内容正文:
考点8.1 直线和圆
题型3 与圆有关的最值问题
母题模型解读:直线恒过定点(1,3)
(2023春·湖南·高三长郡中学校联考阶段练习)设,过定点的
动直线,和过定点的动直线交于点
是圆上的任意一点,则下列说法正确的有( )推理:直线利用
圆心到直线距离
等于半径
推理:
时距离最大
A.直线与圆相切时
B.到距离的最大值是
推理:当
时所得弦长最短
C.直线与圆相交的最短弦长为
D.的最大值为联想:求出点P的轨迹
【答案】BC
拆题
作图发现,当时直线也与圆相切
A错误
直线过的定点为
到距离的最大值是
当时到的距离最大
B正确
正确
弦长为
当时所得弦长最短
D错误
设
大招快解:利用基本不等式:,
所以,当且仅当时等号成立,故D错误.
故选:BC.
得点B关于直线的对称点:因为,故.
方法总结:与圆有关的最值问题
(1)圆心到定直线的距离的最小值,即是圆心到直线的距离,直接借助点到直线的距离计算即可;
(2)圆上动点到定直线的距离的最小值,即转化成圆心到直线距离减去圆的半径;圆上动点到定直线的距离的最大值,即转化成圆心到直线距离加上圆的半径.
(3)形如(x-a)2+(y-b)2形式的最值问题,可转化为圆上动点(x,y)到定点(a,b)的距离的平方的最值问题.
子题变式
1.(难度★★)(2023·贵州毕节·统考二模)等腰三角形ABC内接于半径为2的圆O中,,且M为圆O上一点,的最大值为( )
A.2 B.6 C.8 D.10
【答案】B
【解析】以圆O的圆心O为原点,射线OA为x轴建立平面直角坐标系,连接,如图,
因为,则,而圆O的方程为,设,故,
利用圆的参数方程(注意角的取值范围)
,当且仅当,即时,,所以的最大值为6.故选B.
2.(创新题)(难度★★★)(2023·四川凉山·二模)如图所示,正方体棱长为2,点P为正方形内(不含边界)一动点,角平分线交于点Q,点P在运动过程中始终满足.
①直线与点P的轨迹无公共点;
②存在点P使得;
③三棱锥体积最大值为;
④点P运动轨迹长为.
上述说法中正确的个数为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【解析】因为为的角平分线,在中,由正弦定理可知,设,则
,所以,
在中,由正弦定理可知,,
因为,所以,且,设,,
因为点P为正方形内(不含边界)一动点,所以需考虑自变量的范围
所以,所以,,所以,点的轨迹是以为圆心,为半径的圆在正方形内部的弧,且,点到该直线的距离为,所以与圆无公共点,①正确;若,设,所以,所以,所以,即,联立,解得
所以点满足条件,所以②正确;若最大,则到距离最大,即到与圆的交点处,但不在正方形边界上,所以最大值取不到,故③错误;令,得到点,又因为,所以,所以为等边三角形,所以,由为点的运动轨迹,故,故④正确;故选C.
弧长公式:
3.(挑战题)(难度★★)(多选题)(2023·江苏·统考一模)已知点,,点P为圆C:上的动点,则( )
A.面积的最小值为 B.的最小值为
C.的最大值为 D.的最大值为
【答案】BCD
【解析】,圆C是以为圆心,
半径为的圆.对于A,面积的最小值为点P动到圆C的最低点时,,,故选项A错误;
对于B,连接交圆于点,当点P动到点时,取到最小值为,故选项B正确;
对于C,当 运动到与圆C相切时,取得最大值,设切点为,,,
,故选项C正确;
对于D,,当点P动到点时,取得最大
向量数量积的几何意义:与即在上的投影数量的乘积,
值,即在上的投影,,故选项D正确;故选BCD.
4.(挑战题)(难度★★)(多选题)(2023春·重庆万州·高三重庆市万州第二高级中学校考阶段练习)已知,是圆:上的两点,则下列结论中正确的是( )
A.若,则
B.若点到直线的距离为,则
C.若,则的最大值为4
D.的最小值为
【答案】BD
【解析】依题意,如图所示:
对于A:若,在中,,所以,所以,故A选项错误;
对于B:若点到直线的距离为,由垂径定理易得:,
解得:,故B选项正确;
对于C:,
其几何意义为,到直线的距离之和的倍,
设中点为,则有(梯形中位线),
因为,所以,所以在直角三角形中,,所以点的轨迹为以原点为圆心,为半径的圆,即,
所以的圆心到直线的距离为,
所以,所以,
故C选项错误;对于D:因为,所以当的夹角为时取得最小值,故D选项正确;故选BD.
5.(难度★★)(2023·四川成都·统考二模)若直线与相交于点,过点作圆的切线,切点为,则|PM|的最大值为______.
【答案】
【解析】直线过定点,直线过定点,
一定挖掘题目的隐含条件: