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- 2021-06-30 发布
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对应学生用书[练案57理][练案53文]
第四讲 直线与圆、圆与圆的位置关系
A组基础巩固
一、选择题
1.(2019·温州十校联考)对任意的实数k,直线y=kx-1与圆C:x2+y2-2x-2=0的位置关系是( C )
A.相离 B.相切
C.相交 D.以上三个选项均有可能
[解析] 直线y=kx-1恒经过点A(0,-1),圆x2+y2-2x-2=0的圆心为C(1,0),半径为,而|AC|=<,故直线y=kx-1与圆x2+y2-2x-2=0相交.
2.(2019·河南八市质检)过点(3,1)作圆(x-1)2+y2=r2的切线有且只有一条,则该切线的方程为( B )
A.2x+y-5=0 B.2x+y-7=0
C.x-2y-5=0 D.x-2y-7=0
[解析] 由题意,过点(3,1)作圆(x-1)2+y2=r2的切线有且只有一条,则点(3,1)在圆上,圆心与切点连线的斜率为k==,∴切线的斜率为-2,则圆心切线方程为y-1=-2(x-3),即2x+y-7=0,选B.
3.已知圆x2+y2+2x-2y+a=0截直线x+y+2=0所得弦的长度为4,则实数a的值是( B )
A.-2 B.-4
C.-6 D.-8
[解析] 将圆的方程化为标准方程为(x+1)2+(y-1)2=2-a,所以圆心为(-1,1),半径r=,圆心到直线x+y+2=0的距离d==,故r2-d2=4,即2-a-2=4,所以a=-4,故选B.
4.(2019·山东枣庄第八中学第二次阶段性检测)两圆(x-2)2+(y-1)2=4与(x+1)2+(y-2)2=1的公切线有( D )
A.1条 B.2条
C.3条 D.4条
[解析] 两圆的圆心距
d==>1+2,∴两圆外离,两圆的公切线有4条.
5.(2019·河北沧州段考)已知直线x+ay-1=0是圆C:x2+y2-4x-2y+1=0的对称轴,
过点A(-4,a)作圆C的一条切线,切点为B,则|AB|=( B )
A.2 B.6
C.4 D.2
[解析] ∵圆C:x2+y2-4x-2y+1=0,即(x-2)2+(y-1)2=4,∴圆心为C(2,1),半径为2.由题意可得,直线l:x+ay-1=0经过圆C的圆心(2,1),故有2+a-1=0,∴a=-1,点A(-4,-1).∵|AC|==2,|CD|=R=2,∴切线的长|AB|==6,故选B.
6.(2019·铜川模拟)在平面直角坐标系xOy中,已知圆C:x2+y2-4x=0及点A(-1,0),B(1,2).在圆C上存在点P,使得|PA|2+|PB|2=12,则点P的个数为( B )
A.1 B.2
C.3 D.4
[解析] 设P(x,y),则(x-2)2+y2=4,|PA|2+|PB|2=(x+1)2+(y-0)2+(x-1)2+(y-2)2=12,即x2+y2-2y-3=0,即x2+(y-1)2=4,因为|2-2|<<2+2,所以圆(x-2)2+y2=4与圆x2+(y-1)2=4相交,所以点P的个数为2.选B.
7.(2019·四川南充模拟)若直线l:y=kx+1被圆C:x2+y2-2x-3=0截得的弦最短,则直线l的方程是( D )
A.x=0 B.y=1
C.x+y-1=0 D.x-y+1=0
[解析] 依题意,直线l:y=kx+1过定点P(0,1).圆C:x2+y2-2x-3=0化为标准方程为(x-1)2+y2=4.故圆心为C(1,0),半径为r=2.则易知定点P(0,1)在圆内.由圆的性质可知当PC⊥l时,此时直线l:y=kx+1被圆C:x2+y2-2x-3=0截得的弦最短.因为kPC==-1,所以直线l的斜率k=1,即直线l的方程是x-y+1=0.
8.已知点P是直线2x+y+10=0上的动点,直线PA,PB分别与圆x2+y2=4相切于A,B两点,则四边形PAOB(O为坐标原点)的面积的最小值为( C )
A.24 B.16
C.8 D.4
[解析] 本题考查直线与圆的位置关系的应用.由题知OA⊥PA,OB⊥PB,且|PA|=|PB|,|OA|=|OB|=2,∴四边形PAOB的面积S=2×|PA|×|OA|=2=2,∴当|OP|最小,即直线OP垂直于直线2x+y+10=0时,面积S最小,即当|OP|==2时,S的最小值为8,故选C.
二、填空题
9.(2018·课标Ⅰ卷)直线y=x+1与圆x2+y2+2y-3=0交于A,B两点,则|AB|=
2 .
[解析] ∵圆的方程可化为x2+(y+1)2=4,设圆心为C,∴圆心C(0,-1),半径r=2.∴圆心C到直线AB的距离d==,BC=2.∴AB=2=2=2.
10.自圆外一点P作圆x2+y2=1的两条切线PM,PN(M,N为切点),若∠MPN=90°,则动点P的轨迹方程是__x2+y2=2___.
[解析] 本题考查轨迹方程的求法.由题意知四边形OMPN是正方形,所以|OP|=,于是点P的轨迹是圆心在原点,半径为的圆,其方程是x2+y2=2.
11.(2019·鄂州模拟)点A,B分别为圆M:x2+(y-3)2=1与圆N:(x-3)2+(y-8)2=4上的动点,点C在直线x+y=0上运动,则|AC|+|BC|的最小值为__7___.
[解析] 由题可知M(0,3),N(3,8),令圆M与圆N的半径分别为R1,R2,则点M关于直线x+y=0的对称点设为M′,可知坐标为(-3,0),那么|AC|+|BC|的最小值就是|M′N|-R1-R2=-3=7.故填7.
12.若圆x2+y2=4与圆x2+y2+2ay-6=0(a>0)的公共弦的长为2,则a=__1___.
[解析] 两圆的方程相减,得公共弦所在的直线方程为(x2+y2+2ay-6)-(x2+y2)=0-4⇔y=,又a>0,结合图形,利用半径、弦长的一半及弦心距所构成的直角三角形,可知==1⇒a=1.
三、解答题
13.(2019·江西赣州)已知圆C:x2+y2+2x-4y+3=0.
(1)若不经过坐标原点的直线l与圆C相切,且直线l在两坐标轴上的截距相等,求直线l的方程;
(2)设点P在圆C上,求点P到直线x-y-5=0距离的最大值与最小值.
[解析] (1)圆C的方程可化为(x+1)2+(y-2)2=2,即圆心的坐标为(-1,2),半径为,因为直线l在两坐标轴上的截距相等且不经过坐标原点,所以可设直线l的方程为x+y+m=0,于是有=,得m=1或m=-3,
因此直线l的方程为x+y+1=0或x+y-3=0.
(2)因为圆心(-1,2)到直线x-y-5=0的距离为=4,所以点P到直线x-y-5=0距离的最大值与最小值分别为5和3.
14.(2017·课标Ⅲ卷)在直角坐标系xOy中,曲线y=x2+mx-2与x轴交于A,B两点,点C的坐标为(0,1),当m变化时,解答下列问题:
(1)能否出现AC⊥BC的情况?说明理由;
(2)证明过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.
[解析] (1)不能出现AC⊥BC的情况,理由如下:
设A(x1,0),B(x2,O),则x1,x2满足x2+mx-2=0,
所以x1x2=-2.
又C的坐标为(0,1),故AC的斜率与BC的斜率之积为· =-,所以不能出现AC⊥BC的情况.
(2)证明:由BC的中点坐标为(,),
可得BC的中垂线方程为y-=x2(x-).
由(1)可得x1+x2=-m,
所以AB的中垂线方程为x=-.
联立又x+mx2-2=0,
可得
所以过A,B,C三点的圆的圆心坐标为(-,-),
半径r=.
故圆在y轴上截得的弦长为2=3,
即过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.
B组能力提升
1.(2018·课标Ⅲ卷)直线x+y+2=0分别与x轴,y轴交于A,B两点,点P在圆(x-2)2+y2=2上,则△ABP面积的取值范围是( A )
A.[2,6] B.[4,8]
C.[,3] D.[2,3]
[解析] 由圆(x-2)2+y2=2可得圆心坐标为(2,0),半径r=,△ABP的面积记为S,点P到直线AB的距离记为d,则有S=|AB|·d.易知|AB|=2,dmax=+=3,dmin=-=,所以2≤S≤6,故选A.
2.(2019·湖北省重点中学联考)设圆x2+y2-2x-2y-2=0的圆心为C,直线l过(0,3),且与圆C交于A,B两点,若|AB|=2,则直线l的方程为( B )
A.3x+4y-12=0或4x-3y+9=0
B.3x+4y-12=0或x=0
C.4x-3y+9=0或x=0
D.3x-4y+12=0或4x+3y+9=0
[解析] 当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=0,联立方程得得或∴|AB|=2,符合题意.当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y=kx+3,∵圆x2+y2-2x-2y-2=0,即(x-1)2+(y-1)2=4,其圆心为C(1,1),圆的半径r=2,圆心C(1,1)到直线y=kx+3的距离d==,∵d2+()2=r2,∴+3=4,解得k=-,∴直线l的方程为y=-x+3,即3x+4y-12=0.综上,直线l的方程为3x+4y-12=0或x=0.故选B.
3.(2019·枣庄模拟)已知点A(0,-6),B(0,6),若对圆(x-a)2+(y-3)2=4上任意一点P,都有∠APB为锐角,则实数a的取值范围是( D )
A.(-5,5)
B.(-,)
C.(-∞,-5)∪(5,+∞)
D.(-∞,-)∪(,+∞)
[解析] 若对圆(x-a)2+(y-3)2=4上任意一点P,都有∠APB为锐角,则圆(x-a)2+(y-3)2=4与圆x2+y2=36外离,即圆心距大于两圆的半径之和,>6+2,解得a2>55,a>或a<-.选D.
4.(2018·江苏高考)在平面直角坐标系xOy中,A为直线l:y=2x上在第一象限内的点,B(5,0),以AB为直径的圆C与直线l交于另一点D.若·=0,则点A的横坐标为__3___.
[解析] 设A(a,2a),a>0,则C(,a),
联立圆C和直线l得
解得或∴D(1,2).则·=(5-a,-2a)·(,2-a)=+2a2-4a=0,解得a=3或-1.又a>0,∴a=3,即点A的横坐标为3.
5.(2019·湖南省东部六校联考)已知直线l:4x+3y+10=0,半径为2的圆C与l相切,圆心C在x轴上且在直线l的右上方.
(1)求圆C的方程;
(2)过点M(1,0)的直线与圆C交于A,B两点(A在x轴上方),问在x轴正半轴上是否存在定点N,使得x轴平分∠ANB?若存在,请求出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
[解析] (1)设圆心C(a,0)(a>-),
则=2,解得a=0或a=-5(舍).
所以圆C:x2+y2=4.
(2)如图,当直线AB⊥x轴时,x轴平分∠ANB.
当直线AB的斜率存在时,设直线AB的方程为y=k(x-1),N(t,0),A(x1,y1),B(x2,y2),
由得,(k2+1)x2-2k2x+k2-4=0,
所以x1+x2=,x1x2=.
若x轴平分∠ANB,
则kAN=-kBN⇒+=0
⇒+=0
⇒2x1x2-(t+1)(x1+x2)+2t=0
⇒-+2t=0
⇒t=4.
所以当点N为(4,0)时,能使得∠ANM=∠BNM总成立.