第九章 第二节 第3课时 深化提能——与圆有关的综合问题
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第3课时深化提能——与圆有关的综合问题
圆的方程是高中数学的一个重要知识点,高考中,除了圆的方程的求法外,圆的方程
与其他知识的综合问题也是高考考查的热点,常涉及轨迹问题和最值问题.解决此类问题
的关键是数形结合思想的运用.
与圆有关的轨迹问题
[典例]已知圆x
2+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x2+y2+(x-1)2+(y-1)2=4.
故线段PQ中点的轨迹方程为x2+y2-x-y-1=0.
[方法技巧]求与圆有关的轨迹问题的4种方法
[针对训练]
1.(2019·厦门双十中学月考)点P(4,-2)与圆x
2+y2
=4上任意一点连接的线段的中点
的轨迹方程为()
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
解析:选A设中点为A(x,y),圆上任意一点为B(x′,y′),由题意得,
x′+4=2x,
y′-2=2y,
则x′=2x-4,y′=2y+2,故(2x-4)2+(2y+2)2=4,化简得,(x-2)2+(y+1)2=1,故选A.
2.已知点P(2,2),圆C:x
2+y2
-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M的轨迹方程;
(2)当|OP|=|OM|时,求l的方程及△POM的面积.
解:(1)圆C的方程可化为x2+(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).
由题设知CM―→·MP―→=0,
故x(2-x)+(y-4)(2-y)=0,
即(x-1)2+(y-3)2=2.
由于点P在圆C的内部,
所以M的轨迹方程是(x-1)2+(y-3)2=2.
(2)由(1)可知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l的斜率为-13,
故l的方程为x+3y-8=0.
又|OM|=|OP|=22,O到l的距离为4105,
所以|PM|=4105,S△POM=12×4105×4105=165,
故△POM的面积为
16
5
.
与圆有关的最值或范围问题
[例1](2019·兰州高三诊断)已知圆C:(x-1)
2+(y-4)2
=10和点M(5,t),若圆C上
存在两点A,B使得MA⊥MB,则实数t的取值范围是()
A.[-2,6]B.[-3,5]
C.[2,6]D.[3,5]
[解析]法一:当MA,MB是圆C的切线时,∠AMB取得最大值.若
圆C上存在两点A,B使得MA⊥MB,则MA,MB是圆C的切线时,
∠AMB≥90°,∠AMC≥45°,且∠AMC<90°,如图,所以|MC|=
5-12+t-42≤10sin45°=20
,所以16+(t-4)2≤20,所以2≤t≤6,
故选C.
法二:由于点M(5,t)是直线x=5上的点,圆心的纵坐标为4,所以实数t的取值范围