内容正文:
2.4.2 圆的一般方程
学习目标
1.理解圆的一般方程及其特点,培养数学抽象的核心素养.
2.掌握圆的一般方程和标准方程的互化,提升数学运算的核心素养.
3.会求圆的一般方程以及简单的轨迹方程,强化数学运算与逻辑推理的核心素养.
圆的一般方程
方程x2+y2+Dx+Ey+F=0.(*)
将方程(*)的左边配方,并把常数项移到右边,
得(x+)2+(y+)2=.
(1)当D2+E2-4F>0时,方程(*)表示以(-,-)为圆心,为半径的圆;
(2)当D2+E2-4F=0时,方程(*)只有实数解x=-,y=-,它表示一个点(-,-);
(3)当D2+E2-4F<0时,方程(*)没有实数解,它不表示任何图形.
因此,当D2+E2-4F>0时,方程(*)表示一个圆.我们把方程(*)叫做圆的一般方程.
[思考1] 圆的一般方程的形式有什么特点?
提示:①x2,y2的系数都为1;
②没有xy项;
③D2+E2-4F>0.
[思考2] 圆的标准方程与一般方程之间的关系是什么?
提示:将圆的一般方程配方得到圆的标准方程,将圆的标准方程展开得到圆的一般方程.
[做一做] 圆C的方程为x2+y2-4x+6y+4=0,则圆心C的坐标为 ,半径为 .
解析:由圆C的方程为x2+y2-4x+6y+4=0,整理得(x-2)2+(y+3)2=9,
故该圆的圆心为(2,-3),半径为3.
答案:(2,-3) 3
圆的一般方程的形式特点
[例1] 判断下列方程是否表示圆,若是,写出圆心和半径.
(1)x2+y2=0;
(2)x2+y2-2x+4y-6=0;
(3)x2+y2-2x-2y-3=0;
(4)x2+y2-4mx+2my+20m-20=0.
解:(1)不是圆,因为x2+y2=0表示点(0,0),而不是圆.
(2)是圆,方程可化为(x-1)2+(y+2)2=11,所以圆心(1,-2),半径为.
(3)是圆,方程可化为(x-1)2+(y-1)2=5,所以圆心(1,1),半径为.
(4)法一 因为D=-4m,E=2m,F=20m-20,
所以D2+E2-4F=16m2+4m2-80m+80=20(m-2)2,
当m=2时,它表示一个点;
当m≠2时,原方程表示圆,此时圆心为(2m,-m),
半径r==|m-2|.
法二 原方程可化为(x-2m)2+(y+m)2=5(m-2)2,当m=2时,它表示一
个点;
当m≠2时,原方程表示一个圆,其圆心为(2m,-m),半径r=|m-2|.
判断一个二元二次方程是否表示圆的步骤
先看这个方程是否具备圆的一般方程的特征,即①x2与y2的系数相等;②不含xy项.当它具有圆的一般方程的特征时,再看它能否表示圆,此时有两种途径,一是看D2+E2-4F是否大于零,二是直接配方变形,看右端是否为大于零的常数即可.
[针对训练] (1)已知方程x2+y2+x+2y+2=0表示圆,则实数m的取值范围为( )
A.(1,+∞) B.(2,+∞)
C.(3,+∞) D.(4,+∞)
(2)若圆的方程为x2+y2+kx+2y+k2=0,且圆的面积为π,则圆心坐标为 .
解析:(1)因为方程x2+y2+x+2y+2=0表示圆,所以+22-4×2>0,解得m>4.故选D.
(2)因为圆x2+y2+kx+2y+k2=0的面积为π,所以圆的半径为1,即=×=1,所以k=0,所以圆的方程为x2+y2+2y=0,得圆心坐标为(0,-1).
答案:(1)D (2)(0,-1)
求圆的一般方程
[例2] 已知圆M经过三点A(2,1),B(4,3),C(-2,3).
(1)求圆M的一般方程;
(2)若点(2,m)在圆M上,求实数m的值.
解:(1)设圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
将A(2,1),B(4,3),C(-2,3)代入方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,
可得
解得D=-2,E=-8,F=7,
故所求圆的方程为x2+y2-2x-8y+7=0.
(2)由(1)知圆M的方程为x2+y2-2x-8y+7=0,因为点(2,m)在圆M上,所以22+m2-2×2-8m+7=0,即m2-8m+7=0,解得m=1或7.
用待定系数法求圆的方程时一般方程和标准方程的选择
(1)如果由已知条件容易求得圆心坐标、半径或需利用圆心的坐标或半径列方程的问题,一般采用圆的标准方程,再用待定系数法求出a,b,r.
(2)如果已知条件和圆心或半径都无直接关系,一般采用圆的一般方程,再用待定系数法求出参数D,E,F.
[针对训练] 已知一圆过P(4,-2),Q(-1,3)两点,且在y轴上截得的线段长为4,求圆的方程.
解:法一(待定系数法) 设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,将点P,Q的坐标分别代入上式,
得
把x=0代入