2018届高考数学二轮复习(理)专题六 直线、圆、圆锥曲线 6.1 直线与圆 新课标 课件
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第1讲 直线与圆考查重点是直线间的平行和垂直的条件、与距离有关的问题.直线与圆的位置关系(特别是弦长问题),此类问题难度属于中低档,一般以选择题、填空题的形式出现.热点一 直线的方程及应用 1.两条直线平行与垂直的判定若两条不重合的直线l 1,l 2的斜率k 1,k 2存在,则l 1∥l 2⇔k 1=k 2,l 1⊥l 2⇔k 1k 2=-1.若给出的直线方程中存在字母系数,则要考虑斜率是否存在. 2.求直线方程要注意几种直线方程的局限性.点斜式、两点式、斜截式要求直线不能与x 轴垂直,而截距式方程不能表示过原点的直线,也不能表示垂直于坐标轴的直线. 3.两个距离公式(1)两平行直线l 1:Ax +By +C 1=0,l 2:Ax +By +C 2=0间的距离d =|C 1-C 2|A 2+B 2(A 2+B 2≠0). (2)点(x 0,y 0)到直线l :Ax +By +C =0的距离公式d =|Ax 0+By 0+C |A 2+B 2(A 2+B 2≠0).例1 (1)(2017届湖南省长郡中学、衡阳八中等十三校重点中学联考)“a =2”是“直线ax +y -2=0与直线2x +()a -1y +4=0平行”的()A .充要条件B .充分不必要条件C .必要不充分条件D .既不充分也不必要条件答案 A解析 由ax +y -2=0与直线2x +()a -1y +4=0平行,得a ()a -1=2,∴a =-1,a =2.经检验当a =-1时,两直线重合(舍去).∴“a =2”是“直线ax +y -2=0与直线2x +()a -1y +4=0平行”的充要条件.(2)(2017届南京、盐城模拟)在平面直角坐标系xOy 中,直线l 1:kx -y +2=0与直线l 2:x +ky -2=0相交于点P ,则当实数k 变化时,点P 到直线x -y -4=0的距离的最大值为________.答案 3 2解析 由题意,得直线l 1:kx -y +2=0的斜率为k ,且经过点A ()0,2,直线l 2:x +ky -2=0的斜率为-1k,且经过点B ()2,0,且直线l 1⊥l 2,所以点P 落在以AB 为直径的圆C 上,其中圆心坐标为C ()1,1,半径为r =2, 则圆心到直线x -y -4=0的距离为d =||1-1-42=22,所以点P 到直线x -y -4=0的最大距离为d +r =22+2=3 2.思维升华 (1)求解两条直线的平行或垂直问题时要考虑斜率不存在的情况. (2)对解题中可能出现的特殊情况,可用数形结合的方法分析研究.跟踪演练1 (1)已知直线l 1:ax +()a +2y +1=0,l 2:x +ay +2=0,其中a ∈R ,则“a =-3”是“l 1⊥l 2”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 直线l 1⊥l 2的充要条件是a +()a +2a =0, ∴a ()a +3=0,∴a =0或a =-3.故选A.(2)已知两点A (3,2)和B (-1,4)到直线mx +y +3=0的距离相等,则m 的值为( ) A .0或-12B.12或-6 C .-12或12D .0或12答案 B解析 依题意,得|3m +5|m 2+1=|-m +7|m 2+1,所以|3m +5|=|m -7|. 所以(3m +5)2=(m -7)2, 整理得2m 2+11m -6=0. 所以m =12或m =-6.热点二 圆的方程及应用 1.圆的标准方程当圆心为(a ,b ),半径为r 时,其标准方程为(x -a )2+(y -b )2=r 2,特别地,当圆心在原点时,方程为x 2+y 2=r 2. 2.圆的一般方程x 2+y 2+Dx +Ey +F =0,其中D 2+E 2-4F >0,表示以⎝ ⎛⎭⎪⎫-D 2,-E 2为圆心,D 2+E 2-4F 2为半径的圆.例2 (1)(2017·海口调研)已知圆M 与直线3x -4y =0及3x -4y +10=0都相切,圆心在直线y =-x -4上,则圆M 的方程为( )A.()x +32+()y -12=1B.()x -32+()y +12=1C.()x +32+()y +12=1D.()x -32+()y -12=1答案 C解析 到两直线3x -4y =0及3x -4y +10=0的距离都相等的直线方程为3x -4y +5=0,联立方程组⎩⎪⎨⎪⎧3x -4y +5=0,y =-x -4,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =-3,y =-1.两平行线之间的距离为2,所以半径为1,从而圆M 的方程为()x +32+()y +12=1.故选C.(2)(2017·百校联盟质检)若圆C 过点()0,-1,()0,5,且圆心到直线x -y -2=0的距离为22,则圆C 的标准方程为______________.答案 x 2+()y -22=9或()x -82+()y -22=73解析 由题意可设圆心C ()a ,2,则||a -2-22=22⇒a =0或a =8,所以半径等于0+32或82+32,即圆C 的标准方程为x 2+()y -22=9或()x -82+()y -22=73. 思维升华 解决与圆有关的问题一般有两种方法(1)几何法,通过研究圆的性质、直线与圆、圆与圆的位置关系,进而求得圆的基本量和方程. (2)代数法,即用待定系数法先设出圆的方程,再由条件求得各系数. 跟踪演练2 (1)圆心为()4,0且与直线3x -y =0相切的圆的方程为( ) A.()x -42+y 2=1B.()x -42+y 2=12C.()x -42+y 2=6D.()x +42+y 2=9答案 B解析 由题意可知,圆的半径为点到直线的距离, 即r =d =||3×4-03+1=2 3 ,结合圆心坐标可知,圆的方程为()x -42+y 2=12 .(2)(2016·浙江)已知a ∈R ,方程a 2x 2+(a +2)y 2+4x +8y +5a =0表示圆,则圆心坐标是____________,半径是________.答案 (-2,-4) 5解析 由已知方程表示圆,则a 2=a +2, 解得a =2或a =-1.当a =2时,方程不满足表示圆的条件,故舍去. 当a =-1时,原方程为x 2+y 2+4x +8y -5=0, 化为标准方程为(x +2)2+(y +4)2=25,表示以(-2,-4)为圆心,5为半径的圆. 热点三 直线与圆、圆与圆的位置关系1.直线与圆的位置关系:相交、相切和相离,判断的方法主要有点线距离法和判别式法.(1)点线距离法:设圆心到直线的距离为d ,圆的半径为r ,则d <r ⇔直线与圆相交,d =r ⇔直线与圆相切,d >r ⇔直线与圆相离.(2)判别式法:设圆C :(x -a )2+(y -b )2=r 2,直线l :Ax +By +C =0,方程组⎩⎪⎨⎪⎧Ax +By +C =0,(x -a )2+(y -b )2=r 2消去y ,得到关于x 的一元二次方程,其根的判别式为Δ,则直线与圆相离⇔Δ<0,直线与圆相切⇔Δ=0,直线与圆相交⇔Δ>0. 2.圆与圆的位置关系有五种,即内含、内切、相交、外切、外离.设圆C 1:(x -a 1)2+(y -b 1)2=r 21,圆C 2:(x -a 2)2+(y -b 2)2=r 22,两圆心之间的距离为d ,则圆与圆的五种位置关系的判断方法如下: (1)d >r 1+r 2⇔两圆外离. (2)d =r 1+r 2⇔两圆外切. (3)|r 1-r 2|<d <r 1+r 2⇔两圆相交. (4)d =|r 1-r 2|(r 1≠r 2)⇔两圆内切. (5)0≤d <|r 1-r 2|(r 1≠r 2)⇔两圆内含.例3 (1)(2017·保定模拟)若直线x +y =0与圆x 2+()y -a 2=1相切,则a 的值为( )A .1B .±1 C. 2 D .± 2答案 D解析 圆x 2+()y -a 2=1的圆心坐标为()0,a ,半径为1,因为直线x +y =0与圆x 2+()y -a 2=1相切,所以圆心()0,a 到直线的距离d =r ,即||a 2=1,解得a =±2,故选D.(2)(2017·银川模拟)已知圆C 1:x 2+y 2=4,圆C 2:x 2+y 2+6x -8y +16=0,则圆C 1和圆C 2的位置关系是( ) A .相离 B .外切 C .相交 D .内切答案 B解析 化圆C 2的方程为(x +3)2+(y -4)2=9,则圆C 1与C 2的圆心距为32+42=5=r 1+r 2,所以圆C 1和圆C 2外切,故选B.思维升华 (1)讨论直线与圆及圆与圆的位置关系时,要注意数形结合,充分利用圆的几何性质寻找解题途径,减少运算量.(2)圆上的点与圆外点的距离的最值问题,可以转化为圆心到点的距离问题;圆上的点与直线上点的距离的最值问题,可以转化为圆心到直线的距离问题;圆上的点与另一圆上点的距离的最值问题,可以转化为圆心到圆心的距离问题. 跟踪演练3 (1)(2017·深圳调研)直线l :kx +y +4=0()k ∈R 是圆C :x 2+y 2+4x -4y +6=0的一条对称轴,过点A ()0,k 作斜率为1的直线m ,则直线m 被圆C 所截得的弦长为 ( )A.22B. 2C. 6 D .2 6答案 C解析 由l :kx +y +4=0()k ∈R 是圆C :x 2+y 2+4x -4y +6=0的一条对称轴知,直线l 必过圆心()-2,2,因此k =3.则过点A ()0,k ,斜率为1的直线m 的方程为y =x +3,圆心到直线的距离d =||-2-2+32=22,所以弦长等于2r 2-d 2=22-12=6,故选C. (2)(2017·西宁复习检测)如果圆()x -a 2+()y -a 2=8上总存在到原点的距离为2的点,则实数a 的取值范围是( )A.()-3,-1∪()1,3B.()-3,3C.[]-1,1D.[]-3,-1]∪[1,3答案 D解析 圆心()a ,a 到原点的距离为||2a ,半径r =22,圆上的点到原点的距离为d .因为圆()x -a 2+()y -a 2=8上总存在点到原点的距离为2,则圆()x -a 2+()y -a 2=8与圆x 2+y 2=2有公共点,r ′=2,∴r -r ′≤||2a ≤r +r ′,即1≤||a ≤3,解得1≤a ≤3或-3≤a ≤-1,所以实数a 的取值范围是[]-3,-1]∪[1,3, 故选D.真题体验1.(2016·山东改编)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________. 答案 相交解析 ∵圆M :x 2+(y -a )2=a 2, ∴圆心坐标为M (0,a ),半径r 1为a , 圆心M 到直线x +y =0的距离d =|a |2,由几何知识得⎝ ⎛⎭⎪⎫|a |22+(2)2=a 2,解得a =2.∴M (0,2),r 1=2.又圆N 的圆心坐标为N (1,1),半径r 2=1, ∴|MN |=(1-0)2+(1-2)2= 2. 又r 1+r 2=3,r 1-r 2=1,∴r 1-r 2<|MN |<r 1+r 2,∴两圆相交.2.(2016·上海)已知平行直线l 1:2x +y -1=0,l 2:2x +y +1=0,则l 1,l 2的距离是________. 答案2553.(2016·全国Ⅰ)设直线y =x +2a 与圆C :x 2+y 2-2ay -2=0相交于A ,B 两点,若|AB |=23,则圆C 的面积为________. 答案 4π解析 圆C :x 2+y 2-2ay -2=0,即C :x 2+(y -a )2=a 2+2,圆心为C (0,a ),C 到直线y =x +2a 的距离d =|0-a +2a |2=|a |2.又由|AB |=23, 得⎝⎛⎭⎪⎫2322+⎝ ⎛⎭⎪⎫|a |22=a 2+2,解得a 2=2, 所以圆的面积为π(a 2+2)=4π. 押题预测1.已知圆C 关于y 轴对称,经过点(1,0)且被x 轴分成的两段弧长比为1∶2,则圆C 的方程为( ) A.⎝ ⎛⎭⎪⎫x ±332+y 2=43 B.⎝⎛⎭⎪⎫x ±332+y 2=13 C .x 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫y ±332=43 D .x 2+⎝⎛⎭⎪⎫y ±332=13押题依据 直线和圆的方程是高考的必考点,经常以选择题、填空题的形式出现,利用几何法求圆的方程也是数形结合思想的应用. 答案 C解析 由已知得圆心在y 轴上,且被x 轴所分劣弧所对的圆心角为2π3.设圆心坐标为(0,a ),半径为r ,则r sinπ3=1,r cos π3=|a |,解得r =23, 即r 2=43,|a |=33,即a =±33,故圆C 的方程为x 2+⎝ ⎛⎭⎪⎫y ±332=43. 2.设m ,n 为正实数,若直线(m +1)x +(n +1)y -4=0与圆x 2+y 2-4x -4y +4=0相切,则mn ( ) A .有最小值1+2,无最大值 B .有最小值3+22,无最大值C .有最大值3+22,无最小值D .有最小值3-22,最大值3+2 2押题依据 直线与圆的位置关系是高考命题的热点,本题与基本不等式结合考查,灵活新颖,加之直线与圆的位置关系本身承载着不等关系,因此此类题在高考中出现的可能性很大. 答案 B解析 由直线(m +1)x +(n +1)y -4=0与圆(x -2)2+(y -2)2=4相切,可得2|m +n |(m +1)2+(n +1)2=2,整理得m +n +1=mn .由m ,n 为正实数可知,m +n ≥2mn ,令t =mn ,则2t +1≤t 2,因为t >0,所以t ≥1+2,所以mn ≥3+2 2.故mn 有最小值3+22,无最大值.故选B.3.若圆x 2+y 2=4与圆x 2+y 2+ax +2ay -9=0(a >0)相交,公共弦的长为22,则a =________. 押题依据 本题已知公共弦长,求参数的范围,情境新颖,符合高考命题的思路. 答案102解析 联立两圆方程⎩⎪⎨⎪⎧x 2+y 2=4,x 2+y 2+ax +2ay -9=0,可得公共弦所在直线方程为ax +2ay -5=0, 故圆心(0,0)到直线ax +2ay -5=0的距离为 |-5|a 2+4a2=5a(a >0).故222-⎝⎛⎭⎪⎫5a 2=22, 解得a 2=52,因为a >0,所以a =102.A 组 专题通关1.(2017·河南省郑州市第一中学调研)点()3,4在直线l :ax -y +1=0上,则直线l 的倾斜角为( ) A .30° B .45° C .60° D .120°答案 C解析 将点()3,4代入直线方程,求得a = 3 ,所以直线l :3x -y +1=0 ,斜率k = 3 ,所以倾斜角为60°,故选C.2.(2017届吉林大学附属中学模拟)若3π2<α<2π,则直线x cos α+y sin α=1必不经过( )A .第一象限B .第二象限C .第三象限D .第四象限答案 B解析 令x =0,得y =sin α<0,令y =0,得x =cos α>0,直线过(0,sin α),(cos α,0)两点,因而直线不过第二象限.故选B.3.直线l 与两条直线y =1,x -y -7=0分别交于P ,Q 两点,线段PQ 的中点坐标为(1,-1),那么直线l 的斜率是( ) A.23 B.32 C .-23D .-32答案 C解析 设P (a,1) ,Q (b ,b -7) ,所以⎩⎪⎨⎪⎧a +b 2=1,1+b -72=-1,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =-2,b =4,所以P (-2,1),Q (4,-3),所以直线l 的斜率k =1-(-3)-2-4=-23,故选C.4.(2017·湖北省六校联合体联考)过点P ()1,2的直线与圆x 2+y 2=1相切,且与直线ax +y -1=0垂直,则实数a 的值为( )A .0B .-43C .0或43D.43答案 C解析 当a =0时,直线ax +y -1=0,即直线y =1,此时过点P ()1,2且与直线y =1垂直的直线为x =1,而x =1与圆相切,满足题意,所以a =0成立;当a ≠0时,过点P ()1,2且与直线ax +y -1=0垂直的直线斜率为1a,可设该直线方程为y -2=1a ()x -1,即x -ay +2a -1=0,再根据直线与圆相切,即圆心到直线距离为1,可得||2a -1a 2+1=1,解得a =43.所以a =0或43.故选C.5.(2017·广西陆川县中学知识竞赛)已知圆C 1:x 2+y 2-2x -4y -4=0与圆C 2:x 2+y 2+4x -10y +25=0相交于A ,B 两点,则线段AB 的垂直平分线的方程为( )A .x +y -3=0B .x -y +3=0C .x +3y -1=0D .3x -y +1=0答案 A解析 由题设可知,线段AB 的垂直平分线过两圆的圆心C 1(1,2),C 2(-2,5),由此可得kC 1C 2=5-2-2-1=-1,故由点斜式方程可得y -2=-(x -1),即x +y -3=0,故选A.6.(2017届唐山模拟)在平面直角坐标系xOy 中,圆O 的方程为x 2+y 2=4,直线l 的方程为y =k ()x +2,若在圆O上至少存在三点到直线l 的距离为1,则实数k 的取值范围是( ) A.⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,33 B.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-33,33 C.⎣⎢⎡⎦⎥⎤-12,12D.⎣⎢⎡⎦⎥⎤0,12 答案 B解析 根据直线与圆的位置关系可知,若圆O: x 2+y 2=4上至少存在三点到直线l: y =k ()x +2的距离为1,则圆心()0,0到直线kx -y +2k =0的距离d 应满足d ≤1,即||2k k 2+1≤1,解得k 2≤13,即-33≤k ≤33,故选B.7.(2017·武汉调研)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 的取值范围为( ) A .[-2,6] B .[-3,5] C .[2,6] D .[3,5]答案 C解析 过点M 作圆的两条切线,切点分别为A ,B ,连接AC ,BC ,MC ,若圆C 上存在两点A ,B ,使得MA ⊥MB ,只需∠AMC ≥45°,sin∠AMC =10(5-1)2+(t -4)2≥22,解得2≤t ≤6,故选C. 8.(2017届上海市黄浦区模拟)若关于x ,y 的方程组⎩⎪⎨⎪⎧ax +y -1=0,4x +ay -2=0有无数多组解,则实数a =________.答案 2解析 当a =0时, ⎩⎪⎨⎪⎧x =12,y =1,不合题意;当a ≠0时,由a 4=1a =-1-2,解得a =2.综上可知, a =2.9.(2017届安徽省马鞍山市质检)已知A ()0,0, B ()2,-4,C ()4,2,线段AD 是△ABC 外接圆的直径,则点D 的坐标是__________. 答案()6,-2解析 设D ()x ,y ,因为B ()2,-4, C ()4,2在圆周上且AD 是△ABC 外接圆的直径,所以k BA ·k BD =-1=-42×-4-y 2-x ,k CA ·k CD =-1=24×2-y4-x, 解得x =6,y =-2,所以点D 的坐标是()6,-2. 10.以坐标原点O 为圆心,且与直线x +y +2=0相切的圆的方程是________________,圆O 与圆x 2+y 2-2y -3=0的位置关系是________. 答案 x 2+y 2=2 相交解析 由题意所求圆的半径等于原点O 到直线x +y +2=0的距离,即r =21+1=2,则所求圆的方程是x 2+y 2=2.因为圆O 与圆x 2+y 2-2y -3=0的圆心和半径分别为O (0,0),r 1=2,C 2(0,1),r 2=2,r 1+r 2=2+2,r 2-r 1=2-2,所以r 2-r 1<|OC 2|=1<r 1+r 2,故两圆的位置关系是相交.11.(2017届四川省绵阳市诊断性考试)过定点M 的直线:kx -y +1-2k =0与圆(x +1)2+(y -5)2=9相切于点N ,则|MN |=________. 答案 4解析 由直线kx -y +1-2k =0,即y -1=k (x -2), 直线经过定点M (2,1).又圆(x +1)2+(y -5)2=9, 则圆心坐标为C (-1,5),半径r =3, 所以|MC |=(2+1)2+(1-5)2=5, 所以|MN |=|MC |2-r 2=52-32=4.12.设圆C 满足:①截y 轴所得弦长为2;②被x 轴分成两段圆弧,其弧长的比为3∶1;③圆心到直线l: x -2y =0的距离为d .当d 最小时,圆C 的面积为________. 答案 2π解析 如图,设圆心坐标为C ()a ,b ,则⎩⎨⎧r 2=a 2+1,r =2||b ⇒2b 2=a 2+1,所以圆心C ()a ,b 到直线x -2y =0的距离d =||a -2b 5,故d 2=()a -2b 25=15()a 2+4b 2-4ab . 由于a 2+b 2≥2ab ⇒-4ab ≥-2a 2-2b 2, 故d 2=15()a 2+4b 2-4ab≥15()2b 2-a 2=15(当且仅当a =b 时取等号), 此时r 2=a 2+1=2,故圆的面积S =πr 2=2π.B 组 能力提高13.(2017·广州市综合测试)已知三条直线2x -3y +1=0, 4x +3y +5=0, mx -y -1=0不能构成三角形,则实数m 的取值集合为( )A.⎩⎨⎧⎭⎬⎫-43,23 B.⎩⎨⎧⎭⎬⎫43,-23 C.⎩⎨⎧⎭⎬⎫-43,23,43 D.⎩⎨⎧⎭⎬⎫-43,-23,23 答案 D解析 因为三条直线2x -3y +1=0, 4x +3y +5=0, mx -y -1=0不能构成三角形,所以直线mx -y -1=0与2x -3y +1=0, 4x +3y +5=0平行,或者直线mx -y -1=0过2x -3y +1=0与4x +3y +5=0的交点.当直线mx -y -1=0与2x -3y +1=0, 4x +3y +5=0分别平行时, m =23或-43;当直线mx -y -1=0过2x -3y +1=0与4x +3y +5=0的交点时, m =-23. 所以实数m 的取值集合为⎩⎨⎧⎭⎬⎫-43,-23,23,故选D. 14.(2017届南昌模拟)若对圆()x -12+()y -12=1上任意一点P ()x ,y , ||3x -4y +a ||+3x -4y -9的取值与x ,y 无关,则实数a 的取值范围是( )A .a ≤-4B .-4≤a ≤6C .a ≤-4或a ≥6D .a ≥6 答案 D解析 ||3x -4y -9表示圆上的点到直线l 1: 3x -4y -9=0的距离的5倍, ||3x -4y +a 表示圆上的点到直线l 2: 3x -4y +a =0的距离的5倍,所以||3x -4y +a ||+3x -4y -9的取值与x ,y 无关,即圆上的点到直线l 1,l 2距离和与圆上点的位置无关,所以直线3x -4y +a =0与圆相离或相切,并且l 1和l 2在圆的两侧,所以d =||3-4+a 5≥1,并且a >0,解得a ≥6,故选D.15.(2017届广西南宁模拟)过动点M 作圆()x -22+()y -22=1的切线MN ,其中N 为切点,若||MN =||MO (O 为坐标原点),则||MN 的最小值是____________.答案 728解析 由圆的方程可得圆心C 的坐标为(2,2),半径为1.由M (a ,b ),可得|MN |2=(a -2)2+(b -2)2-12=a 2+b 2-4a -4b +7,|MO|2=a2+b2.由|MN|=|MO|,得a2+b2-4a-4b+7=a2+b2,整理得4a+4b-7=0.∴a,b满足的关系式为4a+4b-7=0.求|MN|的最小值,就是求|MO|的最小值.在直线4a+4b-7=0上取一点到原点距离最小,由“垂线段最短”得直线OM垂直于直线4a+4b-7=0,由点到直线的距离公式,得MN的最小值为||742+42=7 28.16.在平面直角坐标系xOy中,圆C:(x+2)2+(y-m)2=3.若圆C存在以G为中点的弦AB,且AB=2GO,则实数m 的取值范围是______________.答案[-2,2]解析由于圆C存在以G为中点的弦AB,且AB=2GO,所以OA⊥OB,如图,过点O作圆C的两条切线,切点分别为B,D,圆上要存在满足题意的点A,只需∠BOD≥90°,即∠COB≥45°,连接CB,∵CB⊥OB,由于C(-2,m),|CO|=m2+4,|CB|=3,由sin∠COB=|CB||CO|=3m2+4≥sin45°=22,解得-2≤m≤ 2.。