2011版高三数学一轮精品复习学案:第八章 平面解析几何(8.2直线与圆)

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(四)有关圆的实际应用
〖例〗有一种大型商品,A、B两地都有出售,有价格相同,某地居民从两地之一购得商品后运回的费用是:A地每公里的运费是B地每公里运费的3倍。已知A、B两地距离为10公里,顾客选择A地或B地购买这件商品的标准是:包括运费和价格的总费用较低。求P地居民选择A地或B地购物总费用相等时,点P所在曲线的形状,并指出曲线上、曲线内、曲线外的居民应如何选择购物地点?
(2)一般地,设点时,将动点坐标设为(x,y),其他与此相关的点设为 等。
(3)求轨迹与求轨迹方程是不同的,求轨迹方程得出方程即可,而求轨迹在得出方程后还要指出方程的曲线是什么图形。
2.求轨迹方程的一般步骤:
(1)建系:设动点坐标为(x,y);
(2)列出几何等式;
(3)用坐标表示得到方程;
(4)化简方程;
2.特别要记住下面两个代数式的几何意义:
表示点(x,y)与原点(0,0)连线的直线斜率, 表示点(x,y)与原点的距离。
※例题解析※
〖例〗已知实数 、 满足方程 。
(1)求 的最大值和最小值;
(2)求 - 的最大值和最小值;
(3)求 的最大值和最小值。
思路解析:化 , 满足的关系为 理解 , - , 的几何意义 根据几何意义分别求之。
(1)根据题意,选择标准方程或一般方程;
(2)根据条件列出关于a,b,r或D、E、F的方程组;
(3)解出a,b,r或D、E、F代入标准方程或一般方程。
注:用待定系数法求圆的方程时,如何根据已知条件选择圆的方程?(当条件中给出的是圆上几点坐标,较适合用一般方程,通过解三元方程组求相应系数;当条件中给出的是圆心坐标或圆心在某条直线上、圆的切线方程、圆弦长等条件,适合用标准方程。对于有些题,设哪种形式都可以,这就要求根据条件具体问题具体分析。)
d<r 直线与圆相交;
d>r 直线与圆相切;
d=r 直线与圆相离。
※例题解析※
〖例〗已知圆
(1)求证:不论m为何值,圆心在同一直线上;
(2)与 平行的直线中,哪些与圆相交、相切、相离;
(3)求证:任何一条平行于 且与圆相交的直线被各圆截得的弦长相等。
思路解析:用配方法将圆的一般方程配成标准方程,求出圆心坐标,消去m就得关于圆心的坐标间的关系,就是圆心的轨迹方程;判断直线与圆相交、相切、相离,只需比较圆心到直线的距离d与圆半径的大小即可;证明弦长相等时,可用几何法计算弦长。
※例题解析※
〖例〗求经过两圆 和 的交点,且圆心在直线x-y-4=0上的圆的方程
思路解析:根据已知,可通过解方程组 得圆上两点,由圆心在直线x-y-4=0上,三个独立条件,用待定系数法求出圆的方程;也可根据已知,设所求圆的方程为 ,再由圆心在直线x-y-4=0上,定出参数λ,得圆方程
解答:因为所求的圆经过两圆(x+3)2+y2=13和x2+(y+3)2=37的交点,
(5)除去不合题意的点,作答。
※例题解析※
〖例〗设定点M(-3,4),动点N在圆 上运动,以OM、ON为两边作平行四边形MONP,求点P的轨迹。
思路解析:先设出P点、N点坐标,根据平行四边形对角线互相平分,用P点坐标表示N点坐标,代入圆的方程可求。
解答:如图所示,
设P(x,y),N ,则线段OP的中点坐标为 ,线段MN的中点坐标为 。因为平行四边形的对角线互相平分,故 。N(x+3,y-4)在圆上,故 。因此所求轨迹为圆: ,担应除去两点: (点P在OM所在的直线上时的情况)。
2.如果已知条件中圆心的位置不能确定,则选择圆的一般方程。圆的一般方程也含有三个独立的参数,因此,必须具备三个独立的条件,才能确定圆的一般方程,其方法仍采用待定系数法。设所求圆的方程为: 由三个条件得到关于D、E、F的一个三元一次方程组,解方程组确定D、E、F的值。
3.以 为直径的两端点的圆的方程为
※相关链接※
直线和圆的位置关系的判定有两种方法
(1)第一种方法是方程的观点,即把圆的方程和直线的方程联立组成方程组,转化为一元二次方程,再利用判别式⊿来讨论位置关系,即
⊿>0 直线与圆相交;
⊿=0 直线与圆相切;
⊿<0 直线与圆相离.
(2)第二种方法是几何的观点,即将圆心到直线的距离d与半径r比较来判断,即
(3) 表示圆上的一点与原点距离的平方,由平面几何知识知,在原点与圆心连线与圆的两个交点处取得最大值和最小值。又圆心到原点的距离为 ,所以 的最大值是 , 的最小值是 。
(三)与圆有关的轨迹问题
※相关链接※
1.解决轨迹问题,应注意以下几点:
(1)求方程前必须建立平面直角坐标系(若题目中有点的坐标,就无需建系),否则曲线就不可转化为方程。
所以设所求圆的方程为
展开、配方、整理,得 + = +
圆心为 ,代入方程x-y-4=0,得λ=-7
故所求圆的方程为
注:圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0,圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0,若圆C1、C2相交,那么过两圆公共点的圆系方程为(x2+y2+D1x+E1y+F1)+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(λ∈R且λ≠-1) 它表示除圆C2以外的所有经过两圆C1、C2公共点的圆
注:在利用点斜式求切线方程时,不要漏掉垂直于x轴的切线,即斜率不存在时的情况。
(2)若点 在圆 上,则M点的圆的切线方程为 。
2.圆的弦长的求法
(1)几何法:设圆的半径为r,弦心距为d,弦长为L,则 。
(2)代数法:设直线与圆相交于 两点,解方程组 消y后得关于x的一元二次方程,从而求得 则弦长为

解答:(方法一)设所求的圆的方程是 ,
则圆心(a,b)到直线x-y=0的距离为 ,

即 ………………………………………………①
由于所求的圆与x轴相切,∴ ………………………………②
又因为所求圆心在直线3x-y=0上,
∴3a-b=0………………………………………………………………③
联立①②③,解得a=1,b=3, =9或a=-1,b=-3, =9.
解答:(1)原方程可化为 ,表示以(2,0)为圆心, 为半径的圆, 的几何意义是圆上一点与原点连线的斜率,所以设 = ,即 。当直线 与圆相切时,斜率 取最大值或最小值,此时 ,解得 =± 。
所以 的最大值为 ,最小值为﹣
(2) - 可看作是直线y=x+b在y轴上的截距,当直线y=x+b与圆相切时,纵截距b取得最大值或最小值,此时 ,解得 。所以 - 的最大值为 ,最小值为 。
(四)直线、圆位置关系的综合应用
〖例〗如图,矩形 的两条对角线相交于点 , 边所在直线的方程为 ,点 在 边所在直线上.
(1)方程中含有参数的直线与圆的位置关系的判断;
(2)利用相切或相交的条件确定参数的值或取值范围;
(3)利用相切或相交求圆的切线或弦长。
2、本部分在高考试题中多为选择、填空题,有时在解答题中考查直线与圆位置关系的综合问题。
【考纲知识梳理】
一、圆的方程
1.圆的定义
(1)在平面内,到定点的距离等于定长的点的集合叫做圆。
(2)确定一个圆的要素是圆心和半径。
2.圆的方程
圆的标准方程
圆的一般方程
方程
圆心坐标
(a,b)
半径
r
注:方程 表示圆的充要条件是
3.点与圆的位置关系
已知圆的方程为 ,点 。则:
(1)点在圆上: ;
(2)点在圆外: ;
(3)点在圆内: 。
4.确定圆的方程方法和步骤
确定圆的方程主要方法是待定系数法,大致步骤为:
∴3a· =a· .
化简整理,得
(1)当P点在以(- ,0)为圆心、 为半径的圆上时,居民到A地或B地购物总费用相等。
(2)当P点在上述圆内时,
当P点在上述圆外时,
注:在解决实际问题时,关键要明确题意,掌握建立数学基本模型的方法将实际问题转化为数学问题解决。
二、直线、圆的位置关系
(一)直线和圆的位置关系
解答:(1)配方得: 设圆心为(x,y),则 ,消去m得 则圆心恒在直线 。
(2)设与 平行的直线是: ,
(3)对于任一条平行于 且与圆相交的直线 : ,由于圆心到直线 的距离
(与m无关)。弦长=
∴任何一条平行于 且与圆相交的直线被各圆截得的弦长相等。
(二)圆与圆的位置关系
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1.判断两圆的位置关系常用几何法,即用两圆圆心距与两圆半径和与差之间的关系,一般不采用代数法;
二、直线、圆的位置关系
1.直线与圆的位置关系
位置关系
相离
相切
相交
公共点个数
0个
1个
2个
几何特征(圆心到直线的距离 ,半径 )
代数特征(直Baidu Nhomakorabea与圆的方程组成的方程组)
无实数解
有两组相同实数解
有两组不同实数解
注:在求过一定点的圆的切线方程时,应首先判断这点与圆的位置关系,若点在圆台上,则该点为切点,切线只有一条;若点在圆外,切线应有两条,谨防漏解。
注:在求圆的方程时,常用到圆的以下必修性质:
(1)圆心在过切点且与切线垂直的直线上;
(2)圆心在任一弦的中垂直上;
(3)两圆心或外切时,切点与两圆圆心三点共线。
※例题解析※
〖例〗求与x轴相切,圆心在直线3x-y=0上,且被直线x-y=0截得的弦长为 的圆的方程。
思路解析:由条件可设圆的标准方程求解,也可设圆的一般方程,但计算较繁琐。
2.圆与圆的位置关系
位置关系
外离
外切
相交
内切
内含
公共点个数
0
1
2
1
0
几何特征(圆心距 ,两圆半径 , , )
代数特征(两个圆的方程组成的方程组)
无实数解
一组实数解
两组实数解
一组实数解
无实数解
【热点难点精析】
一、圆的方程
(一)圆的方程的求法
※相关链接※
1.确定圆的方程的主要方法是待定系数法。如果选择标准方程,即列出关于a、b、r的方程组,求a、b、r或直接求出圆心(a,b)和半径r.
故所求的圆的方程是:
(方法二)设所求的圆的方程是 =0,圆心为 ,半径为 令y=0,得 =0,由圆与x轴相切,得⊿=0,即 ……④
又圆心 到直线x-y=0的距离为
由已知,得
即 …………………………………………⑤
又圆心 在直线3x-y=0上,∴3D-E=0…………………………⑥
联立④⑤⑥,解得
D=-1,E=-6,F=1或D=2,E=6,F=1。
2.若两圆相交,则两圆公式弦所在直线的方程可由两圆的方程作差消去 项即可得到;
3.两圆公切线的条数(如下图)
(1)两圆内含时,公切线条数为0;
(2)两圆内切时,公切线条数为1;
(3)两圆相交时,公切线条数为2;
(4)两圆外切时,公切线条数为3;
(5)两圆相离时,公切线条数为4。
因此求两圆的公切线条数主要是判断两圆的位置关系,反过来知道两圆公切线的条数,也可以判断出两圆的位置关系。
思路解析:根据条件,建立适当坐标系,求出点P的轨迹方程,进而解决相关问题。
解答:如图,
以A、B所在的直线为x轴,线段AB的中点为原点建立直角坐标系,∵|AB∣=10,∴A(-5,0),B(5,0)。设P(x,y),P到A、B两地购物的运费分别是3a、a(元/公里)。当由P地到A、B两地购物总费用相等时,有:价格+A地运费=价格+B地运费,
2011版高三数学一轮精品复习学案:第八章平面解析几何
第二节直线与圆
【高考目标定位】
一、圆的方程
(一)考纲点击
1、掌握确定圆的几何要素;
2、掌握确定圆的标准方程与一般方程。
(二)热点提示
1、能利用待定系数法求圆的标准方程和一般方程;
2、直线和圆的位置关系是考查的热点;
3、本部分在高考试题中多以选择、填空的形式出现,属中低档题目。
二、直线、圆的位置关系
(一)考纲点击
1、能根据给定直线、圆的方程判断直线与圆的位置关系;能根据给定两个圆的方程判断两圆的位置关系;
2、能用直线和圆的方程解决一些简单的问题;
3、初步了解用代数方法处理几何问题的思想。
(二)热点提示
1、直线与圆,圆与圆的位置关系一直是高考考查的重点和热点问题,主要考查:
(三)圆的切线及弦长问题
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1.求圆的切线的方法
(1)求圆的切线方程一般有两种方法:
①代数法:设切线方程为 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⊿=0进而求得k。
②几何法:设切线方程为 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,进而求出k。
两种方法,一般来说几何法较为简洁,可作为首选。
故所求圆的方程是 =0或
(二)与圆有关的最值问题
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1.求与圆有关的最值问题多采用几何法,就是利用一些代数式的几何意义进行转化。如(1)形如m= 的最值问题,可转化为动直线斜率的最值问题;(2)形如t=ax+by的最值问题,可转化为直线在y轴上的截距的最值问题;(3)形如m= 的最值问题,可转化为两点间的距离平方的最值问题。
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