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  • 2021-06-21 发布

【数学】2020届一轮复习人教A版第45课直线与圆的位置关系学案(江苏专用)

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第 45 课 直线与圆的位置关系(2) 1. 能利用直线与圆的方程及其相关性质,解决直线与圆的简单综合问题. 2. 掌握处理直线与圆的综合性问题的基本方法. 3. 领悟并基本掌握“等价转化”“数形结合”等数学思想方法,会选择并掌握合理简捷的 运算途径. 1. 阅读:必修 2 第 115~117 页. 2. 解悟:①进一步熟悉直线方程与圆的方程及其相互关系;②过圆上一点作圆的切线,有 几条?能否写出圆的切线方程?若是过圆外一点呢?③研究直线与圆的位置关系,一般有哪 些方法?④定点、定值问题有哪些基本方法? 3. 践习:在教材空白处,完成必修 2 第 128 页复习题第 12、14 题,第 129 页复习题第 26 题.  基础诊断  1. 由直线 y=x+1 上的一点向圆(x-3)2+y2=1 引切线,则切线长的最小值为  7 . 解析:由直线 y=x+1 上的一点向圆(x-3)2+y2=1 引切线,当直线上的点到圆心的距 离最小,即圆心到直线的距离最小时,切线长也最小.因为圆心到直线的距离为|3+1| 2 =2 2, 所以切线长最小为 (2 2)2-1= 7. 2. 过点(-1,-2)的直线 l 被圆 x2+y2-2x-2y+1=0 截得的弦长为 2,则直线 l 的斜 率为 1 或17 7  W. 解析:将圆的方程化为标准方程得(x-1)2+(y-1)2=1,所以圆心为(1,1),半径为 r= 1.又因为弦长为 2,所以圆心到直线 l 的距离 d= 1-( 2 2 )2 = 2 2 .因为直线 l 的斜率存在, 设为 k,所以直线 l:y+2=k(x+1),即 kx-y+k-2=0,所以|2k-3| k2+1 = 2 2 ,解得 k=1 或 k =17 7 ,故直线 l 的斜率为 1 或17 7 . 3. 已知圆 O:x2+y2=5,直线 l:xcosθ+ysinθ=1(0 < θ < π 2),设圆 O 上到直线 l 的距 离等于 1 的点的个数为 k,则实数 k= 4 W. 解析:因为圆 O:x2+y2=5,所以圆心 O(0,0),半径 r= 5.因为圆心 O 到直线 l 的距 离 d= 1 cos2θ+sin2θ =1< 5,且 r-d= 5-1>1,所以圆 O 上到直线 l 的距离等于 1 的点的 个数为 4,即 k=4. 4. 已知曲线 C:(x-1)2+y2=1,点 A(-2,0),B(3,a),从点 A 观察点 B,要使视线 不被曲线 C 挡住,则实数 a 的取值范围是 (-∞,-5 2 4 )∪(5 2 4 ,+∞) . 解析:由题意知过点 A 的圆的切线方程的斜率存在,则设切线方程为 y=k(x+2),即 kx -y+2k=0,则圆心到切线的距离 d= |3k| k2+1 =1,解得 k=± 2 4 ,所以过点 A 的圆的切线方 程为 y=± 2 4 (x+2).当 x=3 时,y=±5 2 4 ,所以所求的 a 的取值范围为(-∞,-5 2 4 )∪(5 2 4 ,+ ∞).  范例导航  考向❶ 直线与圆相交的弦的问题 例 1 已知圆 C:(x-1)2+y2=9 内有一点 P(2,2),过点 P 作直线 l 交圆 C 于 A,B 两点. (1) 当直线 l 经过圆心 C 时,求直线 l 的方程; (2) 当弦 AB 被点 P 平分时,求直线 l 的方程; (3) 当直线 l 的倾斜角为 45°时,求弦 AB 的长. 解析:(1) 因为圆 C:(x-1)2+y2=9 的圆心为 C(1,0),直线 l 经过两点 P,C, 所以直线 l 的斜率为 k=2-0 2-1=2,所以直线 l 的方程为 y=2(x-1),即 2x-y-2=0. (2) 当弦 AB 被点 P 平分时,l⊥PC,所以直线 l 的方程为 y-2=-1 2(x-2),即 x+2y- 6=0. (3) 当直线 l 的倾斜角为 45°时,斜率为 1,直线 l 的方程为 y-2=x-2,即 x-y=0, 则圆心 C(1,0)到直线 l 的距离为 1 2. 又圆的半径为 3,所以弦 AB= 34. 已知圆 x2+y2=8 内一点 P(-1,2),过点 P 的直线 l 的倾斜角为 α,直线 l 交圆于 A,B 两点. (1) 若 α=3π 4 ,则 AB=  30 ; (2) 若弦 AB 被点 P 平分时,则直线 l 的方程为 x-2y+5=0 W. 解析:(1) 因为 α=3π 4 ,所以 kAB=-1,所以直线 l 的方程为 y-2=-(x+1),即 x+y -1=0,所以圆心 O(0,0)到 AB 的距离 d=|0+0-1| 2 = 2 2 ,则 AB=2 8-1 2= 30. 解析:(2) 因为弦 AB 被点 P 平分,所以 OP⊥AB. 又因为 kOP=-2,所以 kAB=1 2,所以直线 l:y-2=1 2(x+1),即 x-2y+5=0. 考向❷ 定点、定值问题 例 2 如图,在平面直角坐标系 xOy 中,已知点 A(-3,4),B(9,0),C,D 分别为线段 OA,OB 上的动点,且满足 AC=BD. (1) 若 AC=4,求直线 CD 的方程; (2) 求证:△OCD 的外接圆恒过定点.(异于原点 O) 解析:(1) 因为 A(-3,4), 所以 OA= (-3)2+42=5. 因为 AC=4,所以 OC=1,所以 C(-3 5,4 5). 由 BD=4,得 D(5,0), 所以直线 CD 的斜率为 0-4 5 5-(-3 5 ) =-1 7, 所以直线 CD 的方程为 y=-1 7(x-5), 即 x+7y-5=0. (2) 设 C(-3m,4m)(0 5, 所以圆 C 与直线 y=-2x+4 不相交,所以 t=-2 不符题意. 综上,圆 C 的方程为(x-2)2+(y-1)2=5. 考向❸ 隐圆问题 例 3 如图,已知圆 C:x2+y2=9,点 A(-5,0),直线 l:3x-4y=0. (1) 求与圆 C 相切,且与直线 l 垂直的直线方程; (2) 在直线 OA 上(O 为坐标原点),是否存在定点 B(不同于点 A),满足:对于圆 C 上 任意一点 P,都有PB PA为一常数.若存在,求出所有满足条件的点 B 的坐标;若不存在,请说 明理由. 解析:(1) 由题意可设所求直线方程为 4x+3y-b=0.  因为直线与圆相切, 所以 |-b| 42+32=3,得 b=±15, 所以所求直线方程为 4x+3y+15=0 或 4x+3y-15=0. (2) 方法一:假设存在这样的点 B(t,0). 当点 P 为圆 C 与 x 轴的左交点(-3,0)时, PB PA=|t+3| 2 ; 当点 P 为圆 C 与 x 轴的右交点(3,0)时, PB PA=|t-3| 8 .  依题意,|t+3| 2 =|t-3| 8 ,解得 t=-5(舍去)或 t=-9 5. 下面证明点 B (-9 5,0)对于圆 C 上任意一点 P,都有PB PA为一常数. 设 P(x,y),则 y2=9-x2, 所以PB2 PA2= (x+9 5 )2 +y2 (x+5)2+y2= x2+18 5 x+9-x2+81 25 x2+10x+25+9-x2= 18 25(5x+17) 2(5x+17) = 9 25, 所以PB PA=3 5为常数. 方法二:假设存在这样的点 B(t,0),使得PB PA为常数 λ,则 PB2=λ2PA2,设 P(x,y), 所以(x-t)2+y2=λ2[(x+5)2+y2],将 y2=9-x2 代入,得 x2-2xt+t2+9-x2=λ2(x2+10x+25+9-x2), 即 2(5λ2+t)x+34λ 2-t2-9=0 对 x∈[-3,3]恒成立,所以 {5λ2+t=0, 34λ2-t2-9=0,解得 {λ=3 5, t=-9 5 或{λ=1, t=-5 (舍去), 故存在点 B (-9 5,0)对于圆 C 上任意一点 P,都有PB PA=3 5. 如图,在平面直角坐标系 xOy 中,点 A(0,3),直线 l:y=2x-4.设圆 C 的半径为 1, 圆心在 l 上. (1) 若圆心 C 也在直线 y=x-1 上,过点 A 作圆 C 的切线,求切线的方程; (2) 若圆 C 上存在点 M,使得 MA=2MO,求圆心 C 的横坐标 a 的取值范围. 解析:(1) 由题意知,圆心 C 是直线 y=2x-4 和 y=x-1 的交点,解得点 C(3,2), 于是切线的斜率必存在. 设过点 A(0,3)的圆 C 的切线方程为 y=kx+3. 由题意得|3k+1| k2+1 =1,解得 k=0 或 k=-3 4, 故所求切线方程为 y=3 或 3x+4y-12=0. (2) 因为圆心在直线 y=2x-4 上,所以设圆心 C(a,2a-4), 所以圆 C 的方程为(x-a)2+[y-2(a-2)]2=1. 设点 M(x,y),因为 MA=2MO, 所以 x2+(y-3)2=2 x2+y2, 化简得 x2+y2+2y-3=0, 即 x2+(y+1)2=4, 所以点 M 在以 D(0,-1)为圆心,2 为半径的圆上. 由题意得点 M(x,y)也在圆 C 上, 所以圆 C 与圆 D 有公共点, 则 2-1≤CD≤2+1,即 1≤ a2+(2a-3)2≤3. 整理,得-8≤5a2-12a≤0. 由 5a2-12a+8≥0,得 a∈R; 由 5a2-12a≤0,得 0≤a≤12 5 , 所以点 C 的横坐标 a 的取值范围为[0,12 5 ].  自测反馈  1. 过点(2,3)且与圆(x-3)2+y2=1 相切的直线方程为 x=2 或 4x+3y-17=0 W. 解析:当切线的斜率不存在时,切线的方程为 x=2,满足题意;当切线的斜率存在时, 设切线的斜率为 k,则切线的方程为 y-3=k(x-2),即 kx-y+3-2k=0,由圆心(3,0)到 切线的距离等于半径得 |k+3| k2+1 =1,所以 k=-4 3,切线方程为 4x+3y-17=0.综上,所求切 线方程为 x=2 或 4x+3y-17=0. 2. 若直线 l:y=kx+1 被圆 C:x2+y2-2x-3=0 截得的弦最短,则实数 k= 1 . 解析:由题意得圆 C:(x-1)2+y2=4,因为直线 l 过点 M(0,1),且被圆 C 截得的弦最 短,所以直线 l 与直线 CM 垂直,又 kCM=-1,所以 k=1. 3. 在平面直角坐标系 xOy 中,若直线 ax+y-2=0 与圆心为 C 的圆(x-1)2+(y-a)2= 16 相交于 A,B 两点,且△ABC 为直角三角形,则实数 a 的值是 -1 . 解析:圆(x-1)2+(y-a)2=16 的圆心坐标为 C(1,a),半径 r=4,直线 ax+y-2=0 与 圆(x-1)2+(y-a)2=16 相交于 A、B 两点,且△ABC 为等腰直角三角形,则圆心 C 到直线 ax+y-2=0 的距离为 2 2,所以 d=|a+a-2| a2+1 =2 2,解得 a=-1. 4. 在平面直角坐标系 xOy 中,A(-12,0),B(0,6),点 P 在圆 O:x 2+y2=50 上.若 PA → ·PB → ≤20,则点 P 横坐标的取值范围是 [-5 2,1] . 解析:设点 P 坐标为(x,y),则PA → =(-12-x,-y),PB → =(-x,6-y),则PA → ·PB → =x2 +y2+12x-6y≤20.又因为 x2+y2=50,所以PA → ·PB → -20=x2+y2+12x-6y-20=50+12x- 6y-20≤0,即 2x-y+5≤0,则点 P 表示的轨迹在直线 2x-y+5=0 的上方.又因为点 P 在 圆 x2+y2=50 上,由图易知,点 P 的横坐标的取值范围是[xC,xD].由题意得 xC=-5 2,联 立{2x-y+5=0, x2+y2=50, 消去 y 得 x2+4x-5=0,解得 x1=-5,x2=1,即 xD=1,所以点 P 的横 坐标的取值范围是[-5 2,1]. 1. 研究直线与圆的问题时,一般采用两种方法:一是利用几何特征转化为代数问题求 解;二是利用方程组求解,前者是常用方法. 2. 题中所给某些条件中往往隐含着重要的几何关系或几何性质,要注意挖掘和运用. 3. 你还有哪些体悟,写下来:                                                                          

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