人教A版数学必修二4-2-1《直线与圆的位置关系》学案
高中数学 4.2.1 直线与圆的位置关系导学案 新人教A版必修2
4.2.1 直线与圆的位置关系【学习目标】1理解直线与圆的几种位置关系2.会用点到直线的距离公式判断直线和圆的位置关系（几何法）。
3.会用方程组有无解判断直线与圆的位置关系（代数法）【学习重点，难点】重点：几何法判断直线与圆的位置关系难点：代数法判断直线与圆的位置关系【学习过程】一、自主学习：预习教材P126-P1281.把圆的标准方程r b y a x 222)()(=+--整理为圆的一般方程 把圆的一般方程022=++++F Ey Dx y x 整理为圆的标准方程2.一个小岛的周围有环岛暗礁，暗礁分布在以小岛中心为圆心，半径为30km 圆形区域，已知小岛中心位于轮船正西70km 处，港口位于小岛中心正北40km 处。
如果轮船沿直线返港，它是否会有触礁危险?3.直线与圆的位置关系有哪几种？怎么判断它们之间的位置关系?二、合作探究1.已知直线L:3x+y-6=0,圆C ：,04222=--+y y x 判断直线L 与圆C 的位置关系，如果相交，求出它们的交点坐标。
2.已知过点M （-3，-3）的直线L 被圆021422=-++y y x 所截得的弦长为54。
求直线L 的方程。
三、交流展示1.判断直线3x+4y+2=0与圆0222=-+x y x 的位置关系2.已知 直线L ：y=x+6，圆C:04222=--+y y x 。
判断直线与圆有无公共点。
3.求直线3x-y-6=0被圆04222=--+y x y x 截得的弦AB 的长。
四、课堂检测1．直线3x-4y+6=0与圆4)3()2(22=+--y x 的位置关系（ ） A.相切 B 。
相离 C.过圆心 D.相交不过圆心2．若直线x+y+m=0与圆m y x =+22相切，则m 的值（ ）A.0或2B.2C.2D.不存在3.过点M （2,2）的圆822=+y x 的切线方程4.圆1622=+y x 上的点到直线x-y-3=0距离的最大值是学习反思:作业：。
人教A版高中数学必修2第四章 圆与方程4.2 直线、圆的位置关系教案(1)
教学设计课题：§4.2.1直线与圆的位置关系（第1课时）课题: §4.2.1直线与圆的位置关系（第1课时）【教材分析】直线与圆的位置关系是必修2第4章第2节第一课时内容，是继直线方程、圆的方程之后，研究解析几何曲线与曲线之间位置关系的重要课题之一。
从知识体系上看，它安排在“点和圆的位置关系”之后，“圆与圆的位置关系”之前；从数学思想方法上看，它运用运动变化的观点揭示了知识的发生过程及相关知识间的联系。
因此，直线与圆的位置关系在圆的一章中起到承上启下的作用。
直线与圆的位置关系判断的方法、建立过程中蕴涵着诸多的数学思想方法，“坐标法”研究直线与圆的位置关系是对圆的方程应用的延续和拓展，又是后续研究圆与圆的位置关系和直线与圆锥曲线的位置关系等内容的基础。
【学情分析】(1)知识储备学生在初中平面几何部分已经学习了直线与圆的位置关系，知道可以利用直线与圆的交点的个数以及圆心与直线的距离d与半径r的大小，判断直线与圆的位置关系。
通过数学文化渗透引导学生感受解析几何产生的背景和价值，为学生感受用代数方法解决几何问题的解析几何思想，为本节课的重点用“坐标法”解决平面解析几何问题做好铺垫。
(2)心理特征上课班级为高级中学理科平行班的学生。
根据高级中学已有学生的数学素养和高一学生的认知特点及心理特征，确定本节课的情感目标为让学生感受数学思想文化的价值。
引导学生感受源远流长的数学文化背景，体会代数方法解决几何问题的奇妙，感受代数与几何对立统一的关系。
博大精深的数学文化可以恰如到好处的满足学生的心理需求，同时在意识领域让学生从数学文化背景中感受古人的智慧，膜拜古人持之以恒追求知识的精神，可以进一步激发学生对知识的渴望、对伟大数学家的仰望和敬意。
而高一阶段的学生逻辑思维较初中学生有了大部分的提升，同时学生的观察能力、想象能力在迅速发展。
这个年龄的学生好奇心强、喜欢表现，注意力容易分散，教师采用生动形象、形式多样的教学方法使学生广泛的、积极主动的参与到教学中，引发学生的兴趣，使他们的注意力始终集中在课堂上。
人教A版高中数学必修2 4.2.1直线与圆的位置关系教学设计
《普通高中课程标准实验教科书·数学（A版）》必修2第四章教学设计《4.2.1 直线与圆的位置关系》教学设计【教学目标】知识与技能（1）理解直线与圆的三种位置关系；（2）会用代数法和几何法来判定直线与圆的三种位置关系；（3）能解决与弦有关的一些问题；过程与方法（1）经历知识的建构过程，培养学生独立思考，自主探究，动手实践，合作交流的学习方式；（2）强化学生用解析法解决几何问题的意识，培养学生分析问题和灵活解决问题的能力；情感态度与价值观让学生通过观察图形，理解并掌握直线与圆的位置关系，培养学生数形结合的思想；【重点难点】1、重点：直线与圆的位置关系及其判断方法、解决与弦有关的一些问题；2、难点：体会和理解代数法解决几何问题的数学思想；【教学方法】合作交流,自主探究【教学用具】多媒体【教学过程】一、实例引入一艘轮船在沿直线返回港口的途中，接到气象台的台风预报：台风中心位于轮船正西70km处，受影响的范围是半径长为30km的圆形区域．已知港口位于台风中心正北40km处，如果这艘轮船不改变航线，那么它是否会受到台风的影响？（1）以台风中心为原点O，东西方向为x轴，建立直角坐标系，其中取10km为单位长度，你能写出其中的直线方程与圆的方程吗？（2）如何用直线方程与圆的方程判断它们的位置关系，请谈谈你的想法？【解析】（1）直线方程：174x y+=，即47280x y +-=；圆的方程：229x y +=；（2）根据学生已有经验，判断直线与圆的位置关系，一种方法，利用点到直线的距离公式求出圆心到直线的距离，然后比较这个距离与半径的大小作出位置关系的判断；另一种方法，就是看由它们组成的方程组有无实数解；学生交流，讨论，归纳总结； 二、探究新知探究1：直线与圆的位置关系的判定方法问题1：想一想，平面几何中，直线与圆的位置关系有哪些？在初中，我们怎样判断直线与圆的位置关系？现在，如何用直线和圆的方程判断它们之间的位置关系？【典例剖析】例1、如图，已知直线:360l x y +-=和圆心为C 的圆22240x y y +--=， 判断直线l 与圆的位置关系；如果相交，求它们交点的坐标. 分析：方法一：判断直线l 与圆的位置关系，就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二，可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系，判断直线与圆的位置关系； 【解析】解法一：联立方程22360(1)240(2)x y x y y +-=⎧⎨+--=⎩消去y 得：2320x x -+=， 因为10∆=>，所以直线l 与圆相交，有两个公共点.解法二：圆22240x y y +--=可化为22(1)5x y +-=，圆心(0,1)C ，半径r =(0,1)C 到直线l 的距离d ==<所以直线l 与圆相交，有两个公共点.由2320x x -+=，解得12x =，21x =，把12x =代入方程（1），得10y =；把21x =代入方程（1），得23y =； 所以，直线l 与圆有两个交点，它们的坐标分别是：(2,0),(1,3)A B . 归纳总结:判断直线与圆的位置关系有两种方法：方法一：判断直线圆C 与圆C 的方程组成的方程组是否有解．如果有解，直线l 与圆C 有公共点．有两组实数解时，直线l 与圆C 相交；有一组实数解时，直线l 与圆C 相切；无实数解时，直线l 与圆C 相离．方法二：判断圆C 的圆心到直线l 的距离d 与圆的半径r 的关系．如果d <r ，直线l 与圆C 相交；如果r d =，直线l 与圆C 相切；如果d >r ，直线l 与圆C 相离．三、巩固练习练习1：直线02=--y x 与圆1)1()1(22=-+-y x 的位置关系是 ； 练习2：直线012=-+y x 与圆01222=+-+-y y x x 的位置关系是 ； 练习3：设直线过点),0(a ，其斜率为1，且与圆222=+y x 相切，则=a 。
高中数学人教A版必修2《4.2.1直线与圆的位置关系》教案5
必修二4.2.1直线与圆的位置关系●三维目标1．知识与技能(1)理解直线与圆的三种位置关系．(2)掌握用圆心到直线的距离d与圆的半径r比较，以及通过方程组解的个数判断直线与圆位置关系的方法．2．过程与方法(1)通过直线与圆的位置关系的探究活动，经历知识的建构过程，培养学生独立思考、自主探究、动手实践、合作交流的学习方式．(2)强化学生用坐标法解决几何问题的意识，培养学生分析问题和灵活解决问题的能力．3．情感、态度与价值观通过学生的自主探究、小组讨论合作，培养学生的团队精神和主动学习的良好习惯．●重点难点重点：掌握用几何法和解析法判断直线与圆的位置关系；能用直线与圆的方程解决一些简单的实际问题．难点：灵活地运用“数形结合”、解析法来解决直线与圆的相关问题．重难点突破：以平面几何中直线与圆的三种位置关系为切入点，通过对教材实例的探究，结合解析法解决问题的步骤，使学生的思维实现从“形”到“数”的转化，即从“方程”角度来判断直线与圆的三种位置关系，难点顺利突破．为更好的突出用解析法来解决直线与圆的相关问题的优越性，教师可适当引入案例，以帮助学生实现知识的内化．●教学建议本节课既是对直线与圆的方程应用的延续和拓展，又是后续研究圆与圆的位置关系的基础．由于直线与圆的三种位置关系学生已经非常熟悉，且从直线与圆的直观感受上，学生已懂得从圆心到直线的距离与圆的半径相比较来研究直线与圆的位置关系，故本节课的核心是“如何用‘数’的关系来判断直线与圆的位置关系”，引导学生学会从不同角度分析思考问题，为后续学习打下基础．为此，可类比直线与直线的交点坐标的求法，引导学生用解析法探求直线与圆的位置关系的思想，让学生认识到解析法解决平面几何问题的优越性；在问题解决过程中，提高学生知识水平的同时渗透了“数形结合”的思想方法，培养学生从多角度思考问题的发散性思维能力．●教学流程创设问题情境，引出问题：如何判断直线与圆的位置关系？⇒错误!⇒错误!⇒错误!⇒通过例2及其变式训练，使学生掌握圆的切线方程的求法.⇒通过例3及其变式训练，使学生掌握圆的弦长求法.⇒归纳整理，进行课堂小结，整体认识本节课所学知识.⇒完成当堂双基达标，巩固所学知识并进行反馈矫正.课标解读 1.理解直线和圆的三种位置关系．(重点) 2.会用圆心到直线的距离来判断直线与圆的位置关系．(重点)3.能解决直线与圆位置关系的综合问题．(易错点、难点)直线与圆的位置关系及判断【问题导思】大海上初升的红日，冉冉升起中，展现着迷人的风采，同时也体现了直线与圆的三种位置关系：相交、相切、相离．1．如果直线与圆相交，则圆心到直线的距离d同圆的半径r什么关系？【提示】d<r.2．能否利用代数的方法，即通过联立直线和圆的方程，依据方程组解的个数，判定直线和圆的位置关系？【提示】能．直线与圆的位置关系的判定方法(1)代数法：直线与圆的方程联立消去y(或x)得到关于x(或y)的一元二次方程，此方程的判别式为Δ，则直线与圆相交⇔Δ>0；直线与圆相切⇔Δ＝0；直线与圆相离⇔Δ<0.(2)几何法：设圆的半径为r，圆心到直线的距离为d，则直线与圆相交⇔d<r；直线与圆相切⇔d＝r；直线与圆相离⇔d>r.直线与圆位置关系的判断图4－2－1如图4－2－1所示，已知直线l ：y ＝kx ＋5与圆C ：(x －1)2＋y 2＝1.(1)当k 为何值时，直线l 与圆C 相交？ (2)当k 为何值时，直线l 与圆C 相切？ (3)当k 为何值时，直线l 与圆C 相离？【思路探究】 思路一：联立l 和C 的方程――→消元一元二次方程――→判断Δ的符号直线与圆的位置关系思路二：求圆心C 到直线l 的距离d ―→比较d 与l 的大小关系―→下结论【自主解答】 法一 由⎩⎪⎨⎪⎧y ＝kx ＋5，(x －1)2＋y 2＝1消去y ，得(x －1)2＋(kx ＋5)2＝1， 即(k 2＋1)x 2＋(10k －2)x ＋25＝0，则Δ＝(10k －2)2－4×25(k 2＋1)＝－96－40k . (1)当Δ>0，即k <－125时，直线l 与圆C 相交．(2)当Δ＝0，即k ＝－125时，直线l 与圆C 相切．(3)当Δ<0，即k >－125时，直线l 与圆C 相离．法二 圆C 的圆心C (1,0)，半径r ＝1，由点到直线的距离公式得圆心C 到直线l 的距离d ＝|k ＋5|1＋k 2. (1)当|k ＋5|1＋k 2<1，即k <－125时，直线l 与圆C 相交．(2)当|k＋5|1＋k2＝1，即k＝－125时，直线l与圆C相切．(3)当|k＋5|1＋k2>1，即k>－125时，直线l与圆C相离．直线与圆位置关系判断的三种方法：(1)几何法：由圆心到直线的距离d与圆的半径r的大小关系判断．(2)代数法：根据直线与圆的方程组成的方程组解的个数来判断．(3)直线系法：若直线恒过定点，可通过判断点与圆的位置关系判断，但有一定的局限性，必须是过定点的直线系．(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【解析】将点P(3,0)的坐标代入圆的方程，得32＋02－4×3＝9－12＝－3<0，∴点P(3,0)在圆内．∴过点P的直线l定与圆C相交．【答案】 A圆的切线问题(2013·济宁高一检测)若直线l过点P(2,3)，且与圆(x－1)2＋(y＋2)2＝1相切，求直线l的方程．【思路探究】判断点P与圆的位置关系―→设l的方程―→利用几何法或代数法求l的方程【自主解答】∵(2－1)2＋(3＋2)2>1，∴点P在圆外．法一①若直线l的斜率存在，设l：y－3＝k(x－2)，即kx－y＋3－2k＝0，因为直线l 与圆(x－1)2＋(y＋2)2＝1相切，所以|5－k|k2＋1＝1，所以k＝125.所以直线l的方程为y－3＝125(x－2)，即12x－5y－9＝0.②若直线l的斜率不存在，则直线l：x＝2也符合要求．所以直线l的方程为12x－5y－9＝0或x＝2.法二①若直线l的斜率存在，设l ：y －3＝k (x －2)， 即y ＝k (x －2)＋3， 与圆的方程联立消去y 得： (x －1)2＋[k (x －2)＋3＋2]2＝1，整理得(k 2＋1)x 2－(4k 2－10k ＋2)x ＋4k 2－20k ＋25＝0， ∴Δ＝(4k 2－10k ＋2)2－4(k 2＋1)(4k 2－20k ＋25)＝0， ∴k ＝125.此时直线l 的方程为y －3＝125(x －2)，即12x －5y －9＝0. ②若直线l 的斜率不存在，则直线l ：x ＝2也符合要求． 所以直线l 的方程为12x －5y －9＝0或x ＝2.1．本题求解采用了两种不同的方法，显然方法一较方法二简捷明了，一般地求圆的切线方程或与切线有关的问题常用方法一．2．过圆外一点引圆的切线必定有两条，当用几何法求得切线的斜率值只有一个时，另一条切线的斜率一定不存在，可由数形结合法求得．(2013·临沂高一检测)直线x＋y＝m与圆x2＋y2＝m(m>0)相切，则实数m的值为________．【解析】由题意可知，圆x2＋y2＝m的圆心(0,0)到直线x＋y＝m的距离等于半径．即|m|12＋12＝m.又m>0，∴m＝2.【答案】 2圆的弦长问题求直线l：3x＋y－6＝0被圆C：x2＋y 2－2y －4＝0截得的弦长．【思路探究】 方程组→解出交点坐标→ 两点间距离即弦长或方程组→得x 1＋x 2与x 1·x 2→弦长公式求弦长或圆心到直线的距离→构造直角三角形求弦长【自主解答】 法一 由⎩⎪⎨⎪⎧3x ＋y －6＝0，x 2＋y 2－2y －4＝0，得交点A (1,3)，B (2,0)，∴弦AB 的长为|AB |＝(2－1)2＋(0－3)2＝10.法二 由⎩⎪⎨⎪⎧3x ＋y －6＝0，x 2＋y 2－2y －4＝0，消去y 得x 2－3x ＋2＝0.设两交点A ，B 的坐标分别为A (x 1，y 1)，B (x 2，y 2)， 则由根与系数的关系得x 1＋x 2＝3，x 1·x 2＝2. ∴|AB |＝(x 2－x 1)2＋(y 2－y 1)2＝(x 2－x 1)2＋[－3x 2＋6－(－3x 1＋6)]2 ＝(1＋32)(x 2－x 1)2 ＝10[(x 1＋x 2)2－4x 1x 2] ＝10×(32－4×2)＝10， 即弦AB 的长为10.法三 圆C ：x 2＋y 2－2y －4＝0可化为x 2＋(y －1)2＝5，其圆心坐标(0,1)，半径r ＝5，点(0,1)到直线l 的距离为d ＝|3×0＋1－6|32＋12＝102，所以半弦长为|AB |2＝r 2－d 2＝ (5)2－(102)2＝102， 所以弦长|AB |＝10.图1求直线与圆相交时弦长的两种方法：(1)几何法：如图1，直线l 与圆C 交于A ，B 两点，设弦心距为d ，圆的半径为r ，弦长为|AB |，则有(|AB |2)2＋d 2＝r 2.即|AB |＝2r 2－d 2.图2(2)代数法：如图2所示，将直线方程与圆的方程联立，设直线与圆的两交点分别是A(x1，y1)，B(x2，y2)，则|AB|＝(x1－x2)2＋(y1－y2)2＝1＋k2|x1－x2|＝1＋1k2·|y1－y2|，其中k为直线l的斜率．(2012·重庆高考)设A、B为直线y＝x与圆x2＋y2＝1的两个交点，则|AB|＝() A．1 B.2 C.3D．2【解析】直线y＝x过圆x2＋y2＝1的圆心C(0,0)，则|AB|＝2.【答案】D忽略直线斜率不存在的情况致误已知圆M：(x－1)2＋(y－1)2＝4，直线a过点P(2,3)且与圆M交于A，B两点，且|AB|＝23，求直线a的方程．【错解】设直线a的方程为y－3＝k(x－2)，即kx－y＋3－2k＝0.如图所示，作MC⊥AB于C，在直角三角形MBC中，BC ＝3，MB ＝2，MC ＝MB 2－BC 2＝1，由点到直线的距离公式得点M (1,1)到直线a 的距离为|k －1＋3－2k |k 2＋1＝1，解得k ＝34，所以直线a 的方程为3x －4y ＋6＝0.【错因分析】 错解忽略了直线a 的斜率不存在的情况．【防范措施】 点斜式方程并不能表示斜率不存在的情况，故在求直线方程时，若设点斜式方程，根据条件求得斜率后，应注意验证斜率不存在的情况是否满足题意．本题就是忽略了斜率不存在的特殊情况而出错的．【正解】 ①当直线a 的斜率存在时，设直线a 的方程为y －3＝k (x －2)，即kx －y ＋3－2k ＝0.如错解中的图所示，作MC ⊥AB 于C ，在直角三角形MBC 中， BC ＝3，MB ＝2，MC ＝MB 2－BC 2＝1，由点到直线的距离公式得点M (1,1)到直线a 的距离为|k －1＋3－2k |k 2＋1＝1， 解得k ＝34，所以直线a 的方程为3x －4y ＋6＝0.②当直线a 的斜率不存在时，其方程为x ＝2， 圆心到此直线的距离也是1，所以适合题意． 综上，直线a 的方程为3x －4y ＋6＝0或x ＝2.1．判断直线与圆位置关系的途径主要有两个：一是圆心到直线的距离与圆的半径进行大小比较；二是直线与圆的方程组成的方程组解的个数．两者相比较，前者较形象、直观，便于运算．2．与圆有关的弦长、切线问题常利用几何法求解，但注意验证所求直线的斜率不存在的情形，避免漏解．1．直线y＝x＋1与圆x2＋y2＝1的位置关系是()A．相切B．相交但直线不过圆心C．直线过圆心D．相离【解析】圆心到直线的距离d＝11＋1＝22<1，又∵直线y＝x＋1不过圆心(0,0)，∴直线与圆相交但不过圆心．【答案】 B2．直线3x －y ＋m ＝0与圆x 2＋y 2－2x －2＝0相切，则实数m 等于( ) A.3或－ 3 B ．－3或3 3 C ．－33或 3 D ．－33或3 3【解析】 把圆的方程化成标准方程(x －1)2＋y 2＝3， 由已知得|3×1－0＋m |(3)2＋(－1)2＝3，即|m ＋3|＝2 3.∴m ＝－33或m ＝ 3. 【答案】 C3．直线y ＝x 与圆(x －2)2＋y 2＝4交于点A ，B ，则|AB |＝________.【解析】 圆心(2,0)到直线x －y ＝0的距离d ＝|2－0|2＝2，又圆的半径为r ＝2，则(|AB |2)2＋d 2＝r 2.解得|AB |＝2 2. 【答案】 2 24．a 为何值时，直线2x －y ＋1＝0与圆x 2＋y 2＝a 2(a >0)相离、相切、相交？ 【解】 由圆x 2＋y 2＝a 2(a >0)，知圆心为O (0,0)，半径为a ，O 到直线2x －y ＋1＝0的距离为d ＝122＋12＝55. (1)若直线与圆相离，则d >r ，即55>a ，∴0<a <55. (2)若直线与圆相切，则d ＝r ，即a ＝55. (3)若直线与圆相交，则d <r ，即a >55. 综上所述，当0<a <55时，直线与圆相离；当a ＝55时，直线与圆相切；当a >55时，直线与圆相交.一、选择题1．(2012·辽宁高考)将圆x2＋y2－2x－4y＋1＝0平分的直线是()A．x＋y－1＝0B．x＋y＋3＝0C．x－y＋1＝0 D．x－y＋3＝0【解析】因为圆心是(1,2)，所以将圆心坐标代入各选项验证知选C.【答案】 C2．(2013·长沙高一检测)以(2，－1)为圆心且与直线3x－4y＋5＝0相切的圆的标准方程为()A．(x－2)2＋(y＋1)2＝3 B．(x＋2)2＋(y－1)2＝3C．(x－2)2＋(y＋1)2＝9 D．(x＋2)2＋(y－1)2＝9【解析】根据题意知点(2，－1)到直线3x－4y＋5＝0的距离与半径长相等，所以r＝|6＋4＋5|＝3，所以所求圆的标准方程为(x－2)2＋(y＋1)2＝9.32＋(－4)2【答案】 C3．(2012·湛江高二检测)直线x－ky＋1＝0与圆x2＋y2＝1的位置关系是()A．相交B．相离C．相交或相切D．相切【解析】直线x－ky＋1＝0过定点(－1,0)，而点(－1,0)在圆上，故直线与圆相切或相交．【答案】 C4．(2012·衢州高二检测)圆x2＋y2－4x＝0在点P(1，3)处的切线方程为()A．x＋3y－2＝0 B．x－3y＋2＝0C．x－3y＋4＝0 D．x＋3y－4＝0【解析】 ∵12＋(3)2－4×1＝0，∴点P (1，3)在圆上．又圆x 2＋y 2－4x ＝0的圆心A (2,0)，又题意可知切线与直线P A 垂直． 又k P A ＝31－2＝－3，∴所求切线的斜率k ＝33.由点斜式得y －3＝33(x －1)，即x －3y ＋2＝0. 【答案】 B5．(思维拓展题)在圆x 2＋y 2＋2x ＋4y －3＝0上且到直线x ＋y ＋1＝0的距离为2的点共有( )A ．1个B ．2个C ．3个D ．4个【解析】 圆心为(－1，－2)，半径r ＝22，而圆心到直线的距离d ＝|－1－2＋1|2＝2，故圆上有3个点满足题意．【答案】 C 二、填空题6．设直线2x ＋3y ＋1＝0和圆x 2＋y 2－2x －3＝0相交于点A ，B ，则弦AB 的垂直平分线的方程是________．【解析】 将x 2＋y 2－2x －3＝0化为标准形式为(x －1)2＋y 2＝4，圆心为(1,0)．直线2x ＋3y ＋1＝0的斜率k ＝－23，∴AB 的垂直平分线的斜率为32，∴AB 的垂直平分线为y －0＝32(x－1)，即3x －2y －3＝0.【答案】 3x －2y －3＝07．(2013·开封高一检测)圆x 2＋y 2－4x －4y －10＝0上的点到直线x ＋y －14＝0的最大距离与最小距离的差是________．【解析】 圆的方程化为标准式得(x －2)2＋(y －2)2＝18. 圆心(2,2)到直线x ＋y －14＝0的距离 d ＝|2＋2－14|2＝52，直线与圆相离，从而圆上点到直线的最小距离为52－r ＝52－32＝22，最大距离为52＋32＝82，故最大距离与最小距离的差是6 2.【答案】 6 28．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】 由题意知直线要与圆相交，必存在斜率，设为k ，则直线方程为y ＋2＝k (x ＋1)，又圆的方程可化为(x －1)2＋(y －1)2＝1，圆心为(1,1)，半径为1，∴圆心到直线的距离d ＝|k －1＋k －2|1＋k 2＝1－(22)2，解得k ＝1或177. 【答案】 1或177三、解答题9．已知圆x 2＋y 2＝2和直线y ＝x ＋b ，当b 为何值时，直线与圆 (1)相交；(2)相切；(3)相离？【解】 圆心(0,0)到直线y ＝x ＋b 的距离d ＝|b |2，圆的半径为r ＝ 2. (1)当d <r ，即－2<b <2时，直线与圆相交； (2)当d ＝r ，即b ＝±2时，直线与圆相切； (3)当d >r ，即b <－2或b >2时，直线与圆相离． 10．(2013·济宁高一检测)已知圆C 的方程为：x 2＋y 2＝4. (1)求过点P (1,2)且与圆C 相切的直线l 的方程；(2)直线l 过点P (1,2)，且与圆C 交于A ，B 两点，若|AB |＝23，求直线l 的方程． 【解】 (1)显然直线l 的斜率存在，设切线方程为y －2＝k (x －1)，则由|2－k |k 2＋1＝2得k 1＝0，k 2＝－43，故所求的切线方程为y ＝2或4x ＋3y －10＝0.(2)当直线l 垂直于x 轴时，此时直线方程为x ＝1，l 与圆的两个交点坐标为(1，3)和(1，－3)，这两点的距离为23，满足题意；当直线l 不垂直于x 轴时，设其方程为y －2＝k (x －1)，即kx －y －k ＋2＝0，设圆心到此直线的距离为d ，则23＝24－d 2，∴d ＝1，∴1＝|－k ＋2|k 2＋1，∴k ＝34，此时直线方程为3x－4y ＋5＝0.综上所述，所求直线方程为3x －4y ＋5＝0或x ＝1.11．已知圆C ：(x －1)2＋(y －2)2＝25，直线l ：(2m ＋1)x ＋(m ＋1)y －7m －4＝0(m ∈R )． (1)求证不论m 取什么实数，直线l 与圆恒交于两点； (2)求直线被圆C 截得的弦长最小时的l 的方程．【解】 (1)证明：因为l 的方程为(x ＋y －4)＋m (2x ＋y －7)＝0(m ∈R )，所以⎩⎪⎨⎪⎧ 2x ＋y －7＝0，x ＋y －4＝0，解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝3，y ＝1，即l 恒过定点A (3,1)．因为圆心为C (1,2)，|AC |＝5<5(半径)， 所以点A 在圆C 内，从而直线l 与圆C 恒交于两点． (2)由题意可知弦长最小时，l ⊥AC . 因为k AC ＝－12，所以l 的斜率为2.又l 过点A (3,1)，所以l 的方程为2x －y －5＝0.已知实数x ，y 满足方程x 2＋y 2－4x ＋1＝0， 求：(1)yx的最大值；(2)y －x 的最小值．【思路探究】 将x 2＋y 2－4x ＋1＝0，yx ，y －x 赋予几何意义，利用数形结合来解决．【自主解答】 将实数x ，y 看作点P (x ，y )的坐标，满足x 2＋y 2－4x ＋1＝0的点P (x ，y )组成的图形是以M (2,0)为圆心，3为半径的圆，如图所示．(1)设y x ＝y －0x －0＝k ，即y x是圆上的点P 与原点O 连线的斜率． 由图知，直线y ＝kx 和圆M 在第一象限相切时，k 取最大值．此时有OP ⊥PM ，|PM |＝3，|OM |＝2，∴∠POM ＝60°.此时k ＝tan 60°＝3，∴y x 的最大值为 3. (2)设y －x ＝b ，则y ＝x ＋b ，b 是直线y ＝x ＋b 在y 轴上的截距．由图知，当直线y ＝x＋b 和圆M 在第四象限相切时，b (b <0)取最小值，此时有|2＋b |2＝3，解得b ＝－6－2， ∴y －x 的最小值是－6－2.利用数形结合解决最值问题时，首先从代数演算入手，将代数表达式赋予几何意义，看成某几何量的大小，把问题转化为求此几何量的最值问题；再从几何直观出发，根据图形的几何性质，观察出最值出现的时机和位置，从而解决求代数表达式的最值问题．这是用几何方法解决代数问题的常用方法，即数形结合．常见的数形结合点是直线方程、圆的方程、过两点的斜率公式、平面内两点间距离公式、直线在y 轴上的截距等．如果实数x ，y 满足方程(x －3)2＋(y －3)2＝6，求y x的最大值与最小值．【解】 设P (x ，y )，则P 点的轨迹就是已知圆C ：(x －3)2＋(y －3)2＝6.而y x的几何意义就是直线OP 的斜率， 设y x＝k ，则直线OP 的方程为y ＝kx . 由图可知，当直线OP 与圆相切时，斜率取最值．∵点C(3,3)到直线y＝kx的距离d＝|3k－3|k2＋1，∴当|3k－3|k2＋1＝6，即k＝3±22时，直线OP与圆相切．∴yx的最大值与最小值分别是3＋22与3－2 2.。
【人教A版】最新高中数学必修二：4.2.1直线与圆的位置关系学案设计 新人教A版必修2
最新人教版数学精品教学资料第四章圆与方程4.2 直线、圆的位置关系4.2.1 直线与圆的位置关系学习目标1.理解直线与圆的位置关系.2.利用点到直线的距离公式求圆心到直线的距离.3.会判断直线与圆的位置关系.学习过程一、设计问题,创设情境一个小岛的周围有环岛暗礁,暗礁分布在以小岛的中心为圆心,半径为30 km的圆形区域.已知小岛中心位于轮船正西70 km处,港口位于小岛中心正北40 km处.如果轮船沿直线返港,那么它是否会有触礁危险?问题1:初中学过的平面几何中,直线与圆的位置关系有几类?问题2:在初中,我们怎样判断直线与圆的位置关系?二、学生探索,尝试解决如何通过代数的方法来研究直线与圆的这三种位置关系.1.从方程的角度来看:直线与圆相交,有两个公共点,组成的方程组应该有个解.直线与圆相切,有一个公共点,组成的方程组应该有个解.直线与圆相离,没有一个公共点,组成的方程组应该解.从初中直线与圆相切,常用到的作辅助线的方法来讲,连接切点和圆心得到半径,即圆心到直线的距离等于半径.2.一般地,已知直线Ax+By+C=0(A,B不同时为零),和圆(x-a)2+(y-b)2=r2,则圆心(a,b)到此直线的距离为d=,则d与半径r有下面三种关系:d<r,d=r,d>r.三、信息交流,揭示规律3.直线与圆相交、相切、相离的定义:(1)直线和圆有两个公共点,直线与圆;(2)直线和圆有唯一公共点,直线与圆;(3)直线和圆没有公共点,直线与圆.4.直线与圆相交、相切、相离的判定:代数法:直线与圆相交有解;直线与圆相切有解;直线与圆相离解.几何法:设圆的半径为r,圆心到直线的距离为d.(1)当时,直线与圆相交;(2)当时,直线与圆相切;(3)当时,直线与圆相离.位置相离相切相交d与r d>r d=r d<r图形交点个数四、运用规律,解决问题5.如图,已知直线l:3x+y-6=0和圆心为C的圆x2+y2-2y-4=0,判断直线l与圆的位置关系;如果相交,求它们交点的坐标.总结规律:(试总结如何判断直线与圆的位置关系?)6.已知过点M(-3,-3)的直线l被圆x2+y2+4y-21=0所截得的弦长为4,求直线l的方程.总结规律:(试总结如何利用圆的相关知识解决直线与圆的位置关系问题?)五、变练演编,深化提高同学们仿照上述例题,自己试着编几道直线与圆的位置关系的题目.7.例如:求以C(1,3)为圆心,并且和直线3x-4y-1=0相切的圆的标准方程.同学们可以仿照例题和所考查的知识点来进行编写.六、信息交流,教学相长(1)通过直线与圆的位置关系的判断,你学到了什么?(2)判断直线与圆的位置关系有几种方法?它们的特点是什么?(3)如何求出直线与圆的相交弦长?七、反思小结,观点提炼直线与圆的位置关系的判断方法有两种:1.代数法:通过直线方程与圆的方程所组成的方程组,根据解的个数来研究,若有两组不同的实数解,即Δ>0,则相交;若有两组相同的实数解,即Δ=0,则相切;若无实数解,即Δ<0,则相离.2.几何法:由圆心到直线的距离d与半径r的大小来判断:当d<r时,直线与圆相交;当d=r时,直线与圆相切;当d>r时,直线与圆相离.布置作业:课本P132习题4.2 A组第1,2,3,4题;B组第7题.参考答案1.两一没有实数2.3.相交相切相离4.代数法:2个1个没有几何法:(1)d<r (2)d=r (3)d>r.表格(略)5.解法一:由直线l与圆的方程,得消去y,得x2-3x+2=0,因为Δ=(-3)2-4×1×2>0所以,直线l与圆相交,有两个公共点.解法二:圆x2+y2-2y-4=0可化为x2+(y-1)2=5,其圆心C的坐标为(0,1),半径长为,点C(0,1)到直线l的距离d=.所以,直线l与圆相交,有两个公共点.由x2-3x+2=0,解得x1=2,x2=1.把x1=2代入方程①,得y1=0;把x2=1代入方程①,得y2=3;所以,直线l与圆有两个交点,它们的坐标分别是A(2,0),B(1,3).6.解:将圆的方程写成标准形式,得x2+(y+2)2=25,所以,圆心的坐标是(0,-2),半径长r=5.因为直线l被圆截得弦长为4,所以弦心距为,即圆心到所求直线l的距离为.因为直线l过点M(-3,-3),所以可设所求直线l的方程为y+3=k(x+3),即kx-y+3k-3=0. 根据点到直线的距离公式,得到圆心到直线l的距离d=.因此,,即|3k-1|=,两边平方,并整理得到2k2-3k-2=0,解得k=-或k=2.所以,所求直线l有两条,它们的方程分别为y+3=-(x+3),或y+3=2(x+3).即x+2y+9=0,或2x-y+3=0.7.解:圆心到直线的距离为r==2所以所求圆的方程为(x-1)2+(y-3)2=4。
人教A版高中数学必修2 4.2.1直线与圆的位置关系(教学设计)
人教A版高中数学必修2课题：4.2.1直线与圆的位置关系【教材分析】《直线、圆的位置关系》是圆与方程这一章的重要内容。
它是学生在初中平面几何中已学过直线与圆的三种位置关系，以及在前面几节学习了直线与圆的方程的基础上，从代数角度，运用解析法进一步研究直线与圆的位置关系，它既是对圆的方程的应用和拓展，又是研究圆和圆的位置关系的基础，并且为后续研究直线和圆锥曲线的位置关系奠定思想基础，具有承上启下的作用。
【学生学情分析】在初中，学生已经直观的讨论过直线与圆的位置关系,前阶段又学习了直线方程和圆的方程。
本节课主要以问题为载体，帮助学生复习、整理已有的知识结构，让学生利用已有的知识，探究直线与圆的位置关系的判断方法。
通过学生参与问题的解决，让学生体验有关的数学思想，培养“数形结合”的意识。
【教学目标】（一）知识与技能：理解直线与圆三种位置关系；能根据直线、圆的方程，用代数法和几何法判断直线与圆位置关系；掌握直线和圆的位置关系判定的应用，会求弦长.（二）方法与过程：通过对直线与圆的位置关系的探究活动，经历知识的建构过程，培养学生独立思考、自主探究、合作交流的学习方式；强化学生用解析法解决几何问题的意识，培养学生分析问题和灵活解决问题的能力．（三）情感态度与价值观：让学生亲生经历数学研究的过程，体验探索的乐趣，增强学习数学的兴趣，感受“方程思想”、“数形结合”等数学思想的内涵，养成良好的思维习惯.【教学重点与难点】重点：直线与圆的位置关系的判断方法.难点：灵活的运用“数形结合”解决直线和圆相关的问题．【课型】新课【课时安排】1节课【教法、学法指导、教学手段】教法“引导-探究”教学法、“命名”教学法、“题组”教学法；学法：观察发现、自主探究、合作交流、变式学习、归纳总结、应用提高;教学手段：多媒体教学【教学准备】学生学情，课件、教学设计，学生课堂练习题；彩色粉笔，翻页笔。
间的位置关系呢？方法一：可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系，判断直线与圆的方法二，由直线l(–问题6过点M【板书设计】有两个公共点直线和圆相交有惟一公共点直线和圆相切直线和圆相离。
【教案】高中数学必修2人教A教案《4.2.1直线与圆的位置关系》
4.2.1 直线与圆的位置关系（一）教学目标 1．知识与技能（1）理解直线与圆的位置的种类；（2）利用平面直角坐标系中点到直线的距离公式求圆心到直线的距离； （3）会用点到直线的距离来判断直线与圆的位置关系. （二）过程与方法设直线l ：ax + by + c = 0，圆C ：x 2 + y 2 + Dx + Ey + F = 0，圆的半径为r ，圆心(,)22D E --到直线的距离为d ，则判别直线与圆的位置关系的依据有以下几点：（1）当d ＞r 时，直线l 与圆C 相离； （2）当d ＝r 时，直线l 与圆C 相切； （3）当d ＜r 时，直线l 与圆C 相交； 3．情态与价值观让学生通过观察图形，理解并掌握直线与圆的位置关系，培养学生数形结合的思想.（二）教学重点、难点重点：直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法. 难点：用坐标法判定直线与圆的位置关系. （三）教学过程设想 教学环节 教学内容师生互动设计意图复习引1．初中学过的师；让学生之间进行启入平面几何中，直线与圆的位置关系有几类？讨论、交流，引导学生观察图形，导入新课.生：看图，并说出自己的看法.发学生由图形获取判断直线与圆的位置关系的直观认知，引入新课.概念形成2．直线与圆的位置关系有哪几种呢？三种（1）直线与圆相交，有两个公共点.（2）直线与圆相切，只有一个公共点.（3）直线与圆相离，没有公共点.师：引导学生利用类比、归纳的思想，总结直线与圆的位置关系的种类，进一步深化“数形结合”的数学思想.生：观察图形，利用类比的方法，归纳直线与圆的位置关系.得出直线与圆的位置关系的几何特征与种类.概念深化3．在初中，我们怎样判断直线与师：引导学生回忆初中判断直线与圆的位置使学生回圆的位置关系呢？如何用直线与圆的方程判断它们之间的位置关系呢？关系的思想过程.生：回忆直线与圆的位置关系的判断过程.忆初中的数学知识，培养抽象概括能力.4．你能说出判断直线与圆的位置关系的两种方法吗？方法一：利用圆心到直线的距离d.方法二：利用直线与圆的交点个数.师：引导学生从几何的角度说明判断方法和通过直线与圆的方程说明判断方法.生：利用图形，寻找两种方法的数学思想.抽象判断直线与圆的位置关系的思路与方法.应用举例5．你能用两种判断直线与圆的位置关系的数学思想解决例1的问题吗？例 1 如图，师：指导学生阅读教科书上的例1.生：仔细阅读教科书上的例1，并完成教科书第140页的练习题2.例 1 解法一：由直线l与圆的方程，得体会判断直线与圆的位置关系的思想方法，关①②已知直线l：3x +y– 6 = 0和圆心为C的圆x2 + y2–2y– 4 = 0，判断直线l与圆的位置关系；如果相交，求它们交点的坐标.分析：方法一：由直线l与圆的位置关系，就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二，可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系，判断直线与圆的位置关系.22360240x yx y y+-=⎧⎨+--=⎩消去y，得x2– 3x+ 2 = 0，因为△= (–3)2–4×1×2= 1＞0所以，直线l与圆相交，有两个公共点.解法二：圆x2 + y2–2y–4 = 0可化为x2+(y– 1)2 =5，其圆心C的坐标为（0，1），半径长为5，点C (0，1)到直线l的距离d =22|3016|51031⨯+-=+＜5.所以，直线l与圆相交，有两个公共点.由x2–3x + 2 = 0，解得x1 =2，x2 = 1.把x1=2代入方程①，得y1= 0；把x2=1代入方程①，注量与量之间的关系.使学生熟悉判断直线与圆的位置关系的基本步骤.6．通过学习教科书的例1，你能总结一下判断直线与圆的位置关系的步骤吗？例 2 已知过点M (–3，–3)的直线l被圆x2+ y2 + 4y–21 = 0所截得的弦长为45，求直线l的方程. 得y2= 0；所以，直线l与圆有两个交点，它们的坐标分别是A(2，0)，B(1，3).生：阅读例1.师：分析例1，并展示解答过程；启发学生概括判断直线与圆的位置关系的基本步骤，注意给学生留有总结思考的时间.生：交流自己总结的步骤.师：展示解题步骤.例2 解：将圆的方程写成标准形式，得x2 + (y2 + 2)2 =25，所以，圆心的坐标是(0，–2)，半径长r =5. 如图，因为直线l的距离为45，所以弦心距为22455()52-=，即圆心到所求直线l 的距离为5.因为直线l 过点M (–3，–3)，所以可设所求直线l 的方程为y + 3 = k (x + 3)，即k x – y + 3k –3 = 0.根据点到直线的距离公式，得到圆心到直线l 的距离d =2|233|1k k +-+.因此，2|233|51k k +-=+， 即|3k –1|=255k +，两边平方，并整理得到2k 2 –3k –2 = 0， 解得k =12，或k =2.所以，所求直线l 有两条，它们的方程分别为y + 3 =12(x + 3)，或y+ 3 = 2(x+ 3).即x +2y = 0，或2x –y + 3 = 0.7．通过学习教科书上的例2，你能说明例2中体现出来的数学思想方法吗？8．通过例2的学习，你发现了什么？半弦、弦心距、半径构成勾股弦关系.师：指导学生阅读并完成教科书上的例2，启发学生利用“数形结合”的数学思想解决问题.生：阅读教科书上的例2，并完成137页的练习题.师：引导并启发学生探索直线与圆的相交弦的求法.生：通过分析、抽象、归纳，得出相交弦长的运算方法.进一步深化“数形结合”的数学思想.明确弦长的运算方法.9．完成教科书第136页的练习题1、2、3、4.师：引导学生完成练习题.生：互相讨论、交流，完成练习题.巩固所学过的知识，进一步理解和掌握直线与圆的位置关系.归纳总结10．课堂小结：教师提出下列问题让学生思考：（1）通过直线与圆的位置关系的判断，你学到了什么？（2）判断直线与圆的位置关系有几种方法？它们的特点是什么？（3）如何求出直线与圆的相交弦长？师生共同回顾回顾、反思、总结形成知识体系课外作业布置作业：见习题4.2 第一课时学生独立完成巩固所学知识备选例题例1 已知圆的方程x2 + y2 = 2，直线y = x + b，当b为何值时，（1）圆与直线有两个公共点； （2）圆与直线只有一个公共点； （3）圆与直线没有公共点.解法1：圆心O (，0)到直线y = x + b 的距离为||2b d =，圆的半径2r =.（1）当d ＜r ，即–2＜b ＜2时，直线与圆相交，有两个公共点；（2）当d = r ，即b = 2±时，直线与圆相切，有一个公共点；（3）当d ＞r ，即b ＞2或b ＜–2时，直线与圆相离， 无公共点. 解法2：联立两个方程得方程组222x y y x b ⎧+=⎨=+⎩.消去y 2得2x 2 + 2bx + b 2 – 2 = 0，∆=16 – 4b 2.（1）当∆＞0，即–2 ＜b ＜2时，直线与圆有两个公共点； （2）当∆＝0，即2b =±时，直线与圆有一个公共点； （3）当∆＜0即b ＞2或b ＜–2时，直线与圆无公共点.例2 直线m 经过点P (5，5)且和圆C ：x 2 + y 2 = 25相交，截得弦长l 为45，求m 的方程.【解析】设圆心到直线m 的距离为 d ，由于圆的半径r = 5，弦长的一半252l=， 所以由勾股定理，得：225(25)5d =-=，所以设直线方程为y – 5 = k (x – 5) 即kx – y + 5 – 5k = 0. 由2|55|51k k-=+ ，得12k =或k = 2.所以直线m 的方程为x – 2y + 5 = 0或2x – y – 5 = 0.例3 已知圆C ：x 2 + y 2 – 2x + 4y – 4 = 0. 问是否存在斜率为1的直线l ， 使l 被圆C 截得弦AB 满足：以AB 为直径的圆经过原点.【解析】假设存在且设l 为：y = x + m ，圆C 化为(x – 1)2 – (y + 2)2 = 9，圆心C (1，–2).解方程组2(1)y x m y x =+⎧⎨+=--⎩得AB 的中点N 的坐标11(,)22m m N +--，由于以AB 为直径的圆过原点，所以|AN | = |ON |. 又22(3)||||||92m AN CA CN +=-=-，2211||()()22m m ON +-=-+所以22(3)(1)19()222m m m ++--=+解得m = 1或m = –4.所以存在直线l ，方程为x – y + 1 = 0和x – y – 4 = 0， 并可以检验，这时l 与圆是相交于两点的.。
高中数学必修2(人教A版)教案—4.2.1直线与圆的位置关系
4. 2.1 直线与圆的位置关系【教学目标】１．能根据给定的直线、圆的方程，判断直线与圆的位置关系．２．通过直线与圆的位置关系的学习，体会用代数方法解决几何问题的思想．３．通过本节内容的学习，进一步体会到用坐标法解决几何问题的优越性，逐步养成自觉应用坐标法解决几何问题的习惯．【教学重难点】教学重点：直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法． 教学难点：用坐标法判直线与圆的位置关系． 【教学过程】㈠情景导入、展示目标 问题：一艘轮船在沿直线返回港口的途中，接到气象台的台风预报：台风中心位于轮船正西80km 处，受影响的范围是半径长为30km 的圆形区域.已知港口位于台风中心正北40km 处，如果这艘轮船不改变航线，那么它是否会受到台风的影响？运用平面几何知识，你能解决这个问题吗？请同学们动手试一下. ㈡检查预习、交流展示1．初中学过的平面几何中，直线与圆的位置关系有几种？ 2．怎样判断直线与圆的位置关系呢？ ㈢合作探究、精讲精练探究一：用直线的方程和圆的方程怎样判断它们之间的位置关系？教师：利用坐标法，需要建立直角坐标系，为使直线与圆的方程应用起来简便，在这个实际问题中如何建立直角坐标系？学生：以台风中心为原点O ，东西方向为x 轴，建立直角坐标系，其中，取10km 为单位长度.则受台风影响的圆形区域所对应的圆心为O 的圆的方程为922=+y x轮船航线所在直线 l 的方程为082=-+y x .教师：请同学们运用已有的知识，从方程的角度来研究一下直线与圆的位置关系. 让学生自主探究，互相讨论，探究知识之间的内在联系。
教师对学生在知识上进行适当的补遗，思维上的启迪，方法上点拨，鼓励学生积极、主动的探究. 由学生回答并补充,总结出以下两种解决方法： 方法一：代数法由直线与圆的方程，得：⎩⎨⎧=-+=+082922y x y x 消去y ，得0,74x 2x 2=+-因为040724(-4)2＜△-=⨯⨯-= 所以，直线与圆相离，航线不受台风影响。
高中数学《4.2.1直线与圆的位置关系》学案 新人教A版必修2
4.2.1 直线与圆的位置关系学案一．学习目标：能根据给定直线、圆的方程，判断直线与圆的位置关系；能用直线和圆的方程解决一些简单的问题.二．重点、难点： 重点： 难点：三．知识要点：1. 直线与圆的位置关系及其判定： 方法一：方程组思想，由直线与圆的方程组成的方程组，消去x 或（y ），化为一元二次方程，由判别式符号进行判别；方法二：利用圆心（,a b ）到直线0Ax By C ++=的距离d ，比较d 与r的大小.（1）相交d r ⇔<⇔ 0∆>；（2）相切d r ⇔=⇔0∆=；（3）相离d r ⇔>⇔0∆<. 2. 直线与圆的相切研究，是高考考查的重要内容. 同时，我们要熟记直线与圆的各种方程、几何性质，也要掌握一些常用公式，例如点线距离公式d =四．自主探究： （一）例题精讲：【例1】（02年全国卷.文）若直线（1+a ）x+y+1=0与圆x 2＋y 2－2x ＝0相切，则a 的值为 .解：将圆x 2＋y 2－2x ＝0的方程化为标准式：（x －1）2＋y 2＝1, 其圆心为（1，0），半径为1，由直线（1＋a ）x ＋y ＋1＝0与该圆相切，则圆心到直线的距离1d ==， ∴ a ＝－1.【例2】求直线:220l x y --=被圆22:(3)9C x y -+=所截得的弦长. （P 144 练习1题） 解：由题意，列出方程组22220(3)9x y x y --=⎧⎨-+=⎩，消y 得251440x x -+=，得12145x x +=，1245x x =.设直线220x y --=与圆22(3)9x y -+=交于点11(,)A x y ，22(,)B x y ，则21|||AB x x -.另解：圆心C 的坐标是(3,0)，半径长3r =. 圆心到直线220x y --=的距离d =所以，直线22x y --=被圆22(3)9x y -+=截得的弦长是2145==.【例3】（04年辽宁卷.13）若经过点(1,0)P -的直线与圆224230x y x y ++-+=相切，则此直线在y 轴上的截距是 .解：圆的标准方程为22(2)(1)2x y ++-=，则圆心(2,1)C -，半径r =设过点(1,0)P -的直线方程为(1)y k x =+，即0kx y k -+=.∴ 圆心到切线的距离d r ===1k =.∴ 直线方程为1y x =+，在y 轴上的截距是1.点评：研究直线和圆的相切，简捷的方法是利用公式d r ==，还可以由方程组只有一个实根进行解答. 选择恰当的方法，是我们解题的一种能力.【例4】设圆上的点A （2，3）关于直线x+2y=0的对称点仍在这个圆上，且与直线x-y+1=0相交的弦长为.解：设A 关于直线x+2y=0的对称点为A ’. 由已知得AA ’为圆的弦，得到AA ’的对称轴x+2y=0过圆心.设圆心P （-2a ，a ），半径为r ， 则r=|PA|=(-2a-2)2+(a-3)2.又弦长AA ’的距离为d =∴ 22(31)22a R -=+， 即4(a+1)2+(a-3)2=2+2(31)2a -， 解得a=-7或a=-3.当a=-3时，a=-7时，∴ 所求圆方程为(x-6)2+(y+3)2=52或(x-14)2+(y+7)2=244.点评：在解答与圆的弦长相关的一些问题时，常用勾股定理，得到圆心到弦的距离d 、半径r 、半弦长的一个勾股式. 这种方法与方程组的思想求解弦长问题相比，计算过程较为简单.五．目标检测 （一）基础达标1．直线4x －3y －2＝0与圆2224110x y x y +-+-=的位置关系是（ ）. A ．相交 B ．相切 C ．相离 D ．以上都不对2．（08年全国卷Ⅰ. 文10）若直线1x ya b+=与圆221x y +=有公共点，则（ ）.A ．221a b +≤B ．221a b +≥C ．22111a b +≤D ．22111a b+≥3．平行于直线2x －y+1=0且与圆x 2+y 2=5相切的直线的方程是（ ）. A ．2x －y+5=0 B ．2x －y －5=0C ．2x ＋y+5=0或2x ＋y －5=0D ．2x －y+5=0或2x －y －5=04．直线x=2被圆22()4x a y -+=所截弦长等于, 则a 的值为（ ）.A. －1或－或或5．（04年全国卷Ⅲ. 文5理4）圆2240x y x +-=在点P 处的切线方程为（ ）.A.20x -=B.40x -=C.40x +=D.20x += 6．已知圆C ：22(1)(2)4x y -+-=及直线l ：30x y -+=，则直线l 被C 截得的弦长为 .7．（03年上海春）若经过两点A （－1，0）、B （0，2）的直线l 与圆（x －1）2+（y －a ）2=1相切，则a= .（二）能力提高8－截圆x 2＋y 2＝4得的劣弧所对的圆心角.9．一直线过点3(3,)2P--，被圆2225x y+=截得的弦长为8, 求此弦所在直线方程.（三）探究创新10．（1997全国文）已知圆满足：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的距离为求该圆的方程.。
2014人教A版数学必修二4.2.1《直线与圆的位置关系》学案2
高中数学 4.2.1直线与圆的位置关系学案 新人教A 版必修2 学习目标：1、理解直线与圆的位置的种类；2、利用平面直角坐标系中点到直线的距离公式求圆心到直线的距离；3、会用点到直线的距离来判断直线与圆的位置关系. 学习重点、难点 重点：直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法．难点：用坐标法判断直线与圆的位置关系．学习过程一、展示目标二、自主学习1、认真研读教材126---128页，认真思考、独立规范作答，认真完成每一个问题，每一道习题，研究最佳答案准备展示,不会的先绕过，做好记号。
2、把学案中自己易忘、易出错的知识点和疑难问题以及解题方法规律，及时整理在解题本，多复习记忆。
（尤其是直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法必需牢记）三、交流互动问题1．初中学过的平面几何中，直线与圆的位置关系有几类？问题2．直线与圆的位置关系有哪几种呢？问题3．在初中，我们怎样判断直线与圆的位置关系呢？问题4．你能说出判断直线与圆的位置关系的两种方法吗？典型例题：例1.已知直线063:=-+y x l 和圆心为C 的圆04222=--+y y x ，判断直线l 与圆的位置关系；如果相交，求它们交点的坐标。
例2.已知过点)3,3(--M 的直线l 被圆021422=-++y y x ，所截得的弦长为54，求直线l 的方程。
四、达标检测1、从点P(x.3)向圆（x+2)2+(y+2)2=1作切线，则切线长度的最小值是（ ）A. 4B.C.5D. 5.52、M(3.0)是圆x 2+y 2-8x-2y+10=0内一点，则过点M 最长的弦所在的直线方程是( )A.x+y-3=0B. 2x-y-6=0C.x-y-3=0D.2x+y-6=03、直线l: sin cos 1x y αα+=与圆x 2+y 2=1的关系是（ ） A.相交 B.相切 C. 相离 D.不能确定4、设点P(3,2)是圆(x-2)2+(y-1)2=4内部一点，则以P 为中点的弦所在的直线方程是_______5.已知直线y=x +1与圆224x y +=相交于A ,B 两点，求弦长|AB |的值五、归纳总结：教师引导学生归纳，整理本节课的知识脉络，提升他们掌握知识的层次。
人教版高中数学全套教案导学案高中数学 (4.2.1 直线与圆的位置关系)示范教案 新人教A版必修2
4.2 直线、圆的位置关系 4.2.1 直线与圆的位置关系整体设计教学分析学生在初中的学习中已了解直线与圆的位置关系,并知道可以利用直线与圆的交点的个数以及圆心与直线的距离d 与半径r 的关系判断直线与圆的位置关系,但是,在初中学习时,利用圆心与直线的距离d 与半径r 的关系判断直线与圆的位置关系的方法却以结论性的形式呈现.在高一学习了解析几何以后,要考虑的问题是如何掌握由直线和圆的方程判断直线与圆的位置关系的方法.解决问题的方法主要是几何法和代数法.其中几何法应该是在初中学习的基础上,结合高中所学的点到直线的距离公式求出圆心与直线的距离d 后,比较与半径r 的关系从而作出判断.适可而止地引进用联立方程组转化为二次方程判别根的“纯代数判别法”,并与“几何法”欣赏比较,以决优劣,从而也深化了基本的“几何法”.含参数的问题、简单的弦的问题、切线问题等综合问题作为进一步的拓展提高或综合应用,也适度地引入课堂教学中,但以深化“判定直线与圆的位置关系”为目的,要控制难度.虽然学生学习解析几何了,但把几何问题代数化无论是思维习惯还是具体转化方法,学生仍是似懂非懂,因此应不断强化,逐渐内化为学生的习惯和基本素质. 三维目标1.理解直线与圆的位置关系,明确直线与圆的三种位置关系的判定方法,培养学生数形结合的数学思想.2.会用点到直线的距离来判断直线与圆的位置关系及会利用直线与圆的位置关系解决相关的问题，让学生通过观察图形,明确数与形的统一性和联系性. 重点难点教学重点：直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法. 教学难点:用坐标法判断直线与圆的位置关系. 课时安排 2课时教学过程第1课时 导入新课思路1.平面解析几何是高考的重点和热点内容,每年的高考试题中有选择题、填空题和解答题,考查的知识点有直线方程和圆的方程的建立、直线与圆的位置关系等,本节主要学习直线与圆的关系.思路2.(复习导入)(1)直线方程Ax+By+C=0(A,B 不同时为零).(2)圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r 2,圆心为(a,b),半径为r.(3)圆的一般方程x 2+y 2+Dx+Ey+F=0(其中D 2+E 2-4F ＞0)，圆心为(-2D ,-2E ),半径为21F E D 422-+.推进新课 新知探究 提出问题①初中学过的平面几何中,直线与圆的位置关系有几类？ ②在初中,我们怎样判断直线与圆的位置关系呢？③如何用直线与圆的方程判断它们之间的位置关系呢？④判断直线与圆的位置关系有几种方法？它们的特点是什么？ 讨论结果：①初中学过的平面几何中,直线与圆的位置关系有直线与圆相离、直线与圆相切、直线与圆相交三种.②直线与圆的三种位置关系的含义是: 直线与圆的位置关系公共点个数圆心到直线的距离d 与半径r 的关系图形相交 两个 d ＜r 相切 只有一个 d=r相离没有d ＞r③方法一,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二,可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系. ④直线与圆的位置关系的判断方法： 几何方法步骤：1°把直线方程化为一般式,求出圆心和半径.2°利用点到直线的距离公式求圆心到直线的距离. 3°作判断：当d ＞r 时,直线与圆相离；当d=r 时,直线与圆相切;当d ＜r 时,直线与圆相交. 代数方法步骤：1°将直线方程与圆的方程联立成方程组.2°利用消元法,得到关于另一个元的一元二次方程. 3°求出其判别式Δ的值.4°比较Δ与0的大小关系,若Δ＞0,则直线与圆相离；若Δ=0,则直线与圆相切;若Δ＜0,则直线与圆相交.反之也成立. 应用示例思路1例1 已知直线l ：3x+y-6=0和圆心为C 的圆x 2+y 2-2y-4=0,判断直线l 与圆的位置关系.如果相交,求出它们的交点坐标.活动:学生思考或交流,回顾判断的方法与步骤,教师引导学生考虑问题的思路,必要时提示,对学生的思维作出评价;方法一,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二,可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系.解法一:由直线l 与圆的方程,得⎪⎩⎪⎨⎧=--+=-+)2(.042)1(,06322y y x y x消去y,得x 2-3x+2=0,因为Δ=(-3)2-4×1×2=1＞0,所以直线l 与圆相交,有两个公共点.解法二：圆x 2+y 2-2y-4=0可化为x 2+(y-1)2=5,其圆心C 的坐标为(0,1),半径长为5,圆心C到直线l 的距离d=2213|1603|+-+⨯=105＜5.所以直线l 与圆相交,有两个公共点.由x 2-3x+2=0,得x 1=2,x 2=1.把x 1=2代入方程①,得y 1=0;把x 2=1代入方程①,得y 2=3.所以直线l 与圆相交有两个公共点,它们的坐标分别是(2,0)和(1,3).点评:比较两种解法,我们可以看出,几何法判断要比代数法判断快得多,但是若要求交点,仍需联立方程组求解.例2 已知圆的方程是x 2+y 2=2,直线y=x+b,当b 为何值时,圆与直线有两个公共点,只有一个公共点没有公共点.活动:学生思考或交流,教师引导学生考虑问题的思路,必要时提示,对学生的思维作出评价.我们知道,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解,或依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系.反过来,当已知圆与直线的位置关系时,也可求字母的取值范围,所求曲线公共点问题可转化为b 为何值时,方程组⎪⎩⎪⎨⎧+==+bx y y x ,222有两组不同实数根、有两组相同实根、无实根的问题.圆与直线有两个公共点、只有一个公共点、没有公共点的问题,可转化为b 为何值时圆心到直线的距离小于半径、等于半径、大于半径的问题.解法一:若直线l ：y=x+b 和圆x 2+y 2=2有两个公共点、只有一个公共点、没有公共点,则方程组⎪⎩⎪⎨⎧+==+bx y y x ,222有两个不同解、有两个相同解、没有实数解,消去y,得2x 2+2bx+b 2-2=0,所以Δ=(2b)2-4×2(b 2-2)=16-4b 2.所以,当Δ=16-4b 2＞0,即-2＜b ＜2时,圆与直线有两个公共点；当Δ=16-4b 2=0,即b=±2时,圆与直线只有一个公共点；当Δ=16-4b 2＜0,即b ＞2或b ＜-2时,圆与直线没有公共点.解法二：圆x 2+y 2=2的圆心C 的坐标为(0,0),半径长为2,圆心C 到直线l:y=x+b 的距离d=2||11|0101|22b b =+-⨯+⨯-.当d ＞r 时,即2||b ＞2,即|b|＞2,即b ＞2或b ＜-2时,圆与直线没有公共点;当d=r 时,即2||b =2,即|b|=2,即b=±2时,圆与直线只有一个公共点；当d ＜r 时,即2||b ＜2,即|b|＜2,即-2＜b ＜2时,圆与直线有两个公共点.点评：由于圆的特殊性,判断圆与直线的位置关系,多采用圆心到直线的距离与半径的大小进行比较的方法,而以后我们将要学习的圆锥曲线与直线位置关系的判断,则需要利用方程组解的个数来判断. 变式训练已知直线l 过点P(4,0),且与圆O ：x 2+y 2=8相交,求直线l 的倾斜角α的取值范围.解法一：设直线l 的方程为y=k(x-4),即kx-y-4k=0,因为直线l 与圆O 相交,所以圆心O 到直线l 的距离小于半径, 即1|4|2+-k k ＜22,化简得k 2＜1,所以-1＜k ＜1,即-1＜tan α＜1.当0≤tan α＜1时,0≤α＜4π；当-1＜tan α＜0时,43π＜α＜π.所以α的取值范围是［0,4π)∪(43π,π).解法二：设直线l 的方程为y=k(x-4),由⎪⎩⎪⎨⎧=+-=,8),4(22y x x k y ,消去y 得(k 2+1)x 2-8k 2x+16k 2-8=0. 因为直线l 与圆O 相交,所以Δ=(-8k 2)2-4(k 2+1)(16k 2-8)＞0,化简得k 2＜1.(以下同解法一) 点评:涉及直线与圆的位置关系的问题,常可运用以上两种方法.本题若改为选择题或填空题,也可利用图形直接得到答案.思路2例1 已知圆的方程是x 2+y 2=r 2,求经过圆上一点M(x 0,y 0)的切线方程.活动:学生思考讨论,教师提示学生解题的思路,引导学生回顾直线方程的求法,既考虑通法又考虑图形的几何性质.此切线过点(x 0,y 0),要确定其方程,只需求出其斜率k,可利用待定系数法(或直接求解).直线与圆相切的几何特征是圆心到切线的距离等于圆的半径,切线与法线垂直.解法一:当点M 不在坐标轴上时,设切线的斜率为k,半径OM 的斜率为k 1, 因为圆的切线垂直于过切点的半径,所以k=-11k . 因为k 1=00x y 所以k=-00y x .所以经过点M 的切线方程是y-y 0=-00y x(x-x 0). 整理得x 0x+y 0y=x 02+y 02.又因为点M(x 0,y 0)在圆上,所以x 02+y 02=r 2.所以所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2.当点M 在坐标轴上时,可以验证上面的方程同样适用.解法二:设P(x,y)为所求切线上的任意一点,当P 与M 不重合时,△OPM 为直角三角形,OP 为斜边,所以OP 2=OM 2+MP 2,即x 2+y 2=x 02+y 02+(x-x 0)2+(y-y 0)2.整理得x 0x+y 0y=r 2.可以验证,当P 与M 重合时同样适合上式,故所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2. 解法三:设P(x,y)为所求切线上的任意一点,当点M 不在坐标轴上时,由OM⊥MP 得k OM ·k MP =-1,即0x y ·x x y y --00=-1,整理得x 0x+y 0y=r 2.可以验证,当点M 在坐标轴上时,P 与M 重合,同样适合上式,故所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2.点评:如果已知圆上一点的坐标,我们可直接利用上述方程写出过这一点的切线方程. 变式训练求过圆C:(x-a)2+(y-b)2=r 2上一点M(x 0,y 0)的圆的切线方程.解:设x 0≠a,y 0≠b,所求切线斜率为k,则由圆的切线垂直于过切点的半径,得k=by a x k CM---=-001,所以所求方程为y-y 0=by ax ---00(x-x 0),即(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=(x 0-a)2+(y 0-b)2.又点M(x 0,y 0)在圆上,则有(x 0-a)2+(y 0-b)2=r 2.代入上式,得(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=r 2.当x 0=a,y 0=b 时仍然成立,所以过圆C:(x-a)2+(y-b)2=r 2上一点M(x 0,y 0)的圆的切线方程为(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=r 2.例2 从点P(4,5)向圆(x －2)2＋y 2=4引切线,求切线方程.活动:学生思考交流,提出解题的方法,回想直线方程的求法,先验证点与圆的位置关系,再利用几何性质解题.解:把点P(4,5)代入(x －2)2＋y 2=4,得(4－2)2＋52=29＞4,所以点P 在圆(x －2)2＋y 2=4外.设切线斜率为k,则切线方程为y －5=k(x －4),即kx －y ＋5－4k=0.又圆心坐标为(2,0),r=2.因为圆心到切线的距离等于半径,即1|4502|2+-+-k k k =2,k=2021. 所以切线方程为21x －20y ＋16=0.当直线的斜率不存在时还有一条切线是x=4.点评:过圆外已知点P(x,y)的圆的切线必有两条,一般可设切线斜率为k,写出点斜式方程,再利用圆心到切线的距离等于半径,写出有关k 的方程.求出k,因为有两条,所以应有两个不同的k 值,当求得的k 值只有一个时,说明有一条切线斜率不存在,即为垂直于x 轴的直线,所以补上一条切线x=x 1. 变式训练求过点M(3,1),且与圆(x-1)2+y 2=4相切的直线l 的方程. 解:设切线方程为y-1=k(x-3),即kx-y-3k+1=0, 因为圆心(1,0)到切线l 的距离等于半径2, 所以22)1(|13|-++-k k k =2,解得k=-43. 所以切线方程为y-1=-43(x-3),即3x+4y-13=0. 当过点M 的直线的斜率不存在时,其方程为x=3,圆心(1,0)到此直线的距离等于半径2,故直线x=3也符合题意.所以直线l 的方程是3x+4y-12=0或x=3.例3 (1)已知直线l ：y=x+b 与曲线C ：y=21x -有两个不同的公共点,求实数b 的取值范围；(2)若关于x 的不等式21x -＞x+b 解集为R ,求实数b 的取值范围.图1解:(1)如图1(数形结合),方程y=x+b 表示斜率为1,在y 轴上截距为b 的直线l ； 方程y=21x -表示单位圆在x 轴上及其上方的半圆, 当直线过B 点时,它与半圆交于两点,此时b=1,直线记为l 1； 当直线与半圆相切时,b=2,直线记为l 2.直线l 要与半圆有两个不同的公共点,必须满足l 在l 1与l 2之间(包括l 1但不包括l 2), 所以1≤b＜2,即所求的b 的取值范围是［1,2).(2)不等式21x -＞x+b 恒成立,即半圆y=21x -在直线y=x+b 上方, 当直线l 过点(1,0)时,b=-1,所以所求的b 的取值范围是(-∞,-1). 点评:利用数形结合解题,有时非常方便直观. 知能训练本节练习2、3、4. 拓展提升圆x 2+y 2=8内有一点P 0(-1,2),AB 为过点P 0且倾斜角为α的弦. (1)当α=43π时,求AB 的长； (2)当AB 的长最短时,求直线AB 的方程. 解:(1)当α=43π时,直线AB 的斜率为k=tan 43π=-1,所以直线AB 的方程为y-2=-(x+1),即y=-x+1.解法一：(用弦长公式)由⎪⎩⎪⎨⎧=++-=,8,122y x x y 消去y,得2x 2-2x-7=0, 设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则x 1+x 2=1,x 1x 2=-27, 所以|AB|=2)1(1-+|x 1-x 2|=2·212214)(x x x x -+=2·)27(41-⨯-=30.解法二：(几何法)弦心距d=21,半径r=22,弦长|AB|=230218222=-=-dr . (2)当AB 的长最短时,OP 0⊥AB,因为k OP0=-2,k AB =21,直线AB 的方程为y-2=21(x+1), 即x-2y+5=0.课堂小结(1)判断直线与圆的位置关系的方法:几何法和代数法. (2)求切线方程. 作业习题4.2 A 组1、2、3.设计感想本节课是在学习了点和圆的位置关系的基础上进行的,是为后面的圆与圆的位置关系作铺垫的一节课.本节的主题是直线和圆,在解析几何中,直线与圆的关系是一个非常重要的知识点,可以对学生的思维有一个很好的锻炼,将几种重要的数学思想灌输给学生.首先,一开始的复习提问全面又突出重点,特别是“初中学习的如何判断直线和圆的位置关系？”这个问题,为学生思考提供了很好的引导.其次对于例题的选择有很高的要求,好的例题是一个好教案的重要保证.在例题的设计方面,本教案共分为三个层次来一步步的推进,让学生由浅入深,从思维容量上层层递进,对学生的思考和分析都有很好的引导作用,通过思路1的例题1、2对直线与圆的几种位置关系作了巩固,是每个学生都必须也能够掌握的.但这几题虽是基础题也并不是平淡无奇的题,它印证了判定的条件和结论在一定条件下是可以转化的.通过思路2的例题1、2,对圆的切线方程的求法进行了说明和总结.这个知识点与“直线与圆”联系起来,而且同时又渗透了数形结合的思想.让学生通过具体的练习,通过自主地思考、研究,来体会数学思想对我们解题和研究的作用.例题3的设计给学生留下了讨论的空间,不仅将与直线与圆有关的各知识点联系了起来,而且还通过各知识点之间的联系、综合应用,组织学生一起思考起来,对应用的加强更是体现了“分类活动,激发潜能”的基本要求.。
人教A版数学必修二4.2.1《直线与圆的位置关系》学案
重庆市万州分水中学高中数学 4.2.1 直线与圆的位置关系学案新人教A版必修2一．预习目标回忆直线与圆的位置关系有几种及几何特征，初步了解用方程判断直线与圆的位置关系的方法．二．预习内容1．初中学过的平面几何中，直线与圆的位置关系有几种？2．怎样判断直线与圆的位置关系呢？三．提出疑惑同学们，通过你的自主学习，你还有那些疑惑，请填在下面的表格中课内探究学案一．学习目标１．能根据给定的直线、圆的方程，判断直线与圆的位置关系．２．通过直线与圆的位置关系的学习，体会用代数方法解决几何问题的思想．３．通过本节内容的学习，进一步体会到用坐标法解决几何问题的优越性，逐步养成自觉应用坐标法解决几何问题的习惯．学习重点：直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法．学习难点：用坐标法判直线与圆的位置关系．二．学习过程问题：一艘轮船在沿直线返回港口的途中，接到气象台的台风预报：台风中心位于轮船正西80km 处，受影响的范围是半径长为30km的圆形区域.已知港口位于台风中心正北40km处，如果这艘轮船不改变航线，那么它是否会受到台风的影响？探究一：用直线的方程和圆的方程怎样判断它们之间的位置关系？1.如何建立直角坐标系？2.根据直角坐标系写出直线和圆的方程.3.怎样用方程判断他们的位置关系?探究二:判断直线与圆的位置关系有几种方法？例1 已知直线l ：x ＋y －5=0和圆Ｃ：0126422=-+-+y x yx ，判断直线和圆的位置关系.变式１.判断直线x －y ＋5=0和圆Ｃ：0126422=-+-+y x yx 的位置关系.例2．求直线l ：3x-y-6=0被圆Ｃ：04222=--+y x yx 截得的弦ＡＢ的长．1．已知直线5120x y a -+=与圆2220xx y -+=相切，则a 的值为（ ）A ．8B ．-18C ．－18或8D ．不存在 2．设直线0132=++y x 和圆03222=--+x y x相交于点A 、B ，则弦AB 的垂直平 分线方程是 .3．求经过点A （2，-1），和直线x+y=1相切，且圆心在直线y= -2x 上的圆的方程．参考答案:1.Ｃ 2．0323=--y x3．解：设圆的方程为（x-a ）2+（y-b ）2=r 2由题意则有()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-==-+=--+-a b r b a r b a 221122222 解得a=1，b=-2，r=2，故所求圆的方程为（x-1）2+（y+2）2=2.课后练习与提高1．直线1x y +=与圆2220(0)xy ay a +-=>没有公共点，则a 的取值范围是（ ）A ．1)B ．11)C ．(11)D ．1)2.圆0422=-+x y x在点)3,1(P 处的切线方程为A 、023=-+y x B 、043=-+y x C 、043=+-y x D 、023=+-y x3．若圆2244100xy x y +---=上至少有三个不同点到直线:0ax by +=的距离为则直线的倾斜角的取值范围是 ( ) A.[,124ππ] B.[5,1212ππ] C.[,]63ππ D.[0,]2π4．设直线30ax y -+=与圆22(1)(2)4x y -+-=相交于A 、B 两点，且弦AB 的长为a =________ ____．5．已知圆)0()5(:222>=++r r y x C 和直线053:=++y x l . 若圆C 与直线没有公 共点，则r 的取值范围是 .6．已知圆822=+yx ，定点P(4，0)，问过P 点的直线斜率在什么范围内取值时，这条直线与已知圆(1)相切？(2)相交？(3)相离？。
新人教A版必修2高中数学学案教案： 4.2.1直线与圆的位置关系
数学 4.2.1直线与圆的位置关系教案 新人教A 版必修2一、教学目标1、知识与技能：能根据给定直线、圆的方程，判断直线与圆的位置关系。
2、过程与方法：通过具体事例探究直线与圆的位置关系，经历利用点到直线距离来判断直线与圆位置关系的过程，学会求弦长或圆的切线的方法。
3、情感态度与价值观：通过观察图形，理解并掌握直线与圆的位置关系，培养数形结合的思想。
二、教学重点、难点：重点：直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法。
难点：用坐标法判直线与圆的位置关系。
三、教学过程（一）实例引入例1、已知直线l ：3x + y – 6 = 0和圆心为C 的圆04222=--+y y x ，判断直线l 与圆C 的位置关系；如果相交，求直线l 被圆C 所截得的弦长。
问题1：在平面几何中，直线与圆的位置关系有几种？（1）直线与圆相交，有两个公共点；（2）直线与圆相切，只有一个公共点；（3）直线与圆相离，没有公共点。
问题2：在初中，我们怎样判断直线与圆的位置关系？如何用直线和圆的方程判断它们之间的位置关系？方法一：联立方程组，考察方程组有无实数解； 方法二：依据圆心到直线的距离与半径长的关系，判断直线与圆的位置关系。
（二）问题解决解法一：联立方程组：023042063222=+-⇒⎩⎨⎧=--+=-+x x y y x y x ， 因为判别式△ > 0，所以直线l 与圆C 相交，有两个公共点。
解法二：圆心C （0，1），半径5=r ，圆心C 到直线l 的距离5210<=d ，所以直线l 与圆C 相交。
结论：判断直线l 与圆C 的位置关系的方法： 1、判断直线l 与圆C 组成的方程组是否有解： （1）有两组实数解，则直线l 与圆C 相交；（2）有一组实数解，则直线l 与圆C 相切；（3）没有实数解，则直线l 与圆C 相离。
2、判断圆C 的圆心C 到直线的距离与圆的半径的关系：（1）当r d >时，直线l 与圆C 相离；（2）当r d =时，直线l 与圆C 相切；（3）当r d <时，直线l 与圆C 相交；拓展：如何求直线l 被圆C 所截得的弦AB 的长？解法一：联立方程组，消去一个未知数，得关于的一元二次方程：思路一：求出交点的坐标，由两点间的距离公式求得弦长。
2019人教A版数学必修二4.2.1《直线与圆的位置关系》导学案
2019人教A版数学必修二4.2.1《直线与圆的位置关系》导学案一、学习目标(1) 知识目标：理解直线与圆的位置关系；会利用点到直线的距离公式求圆心到直线的距离；会判断直线和圆的位置关系（2）能力目标：通过例题的分析讨论，提高学生的综合运用知识的能力（3）情感目标：通过自主学习，合作交流，体验探究新知的过程，培养“我参与我快乐”的学习精神。
二、学习重点、难点：重点：根据给定直线和园的方程，判断直线与圆的位置关系难点：判断方法的选择三、学习方法：自主探究合作交流四、学习思路：通过创设情景五、知识链接:直线方程、圆的方程、圆的特征有关知识六、预习学情分析：七、学习过程（一）、课前准备（预习教材 P126~ P128，找出疑惑之处）1．把圆的标准方程整理为圆的一般方程 .把整理为圆的标准方程为 .（）2．一艘轮船在沿直线返回港口的途中，接到气象台的台风预报：台风中心位于轮船正西70km处，受影响的范围是半径为30km的圆形区域.已知港口位于台风中心正北 40km处，如果这艘轮船不改变航线，那么它是否会受到台风的影响？3．直线与圆的位置关系有哪几种呢？4．我们怎样判断直线与圆的位置关系呢？如何用直线与圆的方程判断它们之间的位置关系呢？（二）、新课导学※学习探究新知1：设直线的方程为，圆的方程为圆的半径为，圆心到直线的距离为，则判别直线与圆的位置关系的依据有以下几点：⑴当时，直线与圆相离；⑵当时，直线与圆相切；⑶当时，直线与圆相交；新知 2：如果直线的方程为，圆的方程为，将直线方程代入圆的方程，消去得到的一元二次方程式，那么：⑴当时，直线与圆没有公共点；⑵当时，直线与圆有且只有一个公共点；⑶当时，直线与圆有两个不同的公共点；※典型例题例1 用两种方法来判断直线与圆的位置关系.例2 如图 ,已知直线过点且和圆相交,截得弦长为 ,求的方程变式：求直线截圆所得的弦长.※动手试试练 1. 直线与圆相切,求的值.例3、例4、（三）、总结提升※学习小结判断直线与圆的位置关系有两种方法①判断直线与圆的方程组是否有解a.有解,直线与圆有公共点.有一组则相切?有两组,则相交；b. 无解,则直线与圆相离②如果直线的方程为，圆的方程为则圆心到直线的距离.⑴如果时，直线与圆相离；⑵如果时，直线与圆相切；⑶如果时，直线与圆相交；八、学习评价※自我评价你完成本节导学案的情况为（）.A. 很好B. 较好C. 一般D. 较差※自我检测（时量：5分钟满分：10分）计分：1. 直线与圆（）A．相切 B．相离 C．过圆心 D．相交不过圆心3 已知直线过点 (- 2,0) ，当直线与圆有两个交点时，其斜率的取值范围是（）. A． B． C． D．4. 过点的圆的切线方程为 .5. 圆上的点到直线的距离的最大值为 .九、课后作业1．求圆上到直线的距离为的点的坐标.2. 若直线与圆⑴相交；⑵相切；⑶相离；分别求实数的取值范围.。
人教A版高中数学必修二4.2直线圆的位置关系学案
4.2 直线、圆的位置关系4．2.1 直线与圆的位置关系1．直线与圆的位置关系有哪几种？2．过圆外一点和圆上一点的切线的方程应分别怎样求？3．直线被圆所截得的弦长公式是什么？弦长公式是怎样推导出来的？[新知初探]1．直线与圆有三种位置关系位置关系交点个数相交有两个公共点相切只有一个公共点相离没有公共点2.直线Ax＋By＋C＝0位置关系相交相切相离判断方法几何法：设圆心到直线的距离d＝|Aa＋Bb＋C|A2＋B2d＜r d＝r d＞r代数法：由⎩⎪⎨⎪⎧Ax＋By＋C＝0，x－a2＋y－b2＝r2消元得到一元二次方程的判别式ΔΔ＞0Δ＝0Δ＜0 [点睛] 判断直线与圆的位置关系，一般常用几何法，因为代数法计算繁琐，书写量大，易出错，几何法则较简洁，但是在判断直线与其他二次曲线的位置关系时，常用代数法．[小试身手](1)如果直线与圆组成的方程组有解，则直线与圆相交或相切．( )(2)直线x＋2y－1＝0与圆2x2＋2y2－4x－2y＋1＝0的位置关系是相交．( )答案：(1)√(2)√预习课本P126～128，思考并完成以下问题2．设直线l 过点P (－2,0)，且与圆x 2＋y 2＝1相切，则l 的斜率是( ) A ．±1B ．±12C ．±33D ．± 3解析：选C 设l ：y ＝k (x ＋2)，即kx －y ＋2k ＝0. 又l 与圆相切，∴|2k |1＋k2＝1.∴k ＝±33. 3．直线y ＝2x ＋3被圆x 2＋y 2－6x －8y ＝0所截得的弦长等于________．解析：圆的方程可化为(x －3)2＋(y －4)2＝25.故圆心为(3,4)，半径r ＝5.又直线方程为2x －y ＋3＝0，所以圆心到直线的距离为d ＝|2×3－4＋3|4＋1＝5，所以弦长为2r 2－d 2＝2×25－5＝220＝4 5.答案：4 5直线与圆位置关系的判断[典例] (1)已知直线l ：x －2y ＋5＝0与圆C ：(x －7)2＋(y －1)2＝36，判断直线l 与圆C 的位置关系．[解] [法一 代数法]由方程组⎩⎪⎨⎪⎧x －72＋y －12＝36，x －2y ＋5＝0消去y 后整理，得5x 2－50x ＋61＝0. ∵Δ＝(－50)2－4×5×61＝1 280＞0， ∴该方程组有两组不同的实数解， 即直线l 与圆C 相交． [法二 几何法]圆心(7,1)到直线l 的距离为d ＝|1×7－2×1＋5|12＋－22＝2 5.∵d ＜r ＝6，∴直线l 与圆C 相交．判断直线与圆的位置关系常见的方法：(1)几何法：利用d 与r 的关系． (2)代数法：联立方程之后利用Δ判断． 上述方法中最常用的是几何法．[活学活用]1．直线x －ky ＋1＝0与圆x 2＋y 2＝1的位置关系是( ) A ．相交 B ．相离 C ．相交或相切D ．相切解析：选C 直线x －ky ＋1＝0恒过定点(－1,0)，而(－1,0)在圆上，故直线与圆相切或相交．2．设m ＞0，则直线l ：2(x ＋y )＋1＋m ＝0与圆O ：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，圆的半径为r ＝m ，∵d －r ＝1＋m2－m ＝12(m －2m ＋1)＝12(m －1)2≥0，∴d ≥r ，故直线l 和圆O 相切或相离．切线问题[典例] (1)若圆C ：x 2＋y 2＋2x －4y ＋3＝0关于直线2ax ＋by ＋6＝0对称，则由点(a ，b )向圆所作的切线长的最小值是( )A ．2B ．3C ．4D ．6(2)过点A (－1,4)作圆(x －2)2＋(y －3)2＝1的切线l ，求切线l 的方程为________． [解析] (1)因为过圆外一点的圆的切线长l 、半径长r 和这点到圆心的距离d 满足勾股定理，即l 2＝d 2－r 2，所以切线长最短时该点到圆心的距离最小，转化成求该点与圆心的距离的最小值问题．由题意易知圆心C (－1,2)，半径长r ＝2，点(a ，b )在直线y ＝x －3上，所以点(a ，b )与圆心的距离的最小值即圆心到直线y ＝x －3的距离d ，易求d ＝|－1－2－3|2＝32，所以切线长的最小值为d 2－r 2＝322－2＝4.(2)∵(－1－2)2＋(4－3)2＝10＞1， ∴点A 在圆外．当直线l 的斜率不存在时，l 的方程是x ＝－1，不满足题意． 设直线l 的斜率为k ，则切线l 的方程为y －4＝k (x ＋1)，即kx －y ＋4＋k ＝0.圆心(2,3)到切线l 的距离为|2k －3＋4＋k |k 2＋1＝1，解得k ＝0或k ＝－34，因此，所求直线l 的方程y ＝4或3x ＋4y －13＝0. [答案] (1)C (2)y ＝4或3x ＋4y －13＝0(1)过圆上一点(x 0，y 0)的圆的切线方程的求法先求切点与圆心连线的斜率k ，再由垂直关系得切线的斜率为－1k，由点斜式可得切线方程．如果斜率为零或不存在，则由图形可直接得切线方程y ＝y 0或x ＝x 0.(2)过圆外一点(x 0，y 0)的切线方程的求法设切线方程为y －y 0＝k (x －x 0)，由圆心到直线的距离等于半径建立方程，可求得k ，也就得切线方程．当用此法只求出一个方程时，另一个方程应为x ＝x 0，因为在上面解法中不包括斜率不存在的情况，而过圆外一点的切线有两条．一般不用联立方程组的方法求解．(3)求切线长最小值的两种方法①(代数法)直接利用勾股定理求出切线长，把切线长中的变量统一成一个，转化成函数求最值；②(几何法)把切线长最值问题转化成圆心到直线的距离问题． [活学活用]1．圆x 2＋y 2＝4在点P (3，－1)处的切线方程为( ) A.3x ＋y －2＝0 B.3x ＋y －4＝0 C.3x －y －4＝0D.3x －y ＋2＝0解析：选C ∵(3)2＋(－1)2＝4，∴点P 在圆上． ∵切点与圆心连线的斜率为－33，∴切线的斜率为3， ∴切线方程为y ＋1＝3(x －3)，即3x －y －4＝0.2．点P 是直线2x ＋y ＋10＝0上的动点，PA ，PB 与圆x 2＋y 2＝4分别相切于A ，B 两点，则四边形PAOB 面积的最小值为________．解析：如图所示，因为S 四边形PAOB ＝2S △POA .又OA ⊥AP ， 所以S 四边形PAOB ＝2×12|OA |·|PA |＝2|OP |2－|OA |2＝2|OP |2－4.为使四边形PAOB 面积最小，当且仅当|OP |达到最小，即为点O 到直线2x ＋y ＋10＝0的距离：|OP |min ＝1022＋12＝2 5.故所求最小值为2252－4＝8.答案：8弦长问题[典例] 如果一条直线经过点M ⎝ ⎛⎭⎪⎫－3，－32且被圆x 2＋y 2＝25所截得的弦长为8，求这条直线的方程．[解] 圆x 2＋y 2＝25的半径长r 为5，直线被圆所截得的弦长l ＝8，于是弦心距d ＝r 2－⎝ ⎛⎭⎪⎫l 22＝52－42＝3.因为圆心O (0,0)到直线x ＝－3的距离恰为3，所以直线x ＝－3是符合题意的一条直线．设直线y ＋32＝k (x ＋3)也符合题意，即圆心到直线kx －y ＋⎝⎛⎭⎪⎫3k －32＝0的距离等于3，于是⎪⎪⎪⎪⎪⎪3k －32k 2＋1＝3，解得k ＝－34.故直线的方程为3x ＋4y ＋15＝0.综上可知，满足题意的直线有两条，对应的方程分别为x ＝－3和3x ＋4y ＋15＝0.求弦长的两种方法涉及直线被圆截得的弦长问题时，解法有以下两种：(1)由于半径长r 、弦心距d 、弦长l 的一半构成直角三角形，所以利用勾股定理d 2＋⎝ ⎛⎭⎪⎫l 22＝r 2求解，这是常用解法．(2)联立直线与圆的方程，消元得到关于x (或y )的一元二次方程，利用根与系数的关系得到两交点横坐标(或纵坐标)之间的关系，代入两点间距离公式求解．此解法很烦琐，一般不用．[活学活用]1．在平面直角坐标系xOy 中，直线x ＋2y －3＝0被圆(x －2)2＋(y ＋1)2＝4截得的弦长为________．解析：因为圆心(2，－1)到直线x ＋2y －3＝0的距离d ＝|2－2－3|5＝35，所以直线x ＋2y －3＝0被圆截得的弦长为24－95＝2555. 答案：25552．过点(3,1)作圆(x －2)2＋(y －2)2＝4的弦，其中最短弦的长为________． 解析：设点A (3,1)，易知圆心C (2,2)，半径r ＝2. 当弦过点A (3,1)且与CA 垂直时为最短弦， |CA |＝2－32＋2－12＝ 2.∴半弦长＝r 2－|CA |2＝4－2＝ 2. ∴最短弦的长为2 2. 答案：2 2层级一 学业水平达标1．直线3x ＋4y ＋12＝0与圆C ：(x －1)2＋(y －1)2＝9的位置关系是( ) A ．相交并且直线过圆心 B ．相交但直线不过圆心 C ．相切D ．相离解析：选D 圆心C (1,1)到直线的距离d ＝|3×1＋4×1＋12|32＋42＝195，圆C 的半径r ＝3，则d ＞r ，所以直线与圆相离．2．圆x 2＋y 2－4x ＋4y ＋6＝0截直线x －y －5＝0所得的弦长等于( ) A. 6 B.62C ．1D ．5解析：选A 圆的方程可化为(x －2)2＋(y ＋2)2＝2，则圆的半径r ＝2，圆心到直线的距离d ＝|2＋2－5|2＝22，所以直线被圆截得的弦长为2r 2－d 2＝22－12＝ 6. 3．以点(2，－1)为圆心，且与直线3x －4y ＋5＝0相切的圆的方程为( ) A ．(x －2)2＋(y ＋1)2＝3 B ．(x ＋2)2＋(y －1)2＝3 C ．(x ＋2)2＋(y －1)2＝9D ．(x －2)2＋(y ＋1)2＝9解析：选D 圆心到直线3x －4y ＋5＝0的距离d ＝|6＋4＋5|5＝3，即圆的半径为3，所以所求圆的方程为(x －2)2＋(y ＋1)2＝9.4．若直线x －y ＝2被圆(x －a )2＋y 2＝4所截得的弦长为22，则实数a 的值为( ) A ．0或4 B ．0或3 C ．－2或6D ．－1或 3解析：选A 由圆的方程，可知圆心坐标为(a,0)，半径r ＝2.又直线被圆截得的弦长为22，所以圆心到直线的距离d ＝22－⎝⎛⎭⎪⎫2222＝ 2.又d ＝|a －2|2，所以|a －2|＝2，解得a ＝4或a ＝0.故选A.5．若a 2＋b 2＝2c 2(c ≠0)，则直线ax ＋by ＋c ＝0被圆x 2＋y 2＝1所截得的弦长为( ) A.12 B ．1C.22D. 2 解析：选D 圆心到直线的距离d ＝|c |a 2＋b2＝12，设弦长为l ，圆的半径为r ，则⎝ ⎛⎭⎪⎫l 22＋d 2＝r 2，即l ＝2r 2－d 2＝ 2.6．已知直线ax ＋y －2＝0与圆心为C 的圆(x －1)2＋(y －a )2＝4相交于A ，B 两点，且△ABC 为等边三角形，则实数a ＝________.解析：根据“半径、弦长AB 的一半、圆心到直线的距离”满足勾股定理可建立关于a 的方程，解方程求a .圆心C (1，a )到直线ax ＋y －2＝0的距离为|a ＋a －2|a 2＋1.因为△ABC 为等边三角形，所以|AB |＝|BC |＝2，所以⎝ ⎛⎭⎪⎫|a ＋a －2|a 2＋12＋12＝22， 解得a ＝4±15. 答案：4±157．已知圆C 的圆心是直线x －y ＋1＝0与x 轴的交点，且圆C 与直线x ＋y ＋3＝0相切，则圆C 的方程为____________________．解析：令y ＝0得x ＝－1，所以直线x －y ＋1＝0与x 轴的交点为(－1,0)．因为直线x ＋y ＋3＝0与圆相切，所以圆心到直线的距离等于半径，即r ＝|－1＋0＋3|2＝2，所以圆C 的方程为(x ＋1)2＋y 2＝2. 答案：(x ＋1)2＋y 2＝28．点M ，N 在圆x 2＋y 2＋kx ＋2y ＋4＝0上，且点M ，N 关于直线x －y ＋1＝0对称，则该圆的半径是________．解析：由题知，直线x －y ＋1＝0过圆心⎝ ⎛⎭⎪⎫－k2，－1，即－k2＋1＋1＝0，∴k ＝4.∴r ＝16＋4－162＝1. 答案：19．一圆与y 轴相切，圆心在直线x －3y ＝0上，且直线y ＝x 截圆所得弦长为27，求此圆的方程．解：因为圆与y 轴相切，且圆心在直线x －3y ＝0上， 故设圆的方程为(x －3b )2＋(y －b )2＝9b 2. 又因为直线y ＝x 截圆得弦长为27， 则有⎝⎛⎭⎪⎫|3b －b |22＋(7)2＝9b 2， 解得b ＝±1，故所求圆的方程为(x －3)2＋(y －1)2＝9或(x ＋3)2＋(y ＋1)2＝9.10．设圆上的点A (2,3)关于直线x ＋2y ＝0的对称点仍在圆上，且圆与直线x －y ＋1＝0相交的弦长为22，求圆的方程．解：设所求圆的方程为(x －a )2＋(y －b )2＝r 2，则圆心为(a ，b )，半径长为r .∵点A (2,3)关于直线x ＋2y ＝0的对称点A ′仍在这个圆上，∴圆心(a ，b )在直线x ＋2y ＝0上．∴a ＋2b ＝0，①且(2－a )2＋(3－b )2＝r 2.②又∵直线x －y ＋1＝0与圆相交的弦长为22， ∴r 2－d 2＝r 2－⎝⎛⎭⎪⎫|a －b ＋1|22＝(2)2.③ 解由方程①②③组成的方程组，得{ a ＝6，b ＝－3，r 2＝52或{ a ＝14，b ＝－7，r 2＝244.∴所求圆的方程为(x －6)2＋(y ＋3)2＝52或(x －14)2＋(x ＋7)2＝244.层级二 应试能力达标1．直线l ：mx －y ＋1－m ＝0与圆C ：x 2＋(y －1)2＝1的位置关系是( ) A ．相交 B ．相切C ．相离D ．无法确定，与m 的取值有关解析：选A 圆心到直线的距离d ＝|－1－m ＋1|m 2＋1＝|m |m 2＋1＜1＝r ，故选A.2．直线x ＋7y －5＝0截圆x 2＋y 2＝1所得的两段弧长之差的绝对值是( ) A.π4B.π2C ．πD.3π2解析：选C 圆心到直线的距离d ＝|0＋0－5|1＋49＝22.又圆的半径r ＝1，∴直线x ＋7y －5＝0被圆x 2＋y 2＝1截得的弦长为2，∴直线截圆所得的劣弧所对的圆心角为90°，∴劣弧是整个圆周的14，∴直线截圆所得的两段弧长之差的绝对值为整个圆周长的一半，即12×2πr ＝π.3．直线l 与圆x 2＋y 2＋2x －4y ＋a ＝0(a ＜3)相交于A ，B 两点，若弦AB 的中点为C (－2,3)，则直线l 的方程为( )A ．x －y ＋5＝0B ．x ＋y －1＝0C ．x －y －5＝0D ．x ＋y －3＝0解析：选A 由圆的一般方程可得圆心为M (－1,2)．由圆的性质易知M (－1,2)与C (－2,3)的连线与弦AB 垂直，故有k AB ×k MC ＝－1⇒k AB ＝1，故直线AB 的方程为y －3＝x ＋2，整理得x －y ＋5＝0.4．与圆C ：x 2＋y 2－4x ＋2＝0相切，且在x ，y 轴上的截距相等的直线共有( ) A ．1条 B ．2条 C ．3条D ．4条解析：选C 圆C 的方程可化为(x －2)2＋y 2＝2.可分为两种情况讨论：(1)直线在x ，y 轴上的截距均为0，易知直线斜率必存在，设直线方程为y ＝kx ，则|2k |1＋k2＝2，解得k ＝±1；(2)直线在x ，y 轴上的截距均不为0，则可设直线方程为x a ＋y a＝1(a ≠0)，即x ＋y －a ＝0(a ≠0)，则|2－a |2＝2，解得a ＝4(a ＝0舍去)．因此满足条件的直线共有3条．5．过直线x ＋y ＋4＝0与圆x 2＋y 2＋4x －2y －4＝0的交点且与y ＝x 相切的圆的方程为________________．解析：设所求圆的方程为x 2＋y 2＋4x －2y －4＋λ(x ＋y ＋4)＝0.联立方程组{ y ＝x ，x 2＋y 2＋4x －2y －4＋λx ＋y ＋4＝0，得x 2＋(1＋λ)x ＋2(λ－1)＝0.因为圆与y ＝x 相切，所以Δ＝0，即(1＋λ)2－8(λ－1)＝0，则λ＝3，故所求圆的方程为x 2＋y 2＋7x ＋y ＋8＝0.答案：x 2＋y 2＋7x ＋y ＋8＝06．过原点O 作圆x 2＋y 2－6x －8y ＋20＝0的两条切线，设切点分别为P ，Q ，则线段PQ 的长为________．解析：圆的方程化为标准方程为(x －3)2＋(y －4)2＝5，示意图如图所示．则圆心为O ′(3,4)，r ＝ 5.切线长|OP |＝|OO ′|2－|O ′P |2＝2 5. ∴|PQ |＝2·|OP |·|O ′P ||OO ′|＝2×25×55＝4.答案：47．已知点A (1，a )，圆O ：x 2＋y 2＝4.(1)若过点A 的圆O 的切线只有一条，求实数a 的值及切线方程；(2)若过点A 且在两坐标轴上截距相等的直线被圆O 截得的弦长为23，求实数a 的值． 解：(1)由于过点A 的圆O 的切线只有一条，则点A 在圆上，故12＋a 2＝4，∴a ＝± 3. 当a ＝3时，A (1，3)，切线方程为x ＋3y －4＝0； 当a ＝－3时，A (1，－3)，切线方程为x －3y －4＝0. (2)设直线方程为x ＋y ＝b .∵直线过点A ，∴1＋a ＝b ，即a ＝b －1.① 又圆心到直线的距离d ＝|b |2，∴⎝ ⎛⎭⎪⎫|b |22＋⎝ ⎛⎭⎪⎫2322＝4，② 由①②，得{ a ＝2－1，b ＝2或{ a ＝－2－1，b ＝－ 2.8．已知直线l ：2mx －y －8m －3＝0和圆C ：x 2＋y 2－6x ＋12y ＋20＝0. (1)m ∈R 时，证明l 与C 总相交；(2)m 取何值时，l 被C 截得的弦长最短？求此弦长． 解：(1)证明：直线的方程可化为y ＋3＝2m (x －4)， 由点斜式可知，直线过点P (4，－3)．由于42＋(－3)2－6×4＋12×(－3)＋20＝－15<0， 所以点P 在圆内，故直线l 与圆C 总相交．(2)圆的方程可化为(x －3)2＋(y ＋6)2＝25.如图，当圆心C (3，－6)到直线l 的距离最大时，线段AB 的长度最短．此时PC ⊥l ，又k PC＝－3－－64－3＝3，所以直线l 的斜率为－13，则2m ＝－13，所以m ＝－16.在Rt △APC 中，|PC |＝10，|AC |＝r ＝5. 所以|AB |＝2|AC |2－|PC |2＝215.故当m ＝－16时，l 被C 截得的弦长最短，最短弦长为215.4．2.2&4.2.3 圆与圆的位置关系、直线与圆的方程的应用1．圆与圆的位置关系有哪几种？它们分别怎样去判断？2．两圆相交，怎样求公共弦所在的直线方程？3．两圆相交，圆心连线与两圆的公共弦有什么关系？[新知初探]1．圆与圆的位置关系圆与圆的位置关系有五种，分别为外离、外切、相交、内切、内含． 2．圆与圆位置关系的判定(1)几何法：若两圆的半径分别为r 1，r 2，两圆连心线的长为d ，则两圆的位置关系的判断方法如下：预习课本P129～132，思考并完成以下问题|r －r |＜d (2)代数法：设两圆的一般方程为C 1：x 2＋y 2＋D 1x ＋E 1y ＋F 1＝0(D 21＋E 21－4F 1>0)， C 2：x 2＋y 2＋D 2x ＋E 2y ＋F 2＝0(D 22＋E 22－4F 2>0)，联立方程得⎩⎪⎨⎪⎧x 2＋y 2＋D 1x ＋E 1y ＋F 1＝0，x 2＋y 2＋D 2x ＋E 2y ＋F 2＝0，则方程组解的个数与两圆的位置关系如下：[点睛] (1)圆和圆相离，两圆无公共点，它包括外离和内含； (2)圆和圆相交，两圆有两个公共点；(3)圆和圆相切，两圆有且只有一个公共点，它包括内切和外切．[小试身手](1)如果两个圆的方程组成的方程组只有一组实数解，则两圆外切( ) (2)如果两圆的圆心距小于两圆的半径之和，则两圆相交( )(3)从两圆的方程中消掉二次项后得到的二元一次方程是两圆的公共弦所在的直线方程( )(4)过圆O ：x 2＋y 2＝r 2外一点P (x 0，y 0)作圆的两条切线，切点为A ，B ，则O ，P ，A ，B 四点共圆且直线AB 的方程是x 0x ＋y 0y ＝r 2( )答案：(1)× (2)× (3)× (4)√2．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 ．相离解析：选B 两圆的圆心分别为(－2,0)，(2,1)，半径分别为r ＝2，R ＝3，两圆的圆心距离为－2－22＋0－12＝17，则R －r <17<R ＋r ，所以两圆相交，选B.3．已知两圆x 2＋y 2＝10和(x －1)2＋(y －3)2＝20相交于A ，B 两点，则直线AB 的方程是________．解析：圆的方程(x －1)2＋(y －3)2＝20可化为x 2＋y 2－2x －6y ＝10.又x 2＋y 2＝10， 两式相减得2x ＋6y ＝0，即x ＋3y ＝0. 答案：x ＋3y ＝0对应学生用书P61圆与圆位置关系的判断 [典例] 已知两圆C 1：x 2＋y 2＋4x ＋4y －2＝0，C 2：x 2＋y 2－2x －8y －8＝0，判断圆C 1与圆C 2的位置关系．[解] [法一 几何法]把圆C 1的方程化为标准方程，得(x ＋2)2＋(y ＋2)2＝10.圆C 1的圆心坐标为(－2，－2)，半径长r 1＝10.把圆C 2的方程化为标准方程，得(x －1)2＋(y －4)2＝25.圆C 2的圆心坐标为(1,4)，半径长r 2＝5.圆C 1和圆C 2的圆心距d ＝－2－12＋－2－42＝35，又圆C 1与圆C 2的两半径长之和是r 1＋r 2＝5＋10，两半径长之差是r 2－r 1＝5－10. 而5－10<35<5＋10，即r 2－r 1<d <r 1＋r 2， 所以两圆的位置关系是相交． [法二 代数法]将两圆的方程联立得到方程组⎩⎪⎨⎪⎧x 2＋y 2＋4x ＋4y －2＝0，①x 2＋y 2－2x －8y －8＝0，②由①－②得x ＋2y ＋1＝0，③ 由③得x ＝－2y －1，把此式代入①， 并整理得y 2－1＝0，④所以y 1＝1，y 2＝－1，代入x ＋2y ＋1＝0得x 1＝－3，x 2＝1.所以圆C 1与圆C 2有两个不同的公共点(－3,1)，(1，－1)，即两圆的位置关系是相交．判断两圆的位置关系的两种方法(1)几何法：将两圆的圆心距d 与两圆的半径之差的绝对值，半径之和进行比较，进而判断出两圆的位置关系，这是在解析几何中主要使用的方法．(2)代数法：将两圆的方程组成方程组，通过解方程组，根据方程组解的个数进而判断两圆位置关系．[活学活用]到点A (－1,2)，B (3，－1)的距离分别为3和1的直线有________条．解析：到点A (－1,2)的距离为3的直线是以A 为圆心，3为半径的圆的切线；同理，到B 的距离为1的直线是以B 为圆心，半径为1的圆的切线，所以满足题设条件的直线是这两圆的公切线，而这两圆的圆心距|AB |＝3＋12＋－1－22＝5.半径之和为3＋1＝4，因为5>4，所以圆A 和圆B 外离，因此它们的公切线有4条． 答案：4与两圆相交有关的问题[典例] 求经过两圆x 2＋y 2＋6x －4＝0和x 2＋y 2＋6y －28＝0的交点且圆心在直线x －y －4＝0上的圆的方程．[解] 法一：解方程组⎩⎪⎨⎪⎧x 2＋y 2＋6x －4＝0，x 2＋y 2＋6y －28＝0，得两圆的交点A (－1,3)，B (－6，－2)．设所求圆的圆心为(a ，b )，因为圆心在直线x －y －4＝0上，故b ＝a －4. 则有a ＋12＋a －4－32＝ a ＋62＋a －4＋22，解得a ＝12，故圆心为⎝ ⎛⎭⎪⎫12，－72，半径为⎝ ⎛⎭⎪⎫12＋12＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－72－32＝892. 故圆的方程为⎝ ⎛⎭⎪⎫x －122＋⎝ ⎛⎭⎪⎫y ＋722＝892，即x 2＋y 2－x ＋7y －32＝0.法二： ∵圆x 2＋y 2＋6y －28＝0的圆心(0，－3)不在直线x －y －4＝0上，故可设所求圆的方程为x 2＋y 2＋6x －4＋λ(x 2＋y 2＋6y －28)＝0(λ≠－1)，其圆心为⎝ ⎛⎭⎪⎫－31＋λ，－3λ1＋λ，代入x －y －4＝0，求得λ＝－7.故所求圆的方程为x 2＋y 2－x ＋7y －32＝0.1．圆系方程一般地过圆C 1：x 2＋y 2＋D 1x ＋E 1y ＋F 1＝0与圆C 2：x 2＋y 2＋D 2x ＋E 2y ＋F 2＝0交点的圆的方程可设为：x 2＋y 2＋D 1x ＋E 1y ＋F 1＋λ(x 2＋y 2＋D 2x ＋E 2y ＋F 2)＝0(λ≠－1)，然后再由其他条件求出λ，即可得圆的方程．2．两圆相交时，公共弦所在的直线方程若圆C 1：x 2＋y 2＋D 1x ＋E 1y ＋F 1＝0与圆C 2：x 2＋y 2＋D 2x ＋E 2y ＋F 2＝0相交，则两圆公共弦所在直线的方程为(D 1－D 2)x ＋(E 1－E 2)y ＋F 1－F 2＝0.3．公共弦长的求法(1)代数法：将两圆的方程联立，解出交点坐标，利用两点间的距离公式求出弦长． (2)几何法：求出公共弦所在直线的方程，利用圆的半径、半弦长、弦心距构成的直角三角形，根据勾股定理求解．[活学活用]求两圆x 2＋y 2－2x ＋10y －24＝0和x 2＋y 2＋2x ＋2y －8＝0的公共弦所在直线的方程及公共弦长．解：联立两圆的方程得方程组⎩⎪⎨⎪⎧x 2＋y 2－2x ＋10y －24＝0，x 2＋y 2＋2x ＋2y －8＝0，两式相减得x －2y ＋4＝0，此为两圆公共弦所在直线的方程．法一：设两圆相交于点A ，B ，则A ，B 两点满足方程组⎩⎪⎨⎪⎧x －2y ＋4＝0，x 2＋y 2＋2x ＋2y －8＝0，解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝－4，y ＝0或⎩⎪⎨⎪⎧x ＝0，y ＝2.所以|AB |＝－4－02＋0－22＝25，即公共弦长为2 5.法二：由x 2＋y 2－2x ＋10y －24＝0，得(x －1)2＋(y ＋5)2＝50，其圆心坐标为(1，－5)，半径长r ＝52，圆心到直线x －2y ＋4＝0的距离为d ＝|1－2×－5＋4|1＋－22＝3 5. 设公共弦长为2l ，由勾股定理得r 2＝d 2＋l 2，即50＝(35)2＋l 2，解得l ＝5，故公共弦长2l ＝2 5.直线与圆的方程的应用[典例] 为了适应市场需要，某地准备建一个圆形生猪储备基地(如图)，它的附近有一条公路，从基地中心O 处向东走1 km 是储备基地的边界上的点A ，接着向东再走7 km 到达公路上的点B ；从基地中心O 向正北走8 km 到达公路的另一点C .现准备在储备基地的边界上选一点D ，修建一条由D 通往公路BC 的专用线DE ，求DE 的最短距离．[解] 以O 为坐标原点，OB ，OC 的直线分别为x 轴和y 轴，建立平面直角坐标系，则圆O 的方程为x 2＋y 2＝1，因为点B (8,0)，C (0,8)，所以直线BC 的方程为x 8＋y8＝1，即x ＋y ＝8.当点D 选在与直线BC 平行的直线(距BC 较近的一条)与圆相切所成切点处时，DE 为最短距离．此时DE 的最小值为|0＋0－8|2－1＝(42－1)km.求直线与圆的方程的实际应用问题的解题步骤(2)建系：建立平面直角坐标系，用坐标表示点，用方程表示曲线，从而在实际问题中建立直线与曲线的方程；(3)求解：利用直线与圆的方程的有关知识求解问题； (4)还原：将运算结果还原到实际问题中去． [活学活用]一艘轮船沿直线返回港口的途中，接到气象台的台风预报，台风中心位于轮船正西70 km 处，受影响的范围是半径为30 km 的圆形区域，已知港口位于台风中心正北40 km 处，如果这艘轮船不改变航线，那么它是否会受到台风的影响？解：以台风中心为坐标原点，以东西方向为x 轴建立直角坐标系(如图所示)，其中取10 km 为单位长度，则受台风影响的圆形区域所对应的圆的方程为x 2＋y 2＝9，港口所对应的点的坐标为(0,4)，轮船的初始位置所对应的点的坐标为(7,0)，则轮船航线所在直线l 的方程为x 7＋y4＝1，即4x ＋7y －28＝0，圆心(0,0)到l ：4x ＋7y －28＝0的距离d ＝2842＋72＝2865，因为2865>3，所以直线与圆相离．故轮船不会受到台风的影响．层级一 学业水平达标1．已知两圆分别为圆C1：x2＋y2＝81和圆C2：x2＋y2－6x－8y＋9＝0，这两圆的位置关系是( )A．相离 B．相交C．内切 D．外切解析：选C 圆C1的圆心为C1(0,0)，半径长r1＝9；圆C2的方程化为标准形式为(x－3)2＋(y－4)2＝42，圆心为C2(3,4)，半径长r2＝4，所以|C1C2|＝3－02＋4－02＝5.因为r1－r2＝5，所以|C1C2|＝r1－r2，所以圆C1和圆C2内切．2．两圆x2＋y2＝r2，(x－3)2＋(y＋1)2＝r2外切，则正实数r的值是( )A.10B.10 2C. 5 D．5解析：选B 由题意，知2r＝32＋12＝10，r＝102.3．圆O1：x2＋y2－6x＋16y－48＝0与圆O2：x2＋y2＋4x－8y－44＝0的公切线条数为( ) A．4条 B．3条C．2条 D．1条解析：选C 圆O1为(x－3)2＋(y＋8)2＝121，O1(3，－8)，r＝11，圆O2为(x＋2)2＋(y－4)2＝64，O2(－2,4)，R＝8，∴|O1O2|＝3＋22＋－8－42＝13，∴r－R＜|O1O2|＜R＋r，∴两圆相交．∴公切线有2条．4．圆x2＋y2－4x＋6y＝0和圆x2＋y2－6x＝0交于A，B两点，则AB的垂直平分线的方程是( )A．x＋y＋3＝0 B．2x－y－5＝0C．3x－y－9＝0 D．4x－3y＋7＝0解析：选C AB的垂直平分线过两圆的圆心，把圆心(2，－3)代入，即可排除A、B、D.5．台风中心从A地以20 km/h的速度向东北方向移动，离台风中心30 km内的地区为危险区，城市B在A地正东40 km处，则城市B处于危险区内的时间为( ) A．0.5 h B．1 hC．1.5 h D．2 h解析：选B如图，以A 地为原点，AB 所在直线为x 轴，建立平面直角坐标系，则以B (40,0)为圆心，30为半径的圆内MN 之间(含端点)为危险区，可求得|MN |＝20，∴时间为1 h.6．若圆x 2＋y 2－2ax ＋a 2＝2和x 2＋y 2－2by ＋b 2＝1外离，则a ，b 满足的条件是________． 解析：由题意可得两圆圆心坐标和半径长分别为(a,0)，2和(0，b )，1，因为两圆相离，所以a 2＋b 2>2＋1，即a 2＋b 2>3＋2 2. 答案：a 2＋b 2>3＋2 27．若圆x 2＋y 2＝4与圆x 2＋y 2＋2ay －6＝0(a >0)的公共弦的长为23，则a ＝________. 解析：两圆的方程相减，得公共弦所在的直线方程为(x 2＋y 2＋2ay －6)－(x 2＋y 2)＝0－4⇒y ＝1a，又a >0，结合图象(图略)，再利用半径、弦长的一半及弦心距所构成的直角三角形，可知1a＝ 22－32＝1⇒a ＝1.答案：18．经过直线x ＋y ＋1＝0与圆x 2＋y 2＝2的交点，且过点(1,2)的圆的方程为________________．解析：由已知可设所求的圆的方程为x 2＋y 2－2＋λ(x ＋y ＋1)＝0，将(1,2)代入可得λ＝－34，故所求圆的方程为x 2＋y 2－34x －34y －114＝0. 答案：x 2＋y 2－34x －34y －114＝09．求与圆C ：x 2＋y 2－2x ＝0外切且与直线l ：x ＋3y ＝0相切于点M (3，－3)的圆的方程．解：圆C 的方程可化为(x －1)2＋y 2＝1， 圆心C (1,0)，半径为1.设所求圆的方程为(x －a )2＋(y －b )2＝r 2(r ＞0)，由题意可知⎩⎪⎨⎪⎧a －12＋b 2＝r ＋1，b ＋3a －3×⎝ ⎛⎭⎪⎫－33＝－1，|a ＋3b |2＝r ，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝4，b ＝0，r ＝2.所以所求圆的方程为(x －4)2＋y 2＝4.10．已知两圆x 2＋y 2－2x －6y －1＝0和x 2＋y 2－10x －12y ＋m ＝0.(1)m 取何值时两圆外切？ (2)m 取何值时两圆内切？(3)求m ＝45时两圆的公共弦所在直线的方程和公共弦的长．解：两圆的标准方程为：(x －1)2＋(y －3)2＝11，(x －5)2＋(y －6)2＝61－m ， 圆心分别为M (1,3)，N (5,6)，半径分别为11和61－m . (1)当两圆外切时，5－12＋6－32＝11＋61－m ，解得m ＝25＋1011.(2)当两圆内切时，因定圆的半径11小于两圆圆心间距离5，故只有61－m －11＝5，解得m ＝25－1011.(3)两圆的公共弦所在直线方程为(x 2＋y 2－2x －6y －1)－(x 2＋y 2－10x －12y ＋45)＝0，即4x ＋3y －23＝0， ∴公共弦长为2112－⎣⎢⎡⎦⎥⎤|4×1＋3×3－23|42＋322＝27. 层级二 应试能力达标1．若圆C 1：x 2＋y 2＝1与圆C 2：x 2＋y 2－6x －8y ＋m ＝0外切，则m ＝( ) A ．21 B ．19 C ．9D ．－11解析：选C 依题意可得圆C 1：x 2＋y 2＝1与圆C 2：x 2＋y 2－6x －8y ＋m ＝0的圆心分别为C 1(0,0)，C 2(3,4)，则|C 1C 2|＝ 33＋42＝5.又r 1＝1，r 2＝25－m ，由r 1＋r 2＝25－m ＋1＝5，解得m ＝9.2．若圆x 2＋y 2＝r 2与圆x 2＋y 2＋2x －4y ＋4＝0有公共点，则r 满足的条件是( ) A ．r <5＋1 B ．r >5＋1 C ．|r －5|<1D ．|r －5|≤1解析：选D 由x 2＋y 2＋2x －4y ＋4＝0，得(x ＋1)2＋(y －2)2＝1，两圆圆心之间的距离为－12＋22＝ 5.∵两圆有公共点，∴|r －1|≤5≤r ＋1，∴5－1≤r ≤5＋1，即－1≤r－5≤1，∴|r －5|≤1.3．圆(x ＋2)2＋y 2＝5关于直线x －y ＋1＝0对称的圆的方程为( ) A ．(x －2)2＋y 2＝5 B ．x 2＋(y －2)2＝5 C ．(x －1)2＋(y －1)2＝5D ．(x ＋1)2＋(y ＋1)2＝5解析：选D 由圆(x ＋2)2＋y 2＝5，可知其圆心为(－2,0)，半径为 5.设点(－2,0)关于直线x －y ＋1＝0对称的点为(x ，y )，则⎩⎪⎨⎪⎧y －0x ＋2＝－1，x －22－y ＋02＋1＝0，解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝－1，y ＝－1，∴所求圆的圆心为(－1，－1)．又所求圆的半径为5，∴圆(x ＋2)2＋y 2＝5关于直线x －y ＋1＝0对称的圆的方程为(x ＋1)2＋(y ＋1)2＝5.4．点P 在圆C 1：x 2＋y 2－8x －4y ＋11＝0上，点Q 在圆C 2：x 2＋y 2＋4x ＋2y ＋1＝0上，则|PQ |的最小值是( )A ．5B ．1C ．35－5D ．35＋5解析：选C 圆C 1：x 2＋y 2－8x －4y ＋11＝0，即(x －4)2＋(y －2)2＝9，圆心为C 1(4,2)；圆C 2：x 2＋y 2＋4x ＋2y ＋1＝0，即(x ＋2)2＋(y ＋1)2＝4，圆心为C 2(－2，－1)，两圆相离，|PQ |的最小值为|C 1C 2|－(r 1＋r 2)＝35－5.5．若圆O ：x 2＋y 2＝5与圆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 的长为________．解析：连接OO 1，记AB 与OO 1的交点为C ，如图所示，在Rt △OO 1A 中，|OA |＝5，|O 1A |＝25，∴|OO 1|＝5，∴|AC |＝5×255＝2， ∴|AB |＝4. 答案：46．过两圆x 2＋y 2－2y －4＝0与x 2＋y 2－4x ＋2y ＝0的交点，且圆心在直线l ：2x ＋4y －1＝0上的圆的方程是________．解析：设圆的方程为x 2＋y 2－4x ＋2y ＋λ(x 2＋y 2－2y －4)＝0，则(1＋λ)x 2－4x ＋(1＋λ)y 2＋(2－2λ)y －4λ＝0，把圆心⎝⎛⎭⎪⎫21＋λ，λ－11＋λ代入l ：2x ＋4y －1＝0的方程，可得λ＝13，所以所求圆的方程为x 2＋y 2－3x ＋y －1＝0. 答案：x 2＋y 2－3x ＋y －1＝07．已知圆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 1与圆O 2外切，求圆O 2的方程；(2)若圆O 1与圆O 2交于A ，B 两点，且|AB |＝22，求圆O 2的方程． 解：(1)设圆O 1、圆O 2的半径分别为r 1，r 2， ∵两圆外切，∴|O 1O 2|＝r 1＋r 2，第- 21 -页 共21页 ∴r 2＝|O 1O 2|－r 1＝0－22＋－1－12－2＝2(2－1)， ∴圆O 2的方程是(x －2)2＋(y －1)2＝12－8 2.(2)由题意，设圆O 2的方程为(x －2)2＋(y －1)2＝r 23，圆O 1，O 2的方程相减，即得两圆公共弦AB 所在直线的方程，为4x ＋4y ＋r 23－8＝0.∴圆心O 1(0，－1)到直线AB 的距离为|0－4＋r 23－8|42＋42＝4－⎝ ⎛⎭⎪⎫2222＝2，解得r 23＝4或20.∴圆O 2的方程为(x －2)2＋(y －1)2＝4或(x －2)2＋(y －1)2＝20.8．某公园有A 、B 两个景点，位于一条小路(直道)的同侧，分别距小路 2 km 和2 2 km ，且A ，B 景点间相距2 km ，今欲在该小路上设一观景点，使两景点在同时进入视线时有最佳观赏和拍摄效果，则观景点应设在何处？解：所选观景点应使对两景点的视角最大．由平面几何知识知，该点应是过A ，B 两点的圆与小路所在的直线相切时的切点．以小路所在直线为x 轴，B 点在y 轴正半轴上建立平面直角坐标系．由题意，得A (2，2)，B (0,22)，设圆的方程为(x －a )2＋(y －b )2＝b 2，由A ，B 两点在圆上，得{ a ＝0，b ＝2 或{ a ＝42，b ＝52，由实际意义知a ＝0，b ＝2，∴圆的方程为x 2＋(y －2)2＝2，切点为(0,0)，∴观景点应设在B 景点在小路的投影处．。
最新人教A版必修2 4.2.1 直线与圆的位置关系 学案
4.2 直线、圆的位置关系 4.2.1 直线与圆的位置关系学习目标：1.理解直线与圆的三种位置关系．(重点)2.会用圆心到直线的距离来判断直线与圆的位置关系．(重点)3.能解决直线与圆位置关系的综合问题．(易错点、难点)[自 主 预 习·探 新 知]1．直线与圆有三种位置关系代数法：由⎩⎨⎧Ax ＋By ＋C ＝0，x －a 2＋y －b2＝r 2消元得到一元二次方程的判别式Δ1．思考辨析(1)如果直线与圆组成的方程组有解，则直线与圆相交或相切．( ) (2)直线x ＋2y －1＝0与圆2x 2＋2y 2－4x －2y ＋1＝0的位置关系是相交．( )[提示] (1)√ (2)√2．直线3x ＋4y －5＝0与圆x 2＋y 2＝1的位置关系是( )A．相交B．相切C．相离D．无法判断B[圆心(0,0)到直线3x＋4y－5＝0的距离d＝|－5|32＋42＝1.∵d＝r，∴直线与圆相切．选B.]3．若直线x＋y－m＝0与圆x2＋y2＝2相离，则m的取值范围是________．(－∞，－2)∪(2，＋∞) [∵直线与圆相离，∴圆心到直线的距离d＞r.即|－m|2＞2，∴m＞2或m＜－2.][合作探究·攻重难]直线与圆的位置关系的判断已知直线方程mx－y－m－1＝0，圆的方程x2＋y2－4x－2y ＋1＝0.当m为何值时，圆与直线：(1)有两个公共点；(2)只有一个公共点；(3)没有公共点. 【导学号：07742292】[解] 将直线mx－y－m－1＝0代入圆的方程化简整理得，(1＋m2)x2－2(m2＋2m＋2)x＋m2＋4m＋4＝0.∵Δ＝4m(3m＋4)，∴当Δ＞0，即m＞0或m＜－43时，直线与圆相交，即直线与圆有两个公共点；当Δ＝0，即m＝0或m＝－43时，直线与圆相切，即直线与圆只有一个公共点；当Δ＜0，即－43＜m＜0时，直线与圆相离，即直线与圆没有公共点．[规律方法] 判断直线与圆的位置关系应注意的问题1利用几何法比利用代数法能更简捷地判断出直线与圆的位置关系.2在解决直线与圆的位置关系问题时，应注意联系圆的几何性质，利用有关图形的几何特征尽可能简化运算.提醒：利用几何法来判定直线与圆的位置关系时，一定要明确圆心的坐标. [跟踪训练]1．已知直线l ：x －2y ＋5＝0与圆C ：(x －7)2＋(y －1)2＝36，判断直线l 与圆C 的位置关系．[解] 法一：(代数法)由方程组⎩⎨⎧x －72＋y －12＝36，x －2y ＋5＝0，消去y 后整理得5x 2－50x ＋61＝0. ∵Δ＝(－50)2－4×5×61＝1 280＞0， ∴该方程组有两组不同的实数解， 即直线l 与圆C 相交． 法二：(几何法)圆心(7,1)到直线l 的距离为d ＝|1×7－2×1＋5|12＋－22＝2 5. ∵d ＜r ＝6，∴直线l 与圆C 相交.切线问题22(1)此切线的方程；(2)其切线长. 【导学号：07742293】思路探究：先确定点A 在圆外，切线应有两条，再根据圆心到直线的距离d ＝r .求切线方程；利用勾股定理求切线长．[解] (1)因为(4－3)2＋(－3－1)2＝17＞1， 所以点A 在圆外．①若所求直线的斜率存在，设切线斜率为k ， 则切线方程为y ＋3＝k (x －4)． 设圆心为C ，因为圆心C(3,1)到切线的距离等于半径1，所以|3k－1－3－4k|k2＋1＝1，即|k＋4|＝k2＋1，所以k2＋8k＋16＝k2＋1.解得k＝－158.所以切线方程为y＋3＝－158(x－4)，即15x＋8y－36＝0.②若直线斜率不存在，圆心C(3,1)到直线x＝4的距离也为1，这时直线与圆也相切，所以另一条切线方程是x＝4. 综上，所求切线方程为15x＋8y－36＝0或x＝4. (2)因为圆心C的坐标为(3,1)，设切点为B，则△ABC为直角三角形，|AC|＝3－42＋1＋32＝17，又|BC|＝r＝1，则|AB|＝|AC|2－|BC|2＝172－12＝4，∴切线长为4.[规律方法]过一点的圆的切线方程的求法1点x0，y0在圆上.①先求切点与圆心连线的斜率k，再由垂直关系得切线的斜率为－1k，由点斜式可得切线方程.②如果斜率为零或不存在，则由图形可直接得切线方程y＝y0或x＝x0.2点x0，y0在圆外.①设切线方程为y－y0＝k x－x0，由圆心到直线的距离等于半径建立方程，可求得k，也就是切线方程.②当用此法只求出一个方程时，另一个方程应为x＝x0，因为在上面解法中不包括斜率不存在的情况.③过圆外一点的切线有两条.一般不用联立方程组的方法求解.提醒：已知一点求圆的切线方程时，切勿漏掉斜率不存在的情况.[跟踪训练]2．圆x2＋y2＝4在点P(3，－1)处的切线方程为( )A．3x＋y－2＝0 B．3x＋y－4＝0C．3x－y－4＝0 D．3x－y＋2＝0C[∵(3)2＋(－1)2＝4，∴点P在圆上．∵切点与圆心连线的斜率为－3 3，∴切线的斜率为3，∴切线方程为y＋1＝3(x－3)，即3x－y－4＝0.]3．点P是直线2x＋y＋10＝0上的动点，PA，PB与圆x2＋y2＝4分别相切于A，B两点，则四边形PAOB面积的最小值为________．8[如图所示，因为S四边形PAOB＝2S△POA.又OA⊥AP，所以S四边形PAOB＝2×12|OA|·|PA|＝2|OP|2－|OA|2＝2|OP|2－4.为使四边形PAOB面积最小，当且仅当|OP|达到最小，即为点O到直线2x＋y＋10＝0的距离：|OP|min ＝1022＋12＝2 5.故所求最小值为2252－4＝8.]弦长问题[探究问题]1．已知直线l 与圆相交，如何利用通过求交点坐标的方法求弦长？ [提示] 将直线方程与圆的方程联立解出交点坐标，再利用|AB |＝x 2－x 12＋y 2－y 12求弦长．2．若直线与圆相交、圆的半径为r 、圆心到直线的距离为d ，如何求弦长？ [提示] 通过半弦长、弦心距、半径构成的直角三角形，如图所示，求得弦长l ＝2r 2－d 2.求直线l ：3x ＋y －6＝0被圆C ：x 2＋y 2－2y －4＝0截得的弦长.【导学号：07742294】思路探究：本题可以考虑利用弦心距，半弦长和半径构成的直角三角形求解．若交点坐标易求，则可以联立解方程组，求出交点坐标，利用两点间的距离公式求解．[解] 法一：圆C ：x 2＋y 2－2y －4＝0可化为x 2＋(y －1)2＝5， 其圆心坐标为(0,1)，半径r ＝ 5.点(0,1)到直线l 的距离为d ＝|3×0＋1－6|32＋12＝102，l ＝2r 2－d 2＝10，所以截得的弦长为10. 法二：设直线l 与圆C 交于A 、B 两点． 由⎩⎨⎧3x ＋y －6＝0，x 2＋y 2－2y －4＝0，得交点A (1,3)，B (2,0)， 所以弦AB 的长为|AB |＝2－12＋0－32＝10.母题探究：1.若本例改为“过点(2,0)的直线被圆C ：x 2＋y 2－2y －4＝0截得的弦长为10，求该直线方程”，又如何求解．[解] 由例题知，圆心C (0,1)，半径r ＝5，又弦长为10. 所以圆心到直线的距离d ＝r 2－⎝⎛⎭⎪⎫102 2＝5－52＝102. 又直线过点(2,0)，知直线斜率一定存在． 可设直线斜率为k ，则直线方程为y ＝k (x －2)，所以d＝|－1－2k|k2＋1＝102，解得k＝－3或k＝13，所以直线方程为y＝－3(x－2)或y＝13(x－2)，即3x＋y－6＝0或x－3y－2＝0.2．本例若改为“求过点M(1,2)且被圆C：x2＋y2－2y－4＝0所截弦长最短时，直线的方程”，又如何求解？[解] 由例题知圆心C(0,1)，圆的标准方程为x2＋(y－1)2＝5.因为12＋(2－1)2＜5，故点M(1,2)在圆内．则当CM与直线垂直时弦长最短，又k CM＝1，所以所求直线的斜率为－1，又过点M(1,2)，所以直线方程为y－2＝－(x－1)，即x＋y－3＝0.1利用圆的半径r，圆心到直线的距离d，弦长l之间的关2利用交点坐标,若直线与圆的交点坐标易求出，求出交点坐标后，直接用两点间距离公式计算弦长.3利用弦长公式,设直线l：y＝kx＋b，与圆的两交点x1，y1，x2，y2，将直线方程代入圆的方程，消元后利用根与系数的关系得弦长[当堂达标·固双基]1．直线3x＋4y＋12＝0与圆(x－1)2＋(y＋1)2＝9的位置关系是( )A．过圆心B．相切C．相离D．相交但不过圆心D[圆心坐标为(1，－1)，圆心到直线3x＋4y＋12＝0的距离为d＝|3－4＋12|32＋42＝115＜r＝3.又点(1，－1)不在直线3x＋4y＋12＝0上，所以直线与圆相交且不过圆心．选D.]2．设直线l过点P(－2,0)，且与圆x2＋y2＝1相切，则l的斜率是( )【导学号：07742295】A．±1 B．±1 2C．±33D．± 3C[设直线l斜率为k，则l的方程为y＝k(x＋2)，由l与圆x2＋y2＝1相切，所以|2k|k2＋1＝1.解得k＝±33 .]3．(2018·全国卷Ⅰ)直线y＝x＋1与圆x2＋y2＋2y－3＝0交于A，B两点，则|AB|＝________.【导学号：07742296】22[由题意知圆的方程为x2＋(y＋1)2＝4，所以圆心坐标为(0，－1)，半径为2，则圆心到直线y＝x＋1的距离d＝|－1－1|2＝2，所以|AB|＝222－22＝2 2.]4．圆x2＋y2－4x＝0在点P(1，3)处的切线方程为________．[解] 圆x2＋y2－4x＝0的圆心坐标是(2,0)，所以切点与圆心连线的斜率：3－01－2＝－3，所以切线的斜率为33，切线方程为：y－3＝33(x－1)，即x－3y＋2＝0.故答案为：x－3y＋2＝0.5．求过点(1，－7)且与圆x2＋y2＝25相切的直线方程．[解] 由题意知切线斜率存在，设切线的斜率为k，则切线方程为y＋7＝k(x－1)，即kx－y－k－7＝0.∴|－k－7|k2＋1＝5，解得k＝43或k＝－34.∴所求切线方程为y＋7＝43(x－1)或y＋7＝－34(x－1)，即4x－3y－25＝0或3x＋4y＋25＝0.。
高中数学 必修二(4.2.1 直线与圆的位置关系)示范教案 新人教A版必修2
4.2 直线、圆的位置关系 4.2.1 直线与圆的位置关系整体设计 教学过程第1课时 导入新课思路1.平面解析几何是高考的重点和热点内容,每年的高考试题中有选择题、填空题和解答题,考查的知识点有直线方程和圆的方程的建立、直线与圆的位置关系等,本节主要学习直线与圆的关系.思路2.(复习导入)(1)直线方程Ax+By+C=0(A,B 不同时为零).(2)圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r 2,圆心为(a,b),半径为r.(3)圆的一般方程x 2+y 2+Dx+Ey+F=0(其中D 2+E 2-4F ＞0)，圆心为(-2D ,-2E ),半径为21F E D 422-+.推进新课 新知探究 提出问题①初中学过的平面几何中,直线与圆的位置关系有几类？ ②在初中,我们怎样判断直线与圆的位置关系呢？③如何用直线与圆的方程判断它们之间的位置关系呢？④判断直线与圆的位置关系有几种方法？它们的特点是什么？ 讨论结果：①初中学过的平面几何中,直线与圆的位置关系有直线与圆相离、直线与圆相切、直线与圆相交三种.②直线与圆的三种位置关系的含义是: 直线与圆的位置关系公共点个数圆心到直线的距离d 与半径r 的关系图形相交 两个 d ＜r 相切 只有一个 d=r相离没有d ＞r③方法一,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二,可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系. ④直线与圆的位置关系的判断方法： 几何方法步骤：1°把直线方程化为一般式,求出圆心和半径.2°利用点到直线的距离公式求圆心到直线的距离. 3°作判断：当d ＞r 时,直线与圆相离；当d=r 时,直线与圆相切;当d ＜r 时,直线与圆相交. 代数方法步骤：1°将直线方程与圆的方程联立成方程组.2°利用消元法,得到关于另一个元的一元二次方程. 3°求出其判别式Δ的值.4°比较Δ与0的大小关系,若Δ＞0,则直线与圆相离；若Δ=0,则直线与圆相切;若Δ＜0,则直线与圆相交.反之也成立. 应用示例思路1例1 已知直线l ：3x+y-6=0和圆心为C 的圆x 2+y 2-2y-4=0,判断直线l 与圆的位置关系.如果相交,求出它们的交点坐标.活动:学生思考或交流,回顾判断的方法与步骤,教师引导学生考虑问题的思路,必要时提示,对学生的思维作出评价;方法一,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二,可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系.解法一:由直线l 与圆的方程,得⎪⎩⎪⎨⎧=--+=-+)2(.042)1(,06322y y x y x消去y,得x 2-3x+2=0,因为Δ=(-3)2-4×1×2=1＞0,所以直线l 与圆相交,有两个公共点.解法二：圆x 2+y 2-2y-4=0可化为x 2+(y-1)2=5,其圆心C 的坐标为(0,1),半径长为5,圆心C到直线l 的距离d=2213|1603|+-+⨯=105＜5.所以直线l 与圆相交,有两个公共点.由x 2-3x+2=0,得x 1=2,x 2=1.把x 1=2代入方程①,得y 1=0;把x 2=1代入方程①,得y 2=3.所以直线l 与圆相交有两个公共点,它们的坐标分别是(2,0)和(1,3).点评:比较两种解法,我们可以看出,几何法判断要比代数法判断快得多,但是若要求交点,仍需联立方程组求解.例2 已知圆的方程是x 2+y 2=2,直线y=x+b,当b 为何值时,圆与直线有两个公共点,只有一个公共点没有公共点.活动:学生思考或交流,教师引导学生考虑问题的思路,必要时提示,对学生的思维作出评价.我们知道,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解,或依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系.反过来,当已知圆与直线的位置关系时,也可求字母的取值范围,所求曲线公共点问题可转化为b 为何值时,方程组⎪⎩⎪⎨⎧+==+bx y y x ,222有两组不同实数根、有两组相同实根、无实根的问题.圆与直线有两个公共点、只有一个公共点、没有公共点的问题,可转化为b 为何值时圆心到直线的距离小于半径、等于半径、大于半径的问题.解法一:若直线l ：y=x+b 和圆x 2+y 2=2有两个公共点、只有一个公共点、没有公共点,则方程组⎪⎩⎪⎨⎧+==+bx y y x ,222有两个不同解、有两个相同解、没有实数解,消去y,得2x 2+2bx+b 2-2=0,所以Δ=(2b)2-4×2(b 2-2)=16-4b 2.所以,当Δ=16-4b 2＞0,即-2＜b ＜2时,圆与直线有两个公共点；当Δ=16-4b 2=0,即b=±2时,圆与直线只有一个公共点；当Δ=16-4b 2＜0,即b ＞2或b ＜-2时,圆与直线没有公共点.解法二：圆x 2+y 2=2的圆心C 的坐标为(0,0),半径长为2,圆心C 到直线l:y=x+b 的距离d=2||11|0101|22b b =+-⨯+⨯-.当d ＞r 时,即2||b ＞2,即|b|＞2,即b ＞2或b ＜-2时,圆与直线没有公共点;当d=r 时,即2||b =2,即|b|=2,即b=±2时,圆与直线只有一个公共点；当d ＜r 时,即2||b ＜2,即|b|＜2,即-2＜b ＜2时,圆与直线有两个公共点.点评：由于圆的特殊性,判断圆与直线的位置关系,多采用圆心到直线的距离与半径的大小进行比较的方法,而以后我们将要学习的圆锥曲线与直线位置关系的判断,则需要利用方程组解的个数来判断. 变式训练已知直线l 过点P(4,0),且与圆O ：x 2+y 2=8相交,求直线l 的倾斜角α的取值范围. 解法一：设直线l 的方程为y=k(x-4),即kx-y-4k=0,因为直线l 与圆O 相交,所以圆心O 到直线l 的距离小于半径, 即1|4|2+-k k ＜22,化简得k 2＜1,所以-1＜k ＜1,即-1＜tan α＜1.当0≤tan α＜1时,0≤α＜4π；当-1＜tan α＜0时,43π＜α＜π.所以α的取值范围是［0,4π)∪(43π,π).解法二：设直线l 的方程为y=k(x-4),由⎪⎩⎪⎨⎧=+-=,8),4(22y x x k y ,消去y 得(k 2+1)x 2-8k 2x+16k 2-8=0. 因为直线l 与圆O 相交,所以Δ=(-8k 2)2-4(k 2+1)(16k 2-8)＞0,化简得k 2＜1.(以下同解法一) 点评:涉及直线与圆的位置关系的问题,常可运用以上两种方法.本题若改为选择题或填空题,也可利用图形直接得到答案.思路2例1 已知圆的方程是x 2+y 2=r 2,求经过圆上一点M(x 0,y 0)的切线方程.活动:学生思考讨论,教师提示学生解题的思路,引导学生回顾直线方程的求法,既考虑通法又考虑图形的几何性质.此切线过点(x 0,y 0),要确定其方程,只需求出其斜率k,可利用待定系数法(或直接求解).直线与圆相切的几何特征是圆心到切线的距离等于圆的半径,切线与法线垂直.解法一:当点M 不在坐标轴上时,设切线的斜率为k,半径OM 的斜率为k 1,因为圆的切线垂直于过切点的半径,所以k=-11k . 因为k 1=00x y 所以k=-00y x .所以经过点M 的切线方程是y-y 0=-00y x(x-x 0). 整理得x 0x+y 0y=x 02+y 02.又因为点M(x 0,y 0)在圆上,所以x 02+y 02=r 2.所以所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2.当点M 在坐标轴上时,可以验证上面的方程同样适用.解法二:设P(x,y)为所求切线上的任意一点,当P 与M 不重合时,△OPM 为直角三角形,OP 为斜边,所以OP 2=OM 2+MP 2,即x 2+y 2=x 02+y 02+(x-x 0)2+(y-y 0)2.整理得x 0x+y 0y=r 2.可以验证,当P 与M 重合时同样适合上式,故所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2. 解法三:设P(x,y)为所求切线上的任意一点,当点M 不在坐标轴上时,由OM⊥MP 得k OM ·k MP =-1,即0x y ·x x y y --00=-1,整理得x 0x+y 0y=r 2.可以验证,当点M 在坐标轴上时,P 与M 重合,同样适合上式,故所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2.点评:如果已知圆上一点的坐标,我们可直接利用上述方程写出过这一点的切线方程. 变式训练求过圆C:(x-a)2+(y-b)2=r 2上一点M(x 0,y 0)的圆的切线方程.解:设x 0≠a,y 0≠b,所求切线斜率为k,则由圆的切线垂直于过切点的半径,得k=by a x k CM---=-001,所以所求方程为y-y 0=by ax ---00(x-x 0),即(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=(x 0-a)2+(y 0-b)2.又点M(x 0,y 0)在圆上,则有(x 0-a)2+(y 0-b)2=r 2.代入上式,得(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=r 2.当x 0=a,y 0=b 时仍然成立,所以过圆C:(x-a)2+(y-b)2=r 2上一点M(x 0,y 0)的圆的切线方程为(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=r 2.例2 从点P(4,5)向圆(x －2)2＋y 2=4引切线,求切线方程.活动:学生思考交流,提出解题的方法,回想直线方程的求法,先验证点与圆的位置关系,再利用几何性质解题.解:把点P(4,5)代入(x －2)2＋y 2=4,得(4－2)2＋52=29＞4,所以点P 在圆(x －2)2＋y 2=4外.设切线斜率为k,则切线方程为y －5=k(x －4),即kx －y ＋5－4k=0.又圆心坐标为(2,0),r=2.因为圆心到切线的距离等于半径,即1|4502|2+-+-k k k =2,k=2021. 所以切线方程为21x －20y ＋16=0.当直线的斜率不存在时还有一条切线是x=4.点评:过圆外已知点P(x,y)的圆的切线必有两条,一般可设切线斜率为k,写出点斜式方程,再利用圆心到切线的距离等于半径,写出有关k 的方程.求出k,因为有两条,所以应有两个不同的k 值,当求得的k 值只有一个时,说明有一条切线斜率不存在,即为垂直于x 轴的直线,所以补上一条切线x=x 1. 变式训练求过点M(3,1),且与圆(x-1)2+y 2=4相切的直线l 的方程. 解:设切线方程为y-1=k(x-3),即kx-y-3k+1=0, 因为圆心(1,0)到切线l 的距离等于半径2, 所以22)1(|13|-++-k k k =2,解得k=-43. 所以切线方程为y-1=-43(x-3),即3x+4y-13=0. 当过点M 的直线的斜率不存在时,其方程为x=3,圆心(1,0)到此直线的距离等于半径2,故直线x=3也符合题意.所以直线l 的方程是3x+4y-12=0或x=3.例3 (1)已知直线l ：y=x+b 与曲线C ：y=21x -有两个不同的公共点,求实数b 的取值范围；(2)若关于x 的不等式21x -＞x+b 解集为R ,求实数b 的取值范围.图1解:(1)如图1(数形结合),方程y=x+b 表示斜率为1,在y 轴上截距为b 的直线l ； 方程y=21x -表示单位圆在x 轴上及其上方的半圆, 当直线过B 点时,它与半圆交于两点,此时b=1,直线记为l 1； 当直线与半圆相切时,b=2,直线记为l 2.直线l 要与半圆有两个不同的公共点,必须满足l 在l 1与l 2之间(包括l 1但不包括l 2), 所以1≤b＜2,即所求的b 的取值范围是［1,2).(2)不等式21x -＞x+b 恒成立,即半圆y=21x -在直线y=x+b 上方, 当直线l 过点(1,0)时,b=-1,所以所求的b 的取值范围是(-∞,-1). 点评:利用数形结合解题,有时非常方便直观. 知能训练本节练习2、3、4. 拓展提升圆x 2+y 2=8内有一点P 0(-1,2),AB 为过点P 0且倾斜角为α的弦. (1)当α=43π时,求AB 的长； (2)当AB 的长最短时,求直线AB 的方程. 解:(1)当α=43π时,直线AB 的斜率为k=tan 43π=-1,所以直线AB 的方程为y-2=-(x+1),即y=-x+1.解法一：(用弦长公式)由⎪⎩⎪⎨⎧=++-=,8,122y x x y 消去y,得2x 2-2x-7=0, 设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则x 1+x 2=1,x 1x 2=-27, 所以|AB|=2)1(1-+|x 1-x 2|=2·212214)(x x x x -+=2·)27(41-⨯-=30.解法二：(几何法)弦心距d=21,半径r=22,弦长|AB|=230218222=-=-dr . (2)当AB 的长最短时,OP 0⊥AB,因为k OP0=-2,k AB =21,直线AB 的方程为y-2=21(x+1), 即x-2y+5=0.。
高中数学人教版必修2 4.2.1直线与圆的位置关系 教案(系列五)
4.2.1 直线与圆的位置关系一、教材分析学生在初中的学习中已了解直线与圆的位置关系,并知道可以利用直线与圆的交点的个数以及圆心与直线的距离d 与半径r 的关系判断直线与圆的位置关系,但是,在初中学习时,利用圆心与直线的距离d 与半径r 的关系判断直线与圆的位置关系的方法却以结论性的形式呈现.在高一学习了解析几何以后,要考虑的问题是如何掌握由直线和圆的方程判断直线与圆的位置关系的方法.解决问题的方法主要是几何法和代数法.其中几何法应该是在初中学习的基础上,结合高中所学的点到直线的距离公式求出圆心与直线的距离d 后,比较与半径r 的关系从而作出判断.适可而止地引进用联立方程组转化为二次方程判别根的“纯代数判别法”,并与“几何法”欣赏比较,以决优劣,从而也深化了基本的“几何法”.含参数的问题、简单的弦的问题、切线问题等综合问题作为进一步的拓展提高或综合应用,也适度地引入课堂教学中,但以深化“判定直线与圆的位置关系”为目的,要控制难度.虽然学生学习解析几何了,但把几何问题代数化无论是思维习惯还是具体转化方法,学生仍是似懂非懂,因此应不断强化,逐渐内化为学生的习惯和基本素质. 二、教学目标1．知识与技能（1）理解直线与圆的位置的种类；（2）利用平面直角坐标系中点到直线的距离公式求圆心到直线的距离； （3）会用点到直线的距离来判断直线与圆的位置关系. （二）过程与方法设直线l ：ax + by + c = 0，圆C ：x 2 + y 2 + Dx + Ey + F = 0，圆的半径为r ，圆心(,)22D E--到直线的距离为d ，则判别直线与圆的位置关系的依据有以下几点：（1）当d ＞r 时，直线l 与圆C 相离； （2）当d ＝r 时，直线l 与圆C 相切； （3）当d ＜r 时，直线l 与圆C 相交； 3．情态与价值观让学生通过观察图形，理解并掌握直线与圆的位置关系，培养学生数形结合的思想. 三、教学重点与难点教学重点：直线与圆的位置关系的几何图形及其判断方法.教学难点：用坐标法判断直线与圆的位置关系. 四、课时安排2课时 五、教学设计第1课时（一）导入新课思路1.平面解析几何是高考的重点和热点内容,每年的高考试题中有选择题、填空题和解答题,考查的知识点有直线方程和圆的方程的建立、直线与圆的位置关系等,本节主要学习直线与圆的关系.思路2.(复习导入)(1)直线方程Ax+By+C=0(A,B 不同时为零).(2)圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r 2,圆心为(a,b),半径为r.(3)圆的一般方程x 2+y 2+Dx+Ey+F=0(其中D 2+E 2-4F ＞0)，圆心为(-2D ,-2E),半径为21F E D 422-+.（二）推进新课、新知探究、提出问题①初中学过的平面几何中,直线与圆的位置关系有几类？ ②在初中,我们怎样判断直线与圆的位置关系呢？ ③如何用直线与圆的方程判断它们之间的位置关系呢？ ④判断直线与圆的位置关系有几种方法？它们的特点是什么？讨论结果：①初中学过的平面几何中,直线与圆的位置关系有直线与圆相离、直线与圆相切、直线与圆相交三种.②直线与圆的三种位置关系的含义是:③方法一,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二,可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系.④直线与圆的位置关系的判断方法： 几何方法步骤：1°把直线方程化为一般式,求出圆心和半径. 2°利用点到直线的距离公式求圆心到直线的距离.3°作判断：当d ＞r 时,直线与圆相离；当d=r 时,直线与圆相切;当d ＜r 时,直线与圆相交. 代数方法步骤：1°将直线方程与圆的方程联立成方程组.2°利用消元法,得到关于另一个元的一元二次方程. 3°求出其判别式Δ的值.4°比较Δ与0的大小关系,若Δ＞0,则直线与圆相离；若Δ=0,则直线与圆相切;若Δ＜0,则直线与圆相交.反之也成立.（三）应用示例思路1例1 已知直线l ：3x+y-6=0和圆心为C 的圆x 2+y 2-2y-4=0,判断直线l 与圆的位置关系.如果相交,求出它们的交点坐标.活动:学生思考或交流,回顾判断的方法与步骤,教师引导学生考虑问题的思路,必要时提示,对学生的思维作出评价;方法一,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解；方法二,可以依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系.解法一:由直线l 与圆的方程,得⎪⎩⎪⎨⎧=--+=-+)2(.042)1(,06322y y x y x消去y,得x 2-3x+2=0,因为Δ=(-3)2-4×1×2=1＞0,所以直线l 与圆相交,有两个公共点. 解法二：圆x 2+y 2-2y-4=0可化为x 2+(y-1)2=5,其圆心C 的坐标为(0,1),半径长为5,圆心C 到直线l 的距离d=2213|1603|+-+⨯=105＜5.所以直线l 与圆相交,有两个公共点.由x 2-3x+2=0,得x 1=2,x 2=1.把x 1=2代入方程①,得y 1=0;把x 2=1代入方程①,得y 2=3.所以直线l 与圆相交有两个公共点,它们的坐标分别是(2,0)和(1,3).点评:比较两种解法,我们可以看出,几何法判断要比代数法判断快得多,但是若要求交点,仍需联立方程组求解.例2 已知圆的方程是x 2+y 2=2,直线y=x+b,当b 为何值时,圆与直线有两个公共点,只有一个公共点没有公共点.活动:学生思考或交流,教师引导学生考虑问题的思路,必要时提示,对学生的思维作出评价.我们知道,判断直线l 与圆的位置关系,就是看由它们的方程组成的方程组有无实数解,或依据圆心到直线的距离与半径长的关系判断直线与圆的位置关系.反过来,当已知圆与直线的位置关系时,也可求字母的取值范围,所求曲线公共点问题可转化为b 为何值时,方程组⎪⎩⎪⎨⎧+==+bx y y x ,222有两组不同实数根、有两组相同实根、无实根的问题.圆与直线有两个公共点、只有一个公共点、没有公共点的问题,可转化为b 为何值时圆心到直线的距离小于半径、等于半径、大于半径的问题.解法一:若直线l ：y=x+b 和圆x 2+y 2=2有两个公共点、只有一个公共点、没有公共点,则方程组⎪⎩⎪⎨⎧+==+bx y y x ,222有两个不同解、有两个相同解、没有实数解,消去y,得2x 2+2bx+b 2-2=0, 所以Δ=(2b)2-4×2(b 2-2)=16-4b 2.所以,当Δ=16-4b 2＞0,即-2＜b ＜2时,圆与直线有两个公共点；当Δ=16-4b 2=0,即b=±2时,圆与直线只有一个公共点；当Δ=16-4b 2＜0,即b ＞2或b ＜-2时,圆与直线没有公共点.解法二：圆x 2+y 2=2的圆心C 的坐标为(0,0),半径长为2,圆心C 到直线l:y=x+b 的距离d=2||11|0101|22b b =+-⨯+⨯-.当d ＞r 时,即2||b ＞2,即|b|＞2,即b ＞2或b ＜-2时,圆与直线没有公共点;当d=r 时,即2||b =2,即|b|=2,即b=±2时,圆与直线只有一个公共点；当d ＜r 时,即2||b ＜2,即|b|＜2,即-2＜b ＜2时,圆与直线有两个公共点.点评：由于圆的特殊性,判断圆与直线的位置关系,多采用圆心到直线的距离与半径的大小进行比较的方法,而以后我们将要学习的圆锥曲线与直线位置关系的判断,则需要利用方程组解的个数来判断.变式训练已知直线l 过点P(4,0),且与圆O ：x 2+y 2=8相交,求直线l 的倾斜角α的取值范围.解法一：设直线l 的方程为y=k(x-4),即kx-y-4k=0,因为直线l 与圆O 相交,所以圆心O 到直线l 的距离小于半径, 即1|4|2+-k k ＜22,化简得k 2＜1,所以-1＜k ＜1,即-1＜tanα＜1.当0≤tanα＜1时,0≤α＜4π；当-1＜tanα＜0时,43π＜α＜π. 所以α的取值范围是［0,4π)∪(43π,π). 解法二：设直线l 的方程为y=k(x-4),由⎪⎩⎪⎨⎧=+-=,8),4(22y x x k y ,消去y 得(k 2+1)x 2-8k 2x+16k 2-8=0. 因为直线l 与圆O 相交,所以Δ=(-8k 2)2-4(k 2+1)(16k 2-8)＞0,化简得k 2＜1.(以下同解法一) 点评:涉及直线与圆的位置关系的问题,常可运用以上两种方法.本题若改为选择题或填空题,也可利用图形直接得到答案.思路2例1 已知圆的方程是x 2+y 2=r 2,求经过圆上一点M(x 0,y 0)的切线方程.活动:学生思考讨论,教师提示学生解题的思路,引导学生回顾直线方程的求法,既考虑通法又考虑图形的几何性质.此切线过点(x 0,y 0),要确定其方程,只需求出其斜率k,可利用待定系数法(或直接求解).直线与圆相切的几何特征是圆心到切线的距离等于圆的半径,切线与法线垂直.解法一:当点M 不在坐标轴上时,设切线的斜率为k,半径OM 的斜率为k 1, 因为圆的切线垂直于过切点的半径,所以k=-11k .因为k 1=00x y 所以k=-00y x .所以经过点M 的切线方程是y-y 0=-00y x(x-x 0). 整理得x 0x+y 0y=x 02+y 02.又因为点M(x 0,y 0)在圆上,所以x 02+y 02=r 2. 所以所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2.当点M 在坐标轴上时,可以验证上面的方程同样适用.解法二:设P(x,y)为所求切线上的任意一点,当P 与M 不重合时,△OPM 为直角三角形,OP 为斜边,所以OP 2=OM 2+MP 2,即x 2+y 2=x 02+y 02+(x-x 0)2+(y-y 0)2.整理得x 0x+y 0y=r 2.可以验证,当P 与M 重合时同样适合上式,故所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2.解法三:设P(x,y)为所求切线上的任意一点,当点M 不在坐标轴上时,由OM ⊥MP 得k OM ·k MP =-1,即00x y ·xx y y --00=-1,整理得x 0x+y 0y=r 2.可以验证,当点M 在坐标轴上时,P 与M 重合,同样适合上式,故所求的切线方程是x 0x+y 0y=r 2.点评:如果已知圆上一点的坐标,我们可直接利用上述方程写出过这一点的切线方程. 变式训练求过圆C:(x-a)2+(y-b)2=r 2上一点M(x 0,y 0)的圆的切线方程.解:设x 0≠a,y 0≠b,所求切线斜率为k,则由圆的切线垂直于过切点的半径,得k=by a x k CM---=-001,所以所求方程为y-y 0=by a x ---00(x-x 0),即(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=(x 0-a)2+(y 0-b)2.又点M(x 0,y 0)在圆上,则有(x 0-a)2+(y 0-b)2=r 2. 代入上式,得(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=r 2.当x 0=a,y 0=b 时仍然成立,所以过圆C:( x-a)2+(y-b)2=r 2上一点M(x 0,y 0)的圆的切线方程为(y-b)(y 0-b)+(x-a)(x 0-a)=r 2.例2 从点P(4,5)向圆(x －2)2＋y 2=4引切线,求切线方程.活动:学生思考交流,提出解题的方法,回想直线方程的求法,先验证点与圆的位置关系,再利用几何性质解题.解:把点P(4,5)代入(x －2)2＋y 2=4,得(4－2)2＋52=29＞4,所以点P 在圆(x －2)2＋y 2=4外.设切线斜率为k,则切线方程为y －5=k(x －4),即kx －y ＋5－4k=0.又圆心坐标为(2,0),r=2.因为圆心到切线的距离等于半径,即1|4502|2+-+-k k k =2,k=2021. 所以切线方程为21x －20y ＋16=0.当直线的斜率不存在时还有一条切线是x=4. 点评:过圆外已知点P(x,y)的圆的切线必有两条,一般可设切线斜率为k,写出点斜式方程,再利用圆心到切线的距离等于半径,写出有关k 的方程.求出k,因为有两条,所以应有两个不同的k 值,当求得的k 值只有一个时,说明有一条切线斜率不存在,即为垂直于x 轴的直线,所以补上一条切线x=x 1. 变式训练求过点M(3,1),且与圆(x-1)2+y 2=4相切的直线l 的方程.解:设切线方程为y-1=k(x-3),即kx-y-3k+1=0, 因为圆心(1,0)到切线l 的距离等于半径2, 所以22)1(|13|-++-k k k =2,解得k=-43. 所以切线方程为y-1=-43(x-3),即3x+4y-13=0. 当过点M 的直线的斜率不存在时,其方程为x=3,圆心(1,0)到此直线的距离等于半径2,故直线x=3也符合题意.所以直线l 的方程是3x+4y-12=0或x=3.例3 (1)已知直线l ：y=x+b 与曲线C ：y=21x -有两个不同的公共点,求实数b 的取值范围；(2)若关于x 的不等式21x -＞x+b 解集为R ,求实数b 的取值范围.图1解:(1)如图1(数形结合),方程y=x+b 表示斜率为1,在y 轴上截距为b 的直线l ； 方程y=21x -表示单位圆在x 轴上及其上方的半圆, 当直线过B 点时,它与半圆交于两点,此时b=1,直线记为l 1；当直线与半圆相切时,b=2,直线记为l 2.直线l 要与半圆有两个不同的公共点,必须满足l 在l 1与l 2之间(包括l 1但不包括l 2), 所以1≤b ＜2,即所求的b 的取值范围是［1,2).(2)不等式21x -＞x+b 恒成立,即半圆y=21x -在直线y=x+b 上方, 当直线l 过点(1,0)时,b=-1,所以所求的b 的取值范围是(-∞,-1). 点评:利用数形结合解题,有时非常方便直观.（四）知能训练本节练习2、3、4.（五）拓展提升圆x 2+y 2=8内有一点P 0(-1,2),AB 为过点P 0且倾斜角为α的弦.(1)当α=43π时,求AB 的长； (2)当AB 的长最短时,求直线AB 的方程. 解:(1)当α=43π时,直线AB 的斜率为k=tan 43π=-1,所以直线AB 的方程为y-2=-(x+1),即y=-x+1.解法一：(用弦长公式)由⎪⎩⎪⎨⎧=++-=,8,122y x x y 消去y,得2x 2-2x-7=0, 设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则x 1+x 2=1,x 1x 2=-27, 所以|AB|=2)1(1-+|x 1-x 2|=2·212214)(x x x x -+=2·)27(41-⨯-=30.解法二：(几何法)弦心距d=21,半径r=22,弦长|AB|=230218222=-=-dr . (2)当AB 的长最短时,OP 0⊥AB,因为k OP0=-2,k AB =21,直线AB 的方程为y-2=21(x+1), 即x-2y+5=0.（六）课堂小结(1)判断直线与圆的位置关系的方法:几何法和代数法.(2)求切线方程.（七）作业习题4.2 A组1、2、3.。
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四川省岳池县第一中学高中数学必修二学案：4-2-1 直线与圆的位置
关系
学习目标 1、理解直线与圆的几种位置关系，会求圆的切线方程，能够利用点到直线的距离公式求圆心到直线的距离，会判断直线与圆的位置关系；培养学生数形结合的思想方法，提高分析问题、解决问题、总结归纳的能力.
2、通过独立思考，合作探究，学会处理直线与圆相交时与弦长有关问题的求法以及圆的切线方程的求法.
3、通过对直线与圆的位置关系的相关知识的深入研究，培养学生的探究精神和创新意识，让学生感受数学，激情投入，激发学生学数学、用数学的热情.
重点: 判断直线与圆的位置关系.
难点：求弦长及切线方程的方法.
预习案
使用说明﹠学法指导
1.思考并回答“相关知识”中的4个问题，回顾前面所学与本课时相关的内容，明确本课时的探究方向；
2.通过“教材助读”中问题1的完成，初步了解直线与圆的三种位置关系及判断方法；通过问题2的回答，进一步认识直线与圆的位置关系的判断方法及弦长问题的求法；
3.迅速完成预习自测；
4.预习案用时约20分钟，将预习中不能解决的问题标出来，并写到后面“我的疑惑”处. Ⅰ.相关知识
1.圆的标准方程和一般方程分别是什么形式？
2.如何求点到直线的距离？
3.初中学过的平面几何中，直线与圆的位置关系有几种？
4.在初中，我们怎样判断直线与圆的位置关系呢？
Ⅱ.教材助读
1.阅读课本例2以前的内容，思考并回答下列问题：
（1）由平面几何知，直线与圆有三种位置关系：
①直线与圆相交，有个公共点；
②直线与圆，只有一个公共点；
③直线与圆相离， .
（2）例1中，解法一的思路是什么？解法二的思路是什么？由于该题中要求求出交点的坐标，因此我们应该选择解法来解答更好一些.
（3）如何求直线与圆的交点的坐标？.
2.阅读课本例2的内容，思考并回答下列问题：
（1）例2中如何求弦心距？
（2）例2中所得到的直线为什么会有两条？
（3）判断直线l与圆C的位置关系有几种方法？
Ⅲ.预习自测
1.下列命题中，正确的是（）
A．直线与圆最多有两个公共点
B．若直线与圆相交，则直线上的点都在圆内
C．若A是圆O上一点，则过点A的直线AB与圆O相切
D．若C为圆O外一点，则过点C的直线CD与圆O相交或相离
5，圆心O与直线AB的距离为d，根据条件填写d的取值范围：
2.已知圆O的半径长为cm
（1）若直线AB和圆相离，则；
（2）若直线AB和圆相切，则；
（3）若直线AB和圆相交，则 .
3.过点)4,2(A 与圆422=+y x 相切的切线方程为 .
我的疑惑：请将预习中不能解决的问题写下来，供课堂解决。
探究案
Ⅰ.学始于疑-----我思考，我收获
1.判断直线与圆的位置关系有几种?
2.求直线截圆所得的弦长的方法有几种？
3.如何求过一定点的圆的切线方程？
学习建议 用3分钟时间认真思考这些问题，并结合预习中自己的疑惑开始下面的探究学习. Ⅱ.质疑探究-----质疑解疑、合作探究
(一)基础知识探究
探究点 直线与圆的位置关系
问题1：如何 判断直线与圆的位置关系？
问题2：如果直线l 上有一点在圆C 内，那么直线l 与圆C 的位置关系是 .
问题3：如果直线与圆相交，如何求其弦长？
问题4：过一点)(0,0y x （不在圆内）作圆的切线，怎样求切线方程？
问题5：若已知切线的斜率为k ，如何求已知圆的切线方程？
归纳总结
（二）知识综合应用探究
探究点一 求圆的切线方程的问题（重点）
【例1】求过点)1,2(A 向圆422=+y x 所引的切线方程.
思考1：切线的斜率一定存在吗？
思考2：如何求切线的斜率？
规律方法总结
探究点二 弦长问题（难点）
【例2】求直线022:=--y x l 被圆9)
3(:22=+-y x C 所截得的弦长.
思考1：如何求直线与圆的交点坐标？
思考2：直线与圆相交能构造出直角三角形吗？
规律方法总结
拓展提升 直线l 经过点)5,5(P ，且和圆25:22=+y x O 相交于B A ,两点，截得的弦长为54，求直线l 的方程.
思考1：求直线方程，已知过一点的坐标，只要再求出什么就行了？
思考2：在哪个三角形中可以求出圆心到直线的距离？
Ⅲ.我的知识网络图-------归纳总结、串联整合
Ⅳ.
1.圆心在直线x y =上且与x 轴相切于点)0,1(的圆的方程为（ ）
A. 1)
1(22=+-y x B. 1)1()1(22=-+-y x
C. 1)1()1(22=-++y x
D. 1)1()1(22=+++y x
2.直线012=+-y x 与圆0266222=--++y x y x 的位置关系是（ ） A.相切 B. 相交且过圆心 C. 相离 D. 相交不过圆心
3.（2011，湖北文）过点)2,1(--的直线l 被圆012222=+--+y x y x
截得的弦长为2，则直线l 的斜率为 .
我的收获（反思静悟、体验成功）
训练案
一、 基础巩固题------把简单的事做好就叫不简单！
1.直线01=++y x 在圆2)1(22=+-y x 的位置关系是（ ）,
A.相交
B.相离
C. 相切
D. 不能确定
2.平行于直线012=+-y x 且与圆522=+y x
相切的直线方程时是（ ） A. 052=+-y x
B. 052=--y x
C. 052052=-+=++y x y x 或
D. 052052=--=+-y x y x 或
3. 直线2=x 被圆422=+-y a x ）（所截得的弦长等于32，则a 的值为（ ）
A.31--或
B.
22-或
C. 31或
D. 3 4.直线01=++y ax 与圆1)1(22=+-y x 相切，则a 的值为（ ） A. 0 B. 1 C. 2 D. -1
二、综合应用题------挑战高手，我能行！ 5.【★】若直线1=+b
y a x 与圆122=+y x 有公共点，则（ ） A. 122≤+b a B. 122≥+b a C. 11122≤+b a D. 11122≥+b
a 6.已知圆C 过点)0,1(，且圆心在x 轴的正半轴上，直线1:-=x y l 被该圆所截得的弦长为22，则圆C 的标准方程为 .
7.【★】(转化与化归思想，山东省青州市2012届高三上学期期中考试)在平面直角坐标系xOy 中，已知圆422=+y x 上有且仅有四个点到直线0512=+-c y x 的距离为1，则实数c 的取值范围是 .
三、拓展探究题------战胜自我，成就自我！
8.【★★】已知直线02=+-m y x 与圆522=+y x ，m 为何值时，（1）直线与圆无公共点？
（2）直线与圆相切？（3）直线被圆截得的弦长为2？。