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- 2021-07-01 发布
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章末整合
专题一
求直线与圆的方程
例
1
圆
C
的圆心在
l
1
:
x-y-
1
=
0
上
,
与
l
2
:4
x+
3
y+
14
=
0
相切
,
且截
l
3
:3
x+
4
y+
10
=
0
所得的弦长为
6,
求圆
C
的方程
.
由
①
得
a=b+
1,
代入
②③
得
b=
1,
r=
5,
a=
2
.
∴
所求圆的方程为
(
x-
2)
2
+
(
y-
1)
2
=
25
.
方法技巧
确定圆的方程的主要方法
一是定义法
,
二是待定系数法
.
定义法主要是利用直线和圆的几何性质
,
确定圆心坐标和半径
,
从而得出圆的标准方程
;
待定系数法则是设出圆的方程
(
多为一般式
),
再根据题目条件列方程
(
组
)
求出待定的系数
.
变式训练
1
已知直线
l
过点
P
(3,1),
且被两条平行直线
l
1
:
x+y+
1
=
0
和
l
2
:
x+y+
6
=
0
截得的线段长为
5,
求直线
l
的方程
.
解
:
(
方法
1)
若直线的斜率不存在
,
则直线的方程为
x=
3,
此时
l
与
l
1
,
l
2
的交点分别为
A'
(3,
-
4)
和
B'
(3,
-
9),
截得的线段长为
|-
4
+
9
|=
5,
符合题意
.
若直线的斜率存在
,
则设直线的方程为
y=k
(
x-
3)
+
1,
解方程组
解得
k=
0,
即所求直线的方程为
y=
1
.
综上可知
,
所求直线的方程为
x=
3
或
y=
1
.
提醒
本题容易产生的错误是不考虑直线斜率是否存在
,
从而忽略了直线
x=
3
.
专题二
与圆有关的最值问题
例
2
已知实数
x
,
y
满足方程
x
2
+y
2
-
4
x+
1
=
0
.
求
:
(2)
y-x
的最大值和最小值
;
(3)
x
2
+y
2
的最大值和最小值
.
思路分析
:
本题可
将
和
y-x
转化成与直线斜率、截距有关的问题
,
x
2
+y
2
可看成是点
(
x
,
y
)
与点
(0,0)
距离的平方
,
然后结合图形求解
.
方法技巧
解决与圆有关的最值问题的常用方法
(1)
形如
u
=
的
最值问题
,
可转化为定点
(
a
,
b
)
与圆上的动点
(
x
,
y
)
的斜率的最值问题
;
(2)
形如
t=ax+by
的最值问题
,
可转化为动直线的截距的最值问题
;
(3)
形如
(
x-a
)
2
+
(
y-b
)
2
的最值问题
,
可转化为动点到定点的距离的最值问题
.
变式训练
2
已知点
P
(
x
,
y
)
在圆
x
2
+y
2
-
6
x-
6
y+
14
=
0
上
.
(2)
求
x
2
+y
2
+
2
x+
3
的最大值与最小值
.
解
:
(1)
圆
x
2
+y
2
-
6
x-
6
y+
14
=
0
即为
(
x-
3)
2
+
(
y-
3)
2
=
4,
可得圆心为
C
(3,3),
半径为
r=
2
.
(2)
x
2
+y
2
+
2
x+
3
=
(
x+
1)
2
+y
2
+
2
表示点
(
x
,
y
)
与
A
(
-
1,0)
的距离的平方加上
2
.
连接
AC
,
交圆
C
于
B
,
延长
AC
,
交圆于
D
,
AD
为最长
,
且为
|AC|+r=
5
+
2
=
7,
则
x
2
+y
2
+
2
x+
3
的最大值为
7
2
+
2
=
51,
x
2
+y
2
+
2
x+
3
的最小值为
3
2
+
2
=
11
.
专题三
与圆有关的轨迹问题
例
3
已知圆的方程为
x
2
+y
2
=r
2
,
圆内有定点
P
(
a
,
b
),
圆周上有两个动点
A
、
B
,
使
PA
⊥
PB
,
求矩形
APBQ
的顶点
Q
的轨迹方程
.
思路分析
:
利用几何法求解
,
或利用转移法求解
,
或利用参数法求解
.
解
:
(
方法
1)
如图
,
在矩形
APBQ
中
,
连接
AB
,
PQ
交于
M
,
显然
OM
⊥
AB
,
又
|
PQ|
2
=|AB|
2
,
即
(
x-a
)
2
+
(
y-b
)
2
=
(
x
1
-x
2
)
2
+
(
y
1
-y
2
)
2
=
2
r
2
-
2(
x
1
x
2
+y
1
y
2
)
.
①
又
AB
与
PQ
的中点重合
,
故
x+a=x
1
+x
2
,
y+b=y
1
+y
2
,
即
(
x+a
)
2
+
(
y+b
)
2
=
2
r
2
+
2(
x
1
x
2
+y
2
y
2
)
.
②
①
+
②
,
有
x
2
+y
2
=
2
r
2
-
(
a
2
+b
2
),
这就是所求的轨迹方程
.
方法技巧
求与圆有关的轨迹问题的常用方法
(1)
直接法
:
直接根据题目提供的条件列出方程
.
(2)
定义法
:
根据直线、圆、圆锥曲线等定义列方程
.
(3)
几何法
:
利用圆的几何性质列方程
.
(4)
代入法
:
找到要求点与已知点的关系
,
代入已知点满足的关系式等
.
变式训练
3
如图
,
已知点
A
(
-
1,0)
与点
B
(1,0),
C
是圆
x
2
+y
2
=
1
上的动点
,
连接
BC
并延长至
D
,
使得
|CD|=|BC|
,
求
AC
与
OD
的交点
P
的轨迹方程
.
解
:
设动点
P
(
x
,
y
),
由题意可知
P
是
△
ABD
的重心
.
由
A
(
-
1,0),
B
(1,0),
令动点
C
(
x
0
,
y
0
),
则
D
(2
x
0
-
1,2
y
0
),
专题四
直线与圆的方程的实际应用
例
4
一艘轮船沿直线返回港口的途中
,
接到气象台的台风预报
,
台风中心位于轮船正西
70 km
处
,
受影响的范围是半径为
30 km
的圆形区域
,
已知港口位于台风中心正北
40 km
处
,
如果这艘轮船不改变航线
,
那么它是否会受到台风的影响
?
解
:
以
台风中心为坐标原点
,
以东西方向为
x
轴建立直角坐标系
(
如图
),
其中取
10
km
为单位长度
,
则受台风影响的圆形区域所对应的圆的方程为
x
2
+y
2
=
9,
港口所对应的点的坐标为
(0,4),
轮船的初始
位置
方法技巧
1
.
解决直线与圆的实际应用题的
步骤
2
.
建立适当的直角坐标系应遵循的三个原则
(1)
若曲线是轴对称图形
,
则可选它的对称轴为坐标轴
.
(2)
常选特殊点作为直角坐标系的原点
.
(3)
尽量使已知点位于坐标轴上
.
(1)
建立适当的直角坐标系
,
求圆弧所在的圆的方程
.
(2)
为保证安全
,
要求行驶车辆顶部
(
设为平顶
)
与隧道顶部在竖直方向上的高度之差至少要有
0
.
5 m
.
请计算车辆通过隧道的限制高度是多少
.
所以车辆通过隧道的限制高度是
3
.
5
米
.
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