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- 2021-06-21 发布
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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: