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- 2021-06-11 发布
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§9.4 直线与圆、圆与圆的位置关系
最新考纲
考情考向分析
1.能根据给定直线、圆的方程,判断直线与圆的位置关系;能根据给定两个圆的方程判断两圆的位置关系.
2.能用直线和圆的方程解决一些简单的问题.
3.初步了解用代数方法处理几何问题的思想.
考查直线与圆的位置关系、圆与圆的位置关系的判断;根据位置关系求参数的范围、最值、几何量的大小等.题型主要以选择、填空题为主,要求相对较低,但内容很重要,有时也会在解答题中出现.
1.判断直线与圆的位置关系常用的两种方法
(1)几何法:利用圆心到直线的距离d和圆的半径r的大小关系.
dr⇔相离.
(2)代数法:
2.圆与圆的位置关系
设圆O1:(x-a1)2+(y-b1)2=r(r1>0),
圆O2:(x-a2)2+(y-b2)2=r(r2>0).
方法
位置关系
几何法:圆心距d与r1,r2的关系
代数法:联立两圆方程组成方程组的解的情况
外离
d>r1+r2
无解
外切
d=r1+r2
一组实数解
相交
|r1-r2|2,∴点A(3,5)在圆外.显然,当切线斜率不存在时,直线与圆相切,即切线方程为x-3=0,当切线斜率存在时,可设所求切线方程为y-5=k(x-3),即kx-y+5-3k=0.又圆心为(1,2),半径r=2,而圆心到切线的距离d==2,
即|3-2k|=2,∴k=,
故所求切线方程为5x-12y+45=0或x-3=0.
题型一 直线与圆的位置关系
1.(2018届贵州黔东南州联考)在△ABC中,若asin A+bsin B-csin C=0,则圆C:x2+y2=1与直线l:ax+by+c=0的位置关系是( )
A.相切 B.相交
C.相离 D.不确定
答案 A
解析 因为asin A+bsin B-csin C=0,
所以由正弦定理得a2+b2-c2=0.
故圆心C(0,0)到直线l:ax+by+c=0的距离d==1=r,故圆C:x2+y2=1与直线l:ax+by+c=0相切,故选A.
2.圆x2+y2-2x+4y=0与直线2tx-y-2-2t=0(t∈R)的位置关系为( )
A.相离 B.相切
C.相交 D.以上都有可能
答案 C
解析 直线2tx-y-2-2t=0恒过点(1,-2),
∵12+(-2)2-2×1+4×(-2)=-5<0,
∴点(1,-2)在圆x2+y2-2x+4y=0内,
直线2tx-y-2-2t=0与圆x2+y2-2x+4y=0相交,
故选C.
思维升华 判断直线与圆的位置关系的常见方法
(1)几何法:利用d与r的关系.
(2)代数法:联立方程之后利用Δ判断.
(3)点与圆的位置关系法:若直线恒过定点且定点在圆内,可判断直线与圆相交.
题型二 圆与圆的位置关系
典例 已知圆C1:(x-a)2+(y+2)2=4与圆C2:(x+b)2+(y+2)2=1外切,则ab的最大值为( )
A. B. C. D.2
答案 C
解析 由圆C1与圆C2外切,
可得=2+1=3,即(a+b)2=9,根据基本不等式可知ab≤2=,当且仅当a=b时等号成立,ab的最大值为.
引申探究
1.若将本典例中的“外切”变为“内切”,求ab的最大值.
解 由C1与C2内切得=1.
即(a+b)2=1,又ab≤2=,当且仅当a=b时等号成立,故ab的最大值为.
2.若将本典例条件“外切”变为“相交”,求公共弦所在的直线方程.
解 由题意把圆C1,圆C2的方程都化为一般方程,得
圆C1:x2+y2-2ax+4y+a2=0,①
圆C2:x2+y2+2bx+4y+b2+3=0,②
由②-①得(2a+2b)x+3+b2-a2=0,
即(2a+2b)x+3+b2-a2=0为所求公共弦所在直线方程.
思维升华 判断圆与圆的位置关系时,一般用几何法,其步骤是
(1)确定两圆的圆心坐标和半径长;
(2)利用平面内两点间的距离公式求出圆心距d,求r1+r2,|r1-r2|;
(3)比较d,r1+r2,|r1-r2|的大小,写出结论.
跟踪训练 (2017·重庆调研)如果圆C:x2+y2-2ax-2ay+2a2-4=0与圆O:x2+y2=4总相交,那么实数a的取值范围是______________________.
答案 (-2,0)∪(0,2)
解析 圆C的标准方程为(x-a)2+(y-a)2=4,圆心坐标为(a,a),半径为2.
依题意得0<<2+2,∴0<|a|<2.
∴a∈(-2,0)∪(0,2).
题型三 直线与圆的综合问题
命题点1 求弦长问题
典例 直线x+y-2=0与圆x2+y2=4相交于A,B两点,则弦AB的长为________.
答案 2
解析 ∵圆x2+y2=4的圆心为点(0,0),半径r=2,
∴圆心到直线x+y-2=0的距离d==1,
∴弦长|AB|=2=2.
命题点2 直线与圆相交求参数范围
典例 已知过点A(0,1)且斜率为k的直线l与圆C:(x-2)2+(y-3)2=1交于M,N两点.
(1)求k的取值范围;
(2)若·=12,其中O为坐标原点,求|MN|.
解 (1)由题设,可知直线l的方程为y=kx+1,
因为l与C交于两点,所以<1.
解得0,b>0)的离心率为,则其渐近线与圆(x-a)2+y2=a2的位置关系是( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.不确定
答案 C
解析 因为一条渐近线方程为ay-bx=0,又离心率为=,所以a=b,所以渐近线方程为y-x=0,由(x-a)2+y2=a2知圆心为(a,0),半径为a,圆心到直线的距离d==>a,所以直线与圆相离,故选C.
2.(2017·辽宁辽南协作体模拟)圆x2+y2-4x-4y-10=0上的点到直线x+y-8=0的最大距离与最小距离的差是( )
A.18 B.6 C.5 D.4
答案 C
解析 圆的方程可化为(x-2)2+(y-2)2=(3)2,
圆心到直线的距离为=2<3,
故直线与圆相交,最小距离为0,最大距离为3+2=5.综上可得,圆x2+y2-4x-4y-10=0上的点到直线x+y-8=0的最大距离与最小距离的差是5-0=5.故选C.
3.(2018·福州模拟)过点P(1,-2)作圆C:(x-1)2+y2=1的两条切线,切点分别为A,B,则AB所在直线的方程为( )
A.y=- B.y=-
C.y=- D.y=-
答案 B
解析 圆(x-1)2+y2=1的圆心为(1,0),半径为1,以|PC|==2为直径的圆的方程为(x-1)2+(y+1)2=1,将两圆的方程相减得AB所在直线的方程为2y+1=0,即y=-.
4.(2017·广州调研)若点A(1,0)和点B(4,0)到直线l的距离依次为1和2,则这样的直线有( )
A.1条 B.2条 C.3条 D.4条
答案 C
解析 如图,分别以A,B为圆心,1,2为半径作圆.由题意得,直线l是圆A的切线,A到l的距离为1,直线l也是圆B的切线,B到l的距离为2,所以直线l是两圆的公切线,共3条(2条外公切线,1条内公切线).
5.(2017·福建漳州八校联考)已知点P(a,b)(ab≠0)是圆x2+y2=r2内的一点,直线m是以P为中点的弦所在的直线,直线l的方程为ax+by=r2,那么( )
A.m∥l,且l与圆相交 B.m⊥l,且l与圆相切
C.m∥l,且l与圆相离 D.m⊥l,且l与圆相离
答案 C
解析 ∵点P(a,b)(ab≠0)在圆内,∴a2+b2=r,
∴m∥l,l与圆相离.故选C.
6.(2018·洛阳二模)已知圆C的方程为x2+y2=1,直线l的方程为x+y=2,过圆C上任意一点P作与l夹角为45°的直线交l于点A,则|PA|的最小值为( )
A. B.1
C.-1 D.2-
答案 D
解析 方法一 由题意可知,直线PA与坐标轴平行或重合,不妨设直线PA与y轴平行或重合,
设P(cos α,sin α),则A(cos α,2-cos α),
∴|PA|=|2-cos α-sin α|=,
∴|PA|的最小值为2-,故选D.
方法二 由题意可知圆心(0,0)到直线x+y=2的距离d==,∴圆C上一点到直线x+y=2的距离的最小值为-1.由题意可得|PA|min=(-1)=2-,故选D.
7.(2018届南昌摸底)已知动直线l与圆O:x2+y2=4相交于A,B两点,且满足|AB|=2,点C为直线l上一点,且满足=,若M是线段AB的中点,则·的值为( )
A.3 B.2
C.2 D.-3
答案 A
解析 动直线l与圆O:x2+y2=4相交于A,B两点,且满足|AB|=2,则△OAB为等边三角形,于是可设动直线l的方程为y=(x+2),根据题意可得B(-2,0),A(-1,),∵M是线段AB的中点,
∴M,设C(x,y),
∵=,∴(-2-x,-y)=(-1-x,-y),
∴解得
∴C,
∴·=·=+=3,故选A.
8.(2016·全国Ⅲ)已知直线l:x-y+6=0与圆x2+y2=12交于A,B两点,过A,B分别作l的垂线与x轴交于C,D两点,则|CD|=________.
答案 4
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),由
得y2-3y+6=0,
解得x1=-3,y1=;x2=0,y2=2,
∴A(-3,),B(0,2).
过A,B作l的垂线方程分别为
y-=-(x+3),y-2=-x,令y=0,则xC=-2,xD=2,∴|CD|=2-(-2)=4.
9.(2017·兰州月考)点P在圆C1:x2+y2-8x-4y+11=0上,点Q在圆C2:x2+y2+4x+2y+1=0上,则|PQ|的最小值是________.
答案 3-5
解析 把圆C1、圆C2的方程都化成标准形式,得
(x-4)2+(y-2)2=9,(x+2)2+(y+1)2=4.
圆C1的圆心坐标是(4,2),半径是3;
圆C2的圆心坐标是(-2,-1),半径是2.
圆心距d==3.
所以|PQ|的最小值是3-5.
10.在平面直角坐标系xOy中,已知(x1-2)2+y=5,x2-2y2+4=0,则(x1-x2)2+(y1-y2)2的最小值为______.
答案
解析 由已知得点(x1,y1)在圆(x-2)2+y2=5上,点(x2,y2)在直线x-2y+4=0上,故(x1-x2)2
+(y1-y2)2表示(x-2)2+y2=5上的点和直线x-2y+4=0上点的距离的平方,而距离的最小值为-=,故(x1-x2)2+(y1-y2)2的最小值为.
11.已知圆C:x2+y2+2x-4y+1=0,O为坐标原点,动点P在圆C外,过P作圆C的切线,设切点为M.
(1)若点P运动到(1,3)处,求此时切线l的方程;
(2)求满足条件|PM|=|PO|的点P的轨迹方程.
解 把圆C的方程化为标准方程为(x+1)2+(y-2)2=4,
∴圆心为C(-1,2),半径r=2.
(1)当l的斜率不存在时,此时l的方程为x=1,
C到l的距离d=2=r,满足条件.
当l的斜率存在时,设斜率为k,
得l的方程为y-3=k(x-1),
即kx-y+3-k=0,
则=2,解得k=-.
∴l的方程为y-3=-(x-1),
即3x+4y-15=0.
综上,满足条件的切线l的方程为x=1或3x+4y-15=0.
(2)设P(x,y),则|PM|2=|PC|2-|MC|2
=(x+1)2+(y-2)2-4,
|PO|2=x2+y2,∵|PM|=|PO|,
∴(x+1)2+(y-2)2-4=x2+y2,
整理,得2x-4y+1=0,
∴点P的轨迹方程为2x-4y+1=0.
12.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 (1)设圆心C(a,0),
则=2,解得a=0或a=-5(舍).
所以圆C的方程为x2+y2=4.
(2)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,即+=0,
则+=0,
即2x1x2-(t+1)(x1+x2)+2t=0,
亦即-+2t=0,解得t=4,
所以当点N坐标为(4,0)时,能使得∠ANM=∠BNM总成立.
13.(2018·贵州贵阳第一中学月考)已知直线l:(m+2)x+(m-1)y+4-4m=0上总存在点M,使得过M点作的圆C:x2+y2+2x-4y+3=0的两条切线互相垂直,则实数m的取值范围是( )
A.m≤1或m≥2 B.2≤m≤8
C.-2≤m≤10 D.m≤-2或m≥8
答案 C
解析 如图,设切点分别为A,B.连接AC,BC,MC,由∠AMB=∠MAC=∠MBC=90°及MA=MB知,四边形MACB为正方形,故|MC|==2,若直线l上总存在点M使得过点M的两条切线互相垂直,只需圆心(-1,2)到直线l的距离d=≤2,即m2-8m-20≤0,∴-2≤m≤10,故选C.
14.(2017·郑州一模)若⊙O:x2+y2=5与⊙O1:(x-m)2+y2=20(m∈R)相交于A,B两点,且两圆在点A处的切线互相垂直,则线段AB的长是________.
答案 4
解析 ⊙O1与⊙O在A处的切线互相垂直,如图,可知两切线分别过另一圆的圆心,∴O1A⊥OA.
又∵|OA|=,|O1A|=2,∴|OO1|=5.
又A,B关于OO1所在直线对称,
∴AB长为Rt△OAO1斜边上的高的2倍,
∴|AB|=2×=4.
15.(2017·石家庄一模)若a,b是正数,直线2ax+by-2=0被圆x2+y2=4截得的弦长为2,则t=a取得最大值时a的值为( )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 由已知可得圆心(0,0)到直线2ax+by-2=0的距离d=,
则直线被圆截得的弦长为2=2,
化简得4a2+b2=4.
∴t=a=·(2a)·
≤[(2a)2+()2]
=(8a2+2b2+1)=,
当且仅当时等号成立,即t取最大值,此时a=(舍负值).故选D.
16.(2017·日照一模)曲线y=的一条切线l与直线y=x,y轴围成的三角形记为△OAB,则△OAB外接圆面积的最小值为( )
A.8π B.8(3-)π
C.16(-1)π D.16(2-)π
答案 C
解析 y′=,设直线l与曲线的切点坐标为(x0,y0),则直线l的方程为y-=·(x-x0),即y=x+.不妨设直线l与直线y=x的交点为A,与y轴的交点为B,可求得A(2x0,2x0),B.
∴|AB|2=4x+2=8x+-32
≥32(-1),当且仅当x=2时取等号.
由正弦定理可得△OAB的外接圆的半径R=·=|AB|,
则△OAB外接圆的面积S=πR2=π|AB|2≥16(-1)π.故选C.