪⎪⎪4t =4为定值. (2)∵|OM |=|ON |,则原点O 在MN 的中垂线上,设MN 的中点为H ,则CH ⊥MN , ∴C 、H 、O 三点共线,则直线OC 的斜率 k =2t t =2t 2=12,∴t =2或t =-2. ∴圆心为C (2,1)或C (-2,-1),∴圆C 的方程为(x -2)2+(y -1)2=5或(x +2)2+(y +1)2=5,由于当圆方程为(x +2)2+(y +1)2=5时,直线2x +y -4=0到圆心的距离d >r ,此时不满足直线与圆相交,故舍去,∴圆C 的方程为(x -2)2+(y -1)2=5.12.在平面直角坐标系xOy 中,已知圆x 2+y 2-12x +32=0的圆心为Q ,过点P (0,2),且斜率为k 的直线与圆Q 相交于不同的两点A 、B .(1)求k 的取值范围;(2)是否存在常数k ,使得向量OA +OB 与PQ 共线?如果存在,求k 值;如果不存在,请说明理由.解:(1)圆的方程可写成(x -6)2+y 2=4,所以圆心为Q (6,0).过P (0,2)且斜率为k 的直线方程为y =kx +2,代入圆的方程得x 2+(kx +2)2-12x +32=0,整理得(1+k 2)x 2+4(k -3)x +36=0.①直线与圆交于两个不同的点A 、B 等价于Δ=[4(k -3)]2-4×36(1+k 2)=42(-8k 2-6k )>0,解得-34<k <0,即k 的取值范围为⎝⎛⎭⎪⎫-34,0. (2)设A (x 1,y 1)、B (x 2,y 2)则OA +OB =(x 1+x 2,y 1+y 2), 由方程①得x 1+x 2=-4k -31+k2.② 又y 1+y 2=k (x 1+x 2)+4.③因P (0,2)、Q (6,0),PQ =(6,-2),所以OA +OB 与PQ 共线等价于-2(x 1+x 2)=6(y 1+y 2),将②③代入上式,解得k =-34. 而由(1)知k ∈⎝ ⎛⎭⎪⎫-34,0,故没有符合题意的常数k .1.已知两圆x 2+y 2-10x -10y =0,x 2+y 2+6x -2y -40=0,则它们的公共弦所在直线的方程为________________;公共弦长为________.解析:由两圆的方程x 2+y 2-10x -10y =0,x 2+y 2+6x -2y -40=0,相减并整理得公共弦所在直线的方程为2x +y -5=0.圆心(5,5)到直线2x +y -5=0的距离为105=25,弦长的一半为50-20=30,得公共弦长为230.答案:2x +y -5=0 2302.(2012·上海模拟)已知圆的方程为x 2+y 2-6x -8y =0,a 1,a 2,…,a 11是该圆过点(3,5)的11条弦的长,若数列a 1,a 2,…,a 11成等差数列,则该等差数列公差的最大值是________.解析:容易判断,点(3,5)在圆内部,过圆内一点最长的弦是直径,过该点与直径垂直的弦最短,因此,过(3,5)的弦中,最长为10,最短为46,故公差最大为10-4610=5-265.答案:5-2653.(2012·江西六校联考)已知抛物线C :y 2=2px (p >0)的准线为l ,焦点为F ,圆M 的圆心在x 轴的正半轴上,圆M 与y 轴相切,过原点O 作倾斜角为π3的直线n ,交直线l 于点A ,交圆M 于不同的两点O 、B ,且|AO |=|BO |=2.(1)求圆M 和抛物线C 的方程;(2)若P 为抛物线C 上的动点,求PM ,·PF ,的最小值;(3)过直线l 上的动点Q 向圆M 作切线,切点分别为S 、T ,求证:直线ST 恒过一个定点,并求该定点的坐标.解:(1)易得B (1,3),A (-1,-3),设圆M 的方程为(x -a )2+y 2=a 2(a >0), 将点B (1,3)代入圆M 的方程得a =2,所以圆M 的方程为(x -2)2+y 2=4,因为点A (-1,-3)在准线l 上,所以p2=1,p =2,所以抛物线C 的方程为y 2=4x .(2)由(1)得,M (2,0),F (1,0),设点P (x ,y ),则PM ,=(2-x ,-y ),PF ,=(1-x ,-y ),又点P 在抛物线y 2=4x 上,所以PM ,·PF ,=(2-x )(1-x )+y 2=x 2-3x +2+4x=x 2+x +2,因为x ≥0,所以PM ,·PF ,≥2,即PM ,·PF ,的最小值为2.(3)证明:设点Q (-1,m ),则|QS |=|QT |=m 2+5,以Q 为圆心,m 2+5为半径的圆的方程为(x +1)2+(y -m )2=m 2+5,即x 2+y 2+2x -2my -4=0,①又圆M 的方程为(x -2)2+y 2=4,即x 2+y 2-4x =0,②由①②两式相减即得直线ST 的方程3x -my -2=0,显然直线ST 恒过定点⎝ ⎛⎭⎪⎫23,0.1.两个圆:C 1:x 2+y 2+2x +2y -2=0与C 2:x 2+y 2-4x -2y +1=0的公切线有且仅有( )A .1条B .2条C .3条D .4条解析:选B 由题知C 1:(x +1)2+(y +1)2=4,则圆心C 1(-1,-1),C 2:(x -2)2+(y-1)2=4,圆心C 2(2,1),两圆半径均为2,又|C 1C 2|=2+12+1+12=13<4,则两圆相交⇒只有两条外公切线.2.(2012·江苏高考)在平面直角坐标系xOy 中,圆C 的方程为x 2+y 2-8x +15=0,若直线y =kx -2上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C 有公共点,则k 的最大值是________.解析:设圆心C (4,0)到直线y =kx -2的距离为d ,则d =|4k -2|k 2+1,由题意知,问题转化为d ≤2,即d =|4k -2|k 2+1≤2,得0≤k ≤43,所以k max =43. 答案:433.过点(-1,-2)的直线l 被圆x 2+y 2-2x -2y +1=0截得的弦长为 2,则直线l 的斜率为________.解析:将圆的方程化成标准方程为(x -1)2+(y -1)2=1,其圆心为(1,1),半径r =1.由弦长为2得弦心距为22.设直线方程为y +2=k (x +1),即kx -y +k -2=0,则|2k -3|k 2+1=22,化简得7k 2-24k +17=0,得k =1或k =177. 答案:1或1774.圆O 1的方程为x 2+(y +1)2=4,圆O 2的圆心为O 2(2,1).(1)若圆O 2与圆O 1外切,求圆O 2的方程;(2)若圆O 2与圆O 1交于A 、B 两点,且|AB |=22,求圆O 2的方程.解:(1)设圆O 2的半径为r 2,∵两圆外切,∴|O 1O 2|=r 1+r 2,r 2=|O 1O 2|-r 1=2(2-1),故圆O 2的方程是(x -2)2+(y -1)2=4(2-1)2.(2)设圆O 2的方程为(x -2)2+(y -1)2=r 22,又圆O 1的方程为x 2+(y +1)2=4,此两圆的方程相减,即得两圆公共弦AB 所在直线的方程:4x +4y +r 22-8=0.因为圆心O 1(0,-1)到直线AB 的距离为 |r 22-12|42= 4-⎝ ⎛⎭⎪⎫2222=2,解得r 22=4或r 22=20.故圆O 2的方程为(x -2)2+(y -1)2=4或(x -2)2+(y -1)2=20.。