高考数学一轮复习 75 圆的方程教案文档格式.docx
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x=rcosθ,
y=rsinθ
②圆心在O1(a,b),半径为r的圆的参数方程为
(θ为参数).②
x=a+rcosθ,
y=b+rsinθ
在①中消去θ得x2+y2=r2,在②中消去θ得(x-a)2+(y-b)2=r2,把这两个方程相对于它们各自的参数方程又叫做普通方程.
2.二元二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的充要条件
若上述二元二次方程表示圆,则有A=C≠0,B=0,这仅是二元二次方程表示圆的必要条件,不充分.
在A=C≠0,B=0时,二元二次方程化为x2+y2+x+y+=0,
仅当()2+()2-4·
>0,即D2+E2-4AF>0时表示圆.
故Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的充要条件是:
①A=C≠0,②B=0,③D2+E2-4AF>0.
●点击双基
1.方程x2+y2-2(t+3)x+2(1-4t2)y+16t4+9=0(t∈R)表示圆方程,则t的取值范围是
A.-1<
t<
B.-1<
C.-<
1D.1<
2
解析:
由D2+E2-4F>
0,得7t2-6t-1<
0,即-<
1.
答案:
C
2.点P(5a+1,12a)在圆(x-1)2+y2=1的内部,则a的取值范围是
A.|a|<1B.a<
C.|a|<D.|a|<
点P在圆(x-1)2+y2=1内部(5a+1-1)2+(12a)2<1|a|<.
D
3.已知圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r>
0),下列结论错误的是
A.当a2+b2=r2时,圆必过原点
B.当a=r时,圆与y轴相切
C.当b=r时,圆与x轴相切
D.当b<
r时,圆与x轴相交
已知圆的圆心坐标为(a,b),半径为r,当b<
r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b<
r不能保证|b|<
r,故D是错误的.故选D.
4.(xx年北京海淀区期末练习)将圆x2+y2=1按向量a平移得到圆(x+1)2+(y-2)2=1,则a的坐标为____________.
由向量平移公式即得a=(-1,2).
(-1,2)
5.已知P(1,2)为圆x2+y2=9内一定点,过P作两条互相垂直的任意弦交圆于点B、C,则BC中点M的轨迹方程为____________.
Rt△OMC中,|MP|=|BC|(直角三角形斜边上的中线是斜边的一半).
故所求轨迹方程为x2+y2-x-2y-2=0.
x2+y2-x-2y-2=0
●典例剖析
【例1】(xx年春季北京)设A(-c,0)、B(c,0)(c>
0)为两定点,动点P到A点的距离与到B点的距离的比为定值a(a>
0),求P点的轨迹.
剖析:
给曲线建立方程是解析几何的两个主要问题之一,其基本方法就是把几何条件代数化;
主要问题之二是根据方程研究曲线的形状、性质,即用代数的方法研究几何问题.
解:
设动点P的坐标为(x,y),由=a(a>
0)得=a,化简,得
(1-a2)x2+2c(1+a2)x+c2(1-a2)+(1-a2)y2=0.
当a=1时,方程化为x=0.
当a≠1时,方程化为(x-c)2+y2=()2.
所以当a=1时,点P的轨迹为y轴;
当a≠1时,点P的轨迹是以点(c,0)为圆心,||为半径的圆.
评述:
本题主要考查直线、圆、曲线和方程等基本知识,考查运用解析几何的方法解决问题的能力,对代数式的运算化简能力有较高要求.同时也考查了分类讨论这一数学思想.
【例2】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2,求此圆的方程.
利用圆的性质:
半弦、半径和弦心距构成的直角三角形.
因圆与y轴相切,且圆心在直线x-3y=0上,故设圆方程为(x-3b)2+(y-b)2=9b2.
又因为直线y=x截圆得弦长为2,则有()2+()2=9b2,
解得b=±
1.故所求圆方程为
(x-3)2+(y-1)2=9或(x+3)2+(y+1)2=9.
在解决求圆的方程这类问题时,应当注意以下几点:
(1)确定圆方程首先明确是标准方程还是一般方程;
(2)根据几何关系(如本例的相切、弦长等)建立方程求得a、b、r或D、E、F;
(3)待定系数法的应用,解答中要尽量减少未知量的个数.
【例3】已知⊙O的半径为3,直线l与⊙O相切,一动圆与l相切,并与⊙O相交的公共弦恰为⊙O的直径,求动圆圆心的轨迹方程.
问题中的几何性质十分突出,切线、直径、垂直、圆心,如何利用这些几何性质呢?
取过O点且与l平行的直线为x轴,过O点且垂直于l的直线为y轴,建立直角坐标系.
设动圆圆心为M(x,y),
⊙O与⊙M的公共弦为AB,⊙M与l切于点C,则|MA|=|MC|.
∵AB为⊙O的直径,∴MO垂直平分AB于O.
由勾股定理得|MA|2=|MO|2+|AO|2=x2+y2+9,而|MC|=|y+3|,∴=|y+3|.
化简得x2=6y,这就是动圆圆心的轨迹方程.
求轨迹的步骤是“建系,设点,找关系式,除瑕点”.
●闯关训练
夯实基础
1.方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)表示的曲线关于x+y=0成轴对称图形,则
A.D+E=0B.B.D+F=0
C.E+F=0D.D+E+F=0
曲线关于x+y=0成轴对称图形,即圆心在x+y=0上.
A
2.(xx年全国Ⅱ,8)在坐标平面内,与点A(1,2)距离为1,且与点B(3,1)距离为2的直线共有
A.1条B.2条C.3条D.4条
分别以A、B为圆心,以1、2为半径作圆,两圆的公切线有两条,即为所求.
B
3.(xx年黄冈市调研题)圆x2+y2+x-6y+3=0上两点P、Q关于直线kx-y+4=0对称,则k=____________.
圆心(-,3)在直线上,代入kx-y+4=0,得k=2.
4.(xx年全国卷Ⅲ,16)设P为圆x2+y2=1上的动点,则点P到直线3x-4y-10=0的距离的最小值为____________.
圆心(0,0)到直线3x-4y-10=0的距离d==2.
再由d-r=2-1=1,知最小距离为1.
1
5.(xx年启东市调研题)设O为坐标原点,曲线x2+y2+2x-6y+1=0上有两点P、Q,满足关于直线x+my+4=0对称,又满足·
=0.
(1)求m的值;
(2)求直线PQ的方程.
(1)曲线方程为(x+1)2+(y-3)2=9表示圆心为(-1,3),半径为3的圆.
∵点P、Q在圆上且关于直线x+my+4=0对称,
∴圆心(-1,3)在直线上.代入得m=-1.
(2)∵直线PQ与直线y=x+4垂直,
∴设P(x1,y1)、Q(x2,y2),PQ方程为y=-x+b.
将直线y=-x+b代入圆方程,得2x2+2(4-b)x+b2-6b+1=0.
Δ=4(4-b)2-4×
2×
(b2-6b+1)>
0,得2-3<
b<
2+3.
由韦达定理得x1+x2=-(4-b),x1·
x2=.
y1·
y2=b2-b(x1+x2)+x1·
x2=+4b.
∵·
=0,∴x1x2+y1y2=0,即b2-6b+1+4b=0.
解得b=1∈(2-3,2+3).
∴所求的直线方程为y=-x+1.
6.已知实数x、y满足x2+y2+2x-2y=0,求x+y的最小值.
原方程为(x+1)2+(y-)2=4表示一个圆的方程,可设其参数方程为
(θ为参数,0≤θ<
2π),则x+y=-1+2(sinθ+cosθ)=-+1
x=-1+2cosθ,
y=+2sinθ
2sin(θ+),当θ=,即x=-1-,y=-时,x+y的最小值为-1-2.
培养能力
7.已知实数x、y满足方程x2+y2-4x+1=0.求
(1)的最大值和最小值;
(2)y-x的最小值;
(3)x2+y2的最大值和最小值.
(1)如图,方程x2+y2-4x+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=-.
(也可由平面几何知识,有OC=2,OP=,∠POC=60°
,直线OP的倾斜角为60°
,直线OP′的倾斜角为120°
解之)
(2)设y-x=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(y-x)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上的圆的标准方程.并判断点M1(2,3),M2(2,4)与圆的位置关系.
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y-3=x-2,即x-y+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).
x-y+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|<
r,所以M1在圆C内;
而点M2到圆心C的距离|M2C|==>
,所以M2在圆C外.
(理)已知动圆M:
x2+y2-2mx-2ny+m2-1=0与圆N:
x2+y2+2x+2y-2=0交于A、B两点,且这两点平分圆N的圆周.
(1)求动圆M的圆心的轨迹方程;
(2)求半径最小时圆M的方程.
(1)如图所示(坐标系省略了),圆心N(-1,-1)为弦AB的中点,在Rt△AMN中,
|AM|2=|AN|2+|MN|2,
∴(m+1)2=-2(n+2)(*)
故动圆圆心M的轨迹方程为(x+1)2=-2(y+2).
(2)由(*)式,知(m+1)2=-2(n+2)≥0,于是有n≤-2.
而圆M半径r=≥,
∴当r=时,n=-2,m=-1,所求圆的方程为(x+1)2+(y+2)2=5.
探究创新
9.(xx年黄冈市调研考试题)如图,在平面斜坐标系xOy中,∠xOy=60°
,平面上任一点P关于斜坐标系的斜坐标是这样定义的:
若=xe1+ye2(其中e1、e2分别为与x轴、y轴同方向的单位向量),则P点斜坐标
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