新课标高中数学必修二第四章圆与方程-经典例题-【含答案】.doc
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1、习题精选精讲圆标准方程 已知圆心和半径,即得圆的标准方程;已知圆的标准方程,即得圆心和半径,进而可解得与圆有关的任何问题.一、求圆的方程例1 (06重庆卷文) 以点为圆心且与直线相切的圆的方程为( )(A) (B)(C) (D)解 已知圆心为,且由题意知线心距等于圆半径,即 ,所求的圆方程为,故选(C).点评:一般先求得圆心和半径,再代入圆的标准方程即得圆的方程.二、位置关系问题例2 (06安徽卷文) 直线与圆没有公共点,则的取值范围是( )(A) (B)(C) (D)解 化为标准方程,即得圆心和半径.直线与已知圆没有公共点,线心距,平方去分母得,解得,注意到,故选(A).点评:一般通过比较线
2、心距与圆半径的大小来处理直线与圆的位置关系:线圆相离;线圆相切;线圆相交.三、切线问题例3 (06重庆卷理) 过坐标原点且与圆相切的直线方程为( )(A)或 (B)或(C)或 (D)或解 化为标准方程,即得圆心和半径.设过坐标原点的切线方程为,即,线心距,平方去分母得,解得或,所求的切线方程为或,故选(A).点评:一般通过线心距与圆半径相等和待定系数法,或切线垂直于经过切点的半径来处理切线问题.四、弦长问题例4 (06天津卷理) 设直线与圆相交于两点,且弦的长为,则 .解 由已知圆,即得圆心和半径.线心距,且,即,解得.点评:一般在线心距、弦长的一半和圆半径所组成的直角三角形中处理弦长问题:.
3、五、夹角问题例5 (06全国卷一文) 从圆外一点向这个圆作两条切线,则两切线夹角的余弦值为( )(A) (B) (C) (D) 0解 已知圆化为,即得圆心和半径.设由向这个圆作的两条切线的夹角为,则在切线长、半径和构成的直角三角形中,故选(B).点评:处理两切线夹角问题的方法是:先在切线长、半径和所构成的直角三角形中求得的三角函数值,再用二倍角公式解决夹角问题.六、圆心角问题例6 (06全国卷二) 过点的直线将圆分成两段弧,当劣弧所对的圆心角最小时,直线的斜率 .解 由已知圆,即得圆心和半径.设,则;直线时弦最短,从而劣弧所对的圆心角最小,直线的斜率.点评:一般利用圆心角及其所对的弧或弦的关系
4、处理圆心角问题:在同圆中,若圆心角最小则其所对的弧长与弦长也最短,若弧长与弦长最短则所对的圆心角也最小.七、最值问题例7 (06湖南卷文) 圆上的点到直线 的最大距离与最小距离的差是( )(A) 30 (B) 18 (C) (D)解 已知圆化为,即得圆心和半径.设线心距为,则圆上的点到直线的最大距离为,最小距离为,故选(C).点评:圆上一点到某直线距离的最值问题一般转化为线心距与圆半径的关系解决:圆上的点到该直线的最大距离为,最小距离为.八、综合问题例8 (06湖南卷理) 若圆上至少有三个不同的点到直线的距离为,则直线的倾斜角的取值范围是( )(A) (B) (C) (D)解 已知圆化为,即得
5、圆心和半径.圆上至少有三个不同的点到直线的距离为,即,由直线的斜率代入得,解得,又,直线的倾斜角的取值范围是,故选(B).点评:处理与圆有关的任何问题总是先通过圆的标准方程,进而以“圆心半径线心距”的七字歌得到正确而迅速地解决.圆的方程1. 确定圆方程需要有三个互相独立的条件.圆的方程有两种形式,要注意各种形式的圆方程的适用范围.(1) 圆的标准方程:(xa)2(yb)2r2,其中(a,b)是圆心坐标,r是圆的半径;(2) 圆的一般方程:x2y2DxEyF0 (D2E24F0),圆心坐标为(),半径为r2. 直线与圆的位置关系的判定方法.(1) 法一:直线:AxByC0;圆:x2y2DxEyF
6、0.一元二次方程(2) 法二:直线:AxByC0;圆:(xa)2(yb)2r2,圆心(a,b)到直线的距离为d.3. 两圆的位置关系的判定方法.设两圆圆心分别为O1、 O2,半径分别为r1、 r2, O1O2为圆心距,则两圆位置关系如下:O1O2r1r2两圆外离;O1O2r1r2两圆外切;r1r2O1O2r1r2两圆相交;O1O2r1r2两圆内切;O1O2r1r2两圆内含.点击双基1.方程x2+y22(t+3)x+2(14t2)y+16t4+9=0(tR)表示圆方程,则t的取值范围是A.1t B.1tC.t1 D.1t0,得7t26t10,即t0),下列结论错误的是A.当a2+b2=r2时,圆
7、必过原点B.当a=r时,圆与y轴相切C.当b=r时,圆与x轴相切D.当br时,圆与x轴相交解析:已知圆的圆心坐标为(a,b),半径为r,当br时,圆心到x轴的距离为|b|,只有当|b|r时,才有圆与x轴相交,而br不能保证|b|0,得23b2+3.由韦达定理得x1+x2=(4b),x1x2=.y1y2=b2b(x1+x2)+x1x2=+4b.=0,x1x2+y1y2=0,即b26b+1+4b=0.解得b=1(23,2+3).所求的直线方程为y=x+1.培养能力7.已知实数x、y满足方程x2+y24x+1=0.求(1)的最大值和最小值;(2)yx的最小值;(3)x2+y2的最大值和最小值.解:(
8、1)如图,方程x2+y24x+1=0表示以点(2,0)为圆心,以为半径的圆.设=k,即y=kx,由圆心(2,0)到y=kx的距离为半径时直线与圆相切,斜率取得最大、最小值.由=,解得k2=3.所以kmax=,kmin=.(2)设yx=b,则y=x+b,仅当直线y=x+b与圆切于第四象限时,纵轴截距b取最小值.由点到直线的距离公式,得=,即b=2,故(yx)min=2.(3)x2+y2是圆上点与原点距离之平方,故连结OC,与圆交于B点,并延长交圆于C,则(x2+y2)max=OC=2+,(x2+y2)min=OB=2.8.(文)求过两点A(1,4)、B(3,2),且圆心在直线y=0上的圆的标准方
9、程.并判断点M1(2,3),M2(2,4)与圆的位置关系.解:根据圆的标准方程,只要求得圆心坐标和圆的半径即可.因为圆过A、B两点,所以圆心在线段AB的垂直平分线上.由kAB=1,AB的中点为(2,3),故AB的垂直平分线的方程为y3=x2,即xy+1=0.又圆心在直线y=0上,因此圆心坐标是方程组的解,即圆心坐标为(1,0).xy+1=0,y=0 半径r=,所以得所求圆的标准方程为(x+1)2+y2=20.因为M1到圆心C(1,0)的距离为=,|M1C|,所以M2在圆C外. “求经过两圆和的交点,并且圆心在直线上的圆的方程。”同学们普遍使用下面两种方法求解:方法:先求出两已知圆交点,再设圆心
10、坐标为,根据,可求出圆心坐标及半径r,于是可得所求圆方程。方法二:先求出两已知圆交点,再设所求圆的方程为:,其圆心为,代入,再将A1,A2两点坐标代入所设圆的方程,可得三个关于D,E,F的三元一次方程组,求出D,E,F的值,这样便可得所求圆的方程。但是如果我们利用“过两已知圆交点的圆系”的方法求解,可以更加方便。经过两已知圆的交点的圆系设圆C1与C2的方程为: C1: C2: .并且两圆相交于两点。引进一个参数,并令:+()=0 其中-1。引进两个参数和,并令:()+()=0 其中+0不论参数取何值,方程与中的x2项和y2项的系数相等,方程没有xy项,而且两已知圆的两个交点的坐标适合方程与,所
11、以与都是经过两已知圆的交点的圆系,但是与稍有不同: 当=0时,方程的曲线就是圆C1;不论为何值,方程的曲线都不会是圆C2。所以方程表示经过两已知圆的交点的一切圆,包括圆C1在内,但不包括圆C2。 当=0时,方程的曲线就是圆C2;当=0时,方程的曲线就是圆C1。所以方程表示经过两已知圆的交点的一切圆,包括圆C1和圆C2在内。下面应用圆系来解本文前面的问题:设经过已知两圆的交点的圆的方程为: . (-1)则其圆心坐标为 所求圆的圆心在直线上 +4=0, 解得=-7 所求圆的方程为:7即:下面再举两例说明圆系的应用例1 求经过两已知圆:和的交点且圆心的横坐标为3的圆的方程。解: 设经过两已知圆交点的
12、圆系的方程为: (-1)其圆心的横坐标为: ,令 =3 得 所求圆的方程为:即 例2 设圆方程为: 其中4 求证: 不论为何值,所给圆必经过两个定点。 证明: 把所给方程写为: 这是经过以下两个圆的交点的圆系的方程: 所以,不论为何值,所给圆必经过这两个圆的两个交点直线与圆的位置关系二、例题选析例1:求由下列条件所决定圆的圆的切线方程;(1)经过点,(2)经过点,(3)斜率为解:(1) 点在圆上,故所求切线方程为。(2) 点在圆外。设切线方程为即直线与圆相切,圆心到直线的距离等于半径,所求切线方程为。(3)设圆的切线方程为,代入圆的方程。整理得,直线与圆相切 ,解得。所求切线方程为。小结:利用
13、圆心到切线的距离等于半径是解决圆的切线问题的常用方法。判别式法求切线方程适用圆锥曲线,当然对于圆也适用。例2:已知点在圆的外部,过作圆的切线,切点为,求证。证明:如图7-53-1,圆心,半径, 由勾股定理得小结:(1)此题的证明,给出了切线长公式,即将圆外一点的坐标代入圆的一般方程左端,再取算术平方根即为切线长。(2)以为直径的圆与圆相交于、两点,则、为切点。若圆的方程为,则两切点连线所在的直线方程为。例3:从圆外一点向圆引割线,交该圆于、两点,求弦的中点轨迹方程。解:如图7-53-2,设的中点,连接,即,小结:此题用向量法求得轨迹方程,显得简明快捷。读者可用一般方法求轨迹方程,即设出割线方程
14、,和圆联立方程组,由韦达定理建立中点坐标的参数方程,继而求得普通方程。还可用两直线垂直的充要条件,但必须讨论斜率存在与不存在两种情况。都比向量法要麻烦。备选例题:例4*:已知对于圆上任意一点,不等式恒成立,求实数的取值范围。解一:作直线:,如图:7-53-3向下平移与圆相切和相离时有恒成立,由点到直线的距离公式得。轴对称轴对称是解析几何的一个重要内容,利用它不仅可以解决点、线、曲线等关于直线的对称问题,而且还可以解决诸如最值、光线反射、角平分线等问题,并且常得到意想不到的效果。本文将以数例来谈谈它的应用。例1、已知点A(4,1),B(0,4),在直线L:y=3x-1上找一点P,求使|PA|-|
15、PB|最大时P的坐标。分析:本题的常规方法是:(1)设点(2)列出相应的函数关系式(3)求解。但本题若这样做,则就会走入死胡同。若巧妙利用轴对称的知识则可以轻松解决。解:如图,设点C(x,y)是点B关于直线L的对称点,则由,得:,直线BC的方程为:,将其与直线y=3x-1联立,解得:D,其中D为BC中点,利用中点坐标公式,得C(3,3)。显然:|PA|-|PB|PA|-|PC|AC|,当且仅当A、C、P三点共线时,|PA|-|PB|最大。可求得:直线AC方程为:,与L方程联立解得P的坐标为(2,5)。例2、光线由点C(3,3)出发射到直线L:y=3x-1上,已知其被直线L反射后经过点A(4,1
16、),求反射光线方程。解:设点B是点C关于L的对称点,则由光线反射的知识易知:点B在反射光线上,故所求的反射光线的方程即为直线AB所在的直线方程。由例1知点C关于L的对称点为B(0,4),故直线AB的方程易求得为:。它即为反射光线方程。例3、已知ABC的顶点A的坐标为(1,4),B、C的平分线的分别方程为和,求BC所在的直线方程。分析:本题的常规思路是利用L1到L2的角的有关知识解决问题,但较繁,若能注意到角平分线的有关性质,则可简捷求解。解:设B、C的平分线分别为L1、L2,则由角平分线的知识可知:AB与CB关于L1对称,AC与BC关于L2对称,故点A关于L1、L2的对称点A1、A2都应该在直
17、线BC上,故BC所在的直线方程即为A1A2所在的直线方程。利用对称性可求得:(过程略)于是BC方程可求得为:直线和圆1自点(3,3)发出的光线L射到x轴上,被x轴反射,其反射线所在直线与圆相切,求光线L所在直线方程解:已知圆的标准方程是(x2)2(y2)21,它关于x轴的对称圆的方程是(x2)2(y2)21。设光线L所在直线方程是:y3k(x3)。 由题设知对称圆的圆心C(2,2)到这条直线的距离等于1,即整理得 解得故所求的直线方程是,或,即3x4y30,或4x3y302已知圆C:,是否存在斜率为1的直线L,使以L被圆C截得的弦AB为直径的圆过原点,若存在求出直线L的方程,若不存在说明理由(
18、14分)解:圆C化成标准方程为:假设存在以AB为直径的圆M,圆心M的坐标为(a,b)由于CML,kCMkL=1 kCM=,即a+b+1=0,得b= a1 直线L的方程为yb=x,即xy+ba=0 CM=以AB为直径的圆M过原点, , 把代入得,当此时直线L的方程为:xy4=0;当此时直线L的方程为:xy+1=0故这样的直线L是存在的,方程为xy4=0 或xy+1=03(12分)求过点P(6,4)且被圆截得长为的弦所在的直线方程解:设弦所在的直线方程为,即则圆心(0,0)到此直线的距离为因为圆的半弦长、半径、弦心距恰好构成Rt,所以由此解得或代入得切线方程或,即或4(12分)已知圆C:及直线.
19、(1)证明:不论取什么实数,直线与圆C恒相交; (2)求直线与圆C所截得的弦长的最短长度及此时直线的方程解:(1)直线方程,可以改写为,所以直线必经过直线的交点.由方程组解得即两直线的交点为A 又因为点与圆心的距离,所以该点在内,故不论取什么实数,直线与圆C恒相交.(2)连接,过作的垂线,此时的直线与圆相交于、.为直线被圆所截得的最短弦长.此时,.即最短弦长为.又直线的斜率,所以直线的斜率为2.此时直线方程为:5(12分)已知圆x2+y2+x6y+m=0和直线x+2y3=0交于P、Q两点,且以PQ为直径的圆恰过坐标原点,求实数m的值解:由 又OPOQ, x1x2+y1y2=0,而x1x2=96
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