内容正文:
直线与圆的方程专题突破-2025年高考数学一轮复习
一.选择题(共8小题)
1.(2024•永寿县校级模拟)已知直线l1:2x﹣ay+1=0,l2:(a﹣1)x﹣y+a=0,则“a=2”是“l1∥l2”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
2.(2024•贵州模拟)已知直线l倾斜角的余弦值为,且经过点(2,1),则直线l的方程为( )
A.2x+y﹣5=0 B.2x﹣y﹣3=0 C.x﹣2y=0 D.x+2y﹣4=0
3.(2024•盐湖区一模)直线l1:mx﹣y+3m=0与直线l2:x+my﹣3=0相交于点P(x0,y0),则的取值范围是( )
A. B.
C. D.
4.(2024•重庆模拟)已知a>0,b>0,两直线l1:(a﹣1)x+y﹣1=0,l2:x+2by+1=0且l1⊥l2,则的最小值为( )
A.2 B.4 C.8 D.9
5.(2024•庐阳区校级模拟)已知两个不同的圆C1,C2均过定点A(a,b),且圆C1,C2均与x轴、y轴相切,则圆C1与圆C2的半径之积为( )
A.|ab| B.2|ab| C.a2+b2 D.
6.(2024•乐山三模)已知圆O:x2+y2=16,点F(﹣2,),点E是l:2x﹣y+16=0上的动点,过E作圆O的切线,切点分别为A,B,直线AB与EO交于点M,则|MF|的最小值为( )
A. B. C. D.
7.(2024•运城二模)已知正方形ABCD的边长为2,点P在以A为圆心,1为半径的圆上,则|PB|2+|PC|2+|PD|2最小值为( )
A. B. C. D.
8.(2024•河池模拟)古希腊数学家阿波罗尼斯的著作《圆锥曲线论》中有这样一个结论:平面内与两点距离的比为常数λ(λ≠1)的点的轨迹是圆,后人称这个圆为阿波罗尼斯圆.已知点O(0,0),,动点P(x,y)满足,若点P的轨迹与圆C:x2+y2+6x+2y=r2﹣10(r>0)有且仅有三条公切线,则r=( )
A. B.1 C.2 D.3
二.多选题(共3小题)
(多选)9.(2024•香河县校级模拟)已知直线l经过点(2,3),且点A(﹣3,2),B(5,﹣4)到直线l的距离相等,则直线l的方程可能为( )
A.4x﹣y﹣5=0 B.4x+y﹣11=0
C.3x+4y﹣18=0 D.3x﹣4y+6=0
(多选)10.(2024•芝罘区校级模拟)圆O1:x2+y2﹣2x=0和圆O2:x2+y2+2x﹣4y=0的交点为A,B,则有( )
A.公共弦AB所在直线方程为x﹣y=0
B.线段AB中垂线方程为x+y﹣1=0
C.公共弦AB的长为
D.P为圆O1上一动点,则P到直线AB距离的最大值为+1
(多选)11.(2024•禅城区校级模拟)如图,A(2,0),B(1,1),C(﹣1,1),D(﹣2,0),弧是以OD为直径的圆上的一段圆弧,弧是以BC为直径的圆上的一段圆弧,弧是以OA为直径的圆上的一段圆弧,三段弧构成曲线w,则下述正确的是( )
A.曲线w与x轴围成的图形的面积等于2π
B.曲线w上有5个整点(横、纵坐标均为整数的点)
C.弧所在圆的方程为x2+(y﹣1)2=1
D.弧与弧的公切线方程为x+y=
三.填空题(共3小题)
12.(2024•莲湖区校级三模)已知点A(8,﹣6)与圆C:x2+y2=25,P是圆C上任意一点,则|AP|的最小值是 .
13.(2024•武清区校级模拟)已知直线x+y﹣5=0与圆C:x2+y2﹣4x+2y+m=0相交于A,B两点,且|AB|=4,则实数m= .
14.(2024•九江二模)欧拉于1765年在他的著作《三角形的几何学》中首次提出定理:三角形的重心、垂心和外心共线,这条线称之为三角形的欧拉线.已知A(0,2),B(4,2),C(a,﹣1),且△ABC为圆x2+y2+Ex+Fy=0内接三角形,则△ABC的欧拉线方程为 .
四.解答题(共5小题)
15.(2023•宝鸡三模)已知点P(x,y)在曲线x2+y2=1上.
(1)求动点M(x+y,xy)的轨迹C的参数方程,并化为直角坐标方程;
(2)过原点的直线l与(1)中的曲线C交于A,B两点,且,求直线l的斜率.
16.(2023•固镇县三模)如图,在平行四边形OABC中,点O是原点,点A和点C的坐标分别是(3,0)、(1,3),点D是线段AB上的动点.
(1)求AB所在直线的一般式方程;
(2)当D在线段AB上运动时,求线段CD的中点M的轨迹方程.
17.(2024•黑龙江模拟)已知圆C:x2﹣mx+y2+2(2﹣m)y+m﹣1=0,m∈R.
(1)证明:圆C过定点;
(2)当m=0时,点P为直线上的动点,过P作圆C的两条切线,切点分别为A,B,求四边形PACB面积最小值,并写出此时直线AB的方程.
18.(2024•苏州三模)已知圆O:x2+y2=4,直线l1:x=m,直线l2:y=x+b和圆交于A,B两点,过A,B分别作直线l1的垂线,垂足为C,D.
(1)求实数b的取值范围;
(2)若m=﹣4,求四边形ABDC的面积取最大值时,对应实数b的值;
(3)若直线AD和直线BC交于点E,问是否存在实数m,使得点E在一条平行于x轴的直线上?若存在,求出实数m的值;若不存在,请说明理由.
19.(2024•徐州模拟)将圆x2+y2=2上各点的纵坐标变为原来的倍(横坐标不变),所得曲线为E.记P(﹣2,0),Q(1,0),过点P的直线与E交于不同的两点A,B,直线QA,QB与E分别交于点C,D.
(1)求E的方程;
(2)设直线AB,CD的倾斜角分别为α,β.当时:
(i)求的值;
(i)若β﹣α有最大值,求λ的取值范围.
直线与圆的方程专题突破-2025年高考数学一轮复习
参考答案与试题解析
一.选择题(共8小题)
1.(2024•永寿县校级模拟)已知直线l1:2x﹣ay+1=0,l2:(a﹣1)x﹣y+a=0,则“a=2”是“l1∥l2”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
【解答】解:a=2时,直线l1:2x﹣2y+1=0,l2:x﹣y+2=0,可得两条直线的斜率相同,在y轴的截距不同,所以两条直线平行,
即此时“a=2”是“l1∥l2”的充分条件;
l1∥l2时,则=≠,整理可得,解得a=2,此时a=2”是“l1∥l2”的必要条件,
综上所述:“a=2”是“l1∥l2”的充要条件.
故选:C.
2.(2024•贵州模拟)已知直线l倾斜角的余弦值为,且经过点(2,1),则直线l的方程为( )
A.2x+y﹣5=0 B.2x﹣y﹣3=0 C.x﹣2y=0 D.x+2y﹣4=0
【解答】解:已知直线l倾斜角的余弦值为,即,故,
所以,
由于直线经过点(2,1),
故直线的方程为y﹣1=﹣2(x﹣2),整理得2x+y﹣5=0.
故选:A.
3.(2024•盐湖区一模)直线l1:mx﹣y+3m=0与直线l2:x+my﹣3=0相交于点P(x0,y0),则的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【解答】解:直线l1的方程可化为m(x+3)﹣y=0,可知直线l1经过x+3=0与y=0的交点A(﹣3,0)
同理可得直线l2经过x﹣3=0与y=0的交点B(3,0),
因为m×1+(﹣1)×m=0,所以l1⊥l2,即PA⊥PB,
因为,,
所以,整理,
当x0=﹣3,y0=0,点(﹣3,0)不在直线l2上,所以点P的轨迹是曲线x2+y2=9(x≠﹣3),
设,可得kx0﹣y0﹣5k=0,
由题意得直线kx﹣y﹣5k=0与曲线x2+y2=9(x≠﹣3)有公共点,
曲线x2+y2=9是圆心为原点,半径为3的圆,所以,解得,
当x0=﹣3,y0=0时,;当x0=3,y0=0时,,所以的取值范围是.
故选:B.
4.(2024•重庆模拟)已知a>0,b>0,两直线l1:(a﹣1)x+y﹣1=0,l2:x+2by+1=0且l1⊥l2,则的最小值为( )
A.2 B.4 C.8 D.9
【解答】解:∵a>0,b>0,两直线l1:(a﹣1)x+y﹣1=0,l2:x+2by+1=0,且l1⊥l2,
∴(a﹣1)+2b=0,即a+2b=1≥2∴ab≤,≥8,当且仅当a=2b=时,等号成立.
则==的最小值为8,
故选:C.
5.(2024•庐阳区校级模拟)已知两个不同的圆C1,C2均过定点A(a,b),且圆C1,C2均与x轴、y轴相切,则圆C1与圆C2的半径之积为( )
A.|ab| B.2|ab| C.a2+b2 D.
【解答】解:根据题意,分2种情况讨论:
①点A不在坐标轴上,即点A在某个象限内;
若点A在第一象限时,圆C1,C2的方程为(x﹣r)2+(y﹣r)2=r2(r>0)的形式,
代入点A(a,b)的坐标,可得关于r的方程r2﹣2(a+b)r+a2+b2=0,
此时圆C1,C2的半径r1,r2是该方程的两个不同实根,所以r1r2=a2+b2,
同理,当点A在第二、三、四象限时也可得r1r2=a2+b2;
②点A在坐标轴上;
当点A在y轴上时,a=0,此时圆C1,C2的圆心分别位于第一、二象限(或第三、四象限),两圆在A点处相切,且r1=r2=|b|,满足r1r2=a2+b2,
同理,当点A在x轴上时,b=0,同样满足r1r2=a2+b2,
综合可得:r1r2=a2+b2.
故选:C.
6.(2024•乐山三模)已知圆O:x2+y2=16,点F(﹣2,),点E是l:2x﹣y+16=0上的动点,过E作圆O的切线,切点分别为A,B,直线AB与EO交于点M,则|MF|的最小值为( )
A. B. C. D.
【解答】解:设M(x,y),
解:设M(x,y),由△AOE∽△MOA,可得,
故==,所以点E(,),
将点E的坐标代入直线l:2x﹣y+16=0,
化简可得(x+1)2+(y﹣)2=(x,y不同时为0),
故点M的轨迹是以(﹣1,)为圆心,为直径的圆,所以|MF|的最小值即为点到圆心的距离减去半径,
故|MF|的最大值为﹣=2﹣=.
故选:B.
7.(2024•运城二模)已知正方形ABCD的边长为2,点P在以A为圆心,1为半径的圆上,则|PB|2+|PC|2+|PD|2最小值为( )
A. B. C. D.
【解答】解:以A为坐标原点,AB,AD所在的直线为x,y轴建立平面直角坐标系,
作出图像如下:
设P(x,y),所以x2+y2=1,又B(2,0),C(2,2),D(0,2),
所以|PB|2+|PC|2+|PD|2=(x﹣2)2+y2+(x﹣2)2+(y﹣2)2+x2+(y﹣2)2
=19﹣8(x+y),
令x+y=t,即x+y﹣t=0,所以直线x+y﹣t=0与圆x2+y2=1有公共点,
即圆心到直线的距离d≤r,
所以,
解得,
所以|PB|2+|PC|2+|PD|2最小值为19﹣8.
故选:D.
8.(2024•河池模拟)古希腊数学家阿波罗尼斯的著作《圆锥曲线论》中有这样一个结论:平面内与两点距离的比为常数λ(λ≠1)的点的轨迹是圆,后人称这个圆为阿波罗尼斯圆.已知点O(0,0),,动点P(x,y)满足,若点P的轨迹与圆C:x2+y2+6x+2y=r2﹣10(r>0)有且仅有三条公切线,则r=( )
A. B.1 C.2 D.3
【解答】解:设P(x,y),则=,整理得(x﹣1)2+(y﹣2)2=4,
所以动点P的轨迹是以(1,2)为圆心,2为半径的圆,
而圆C:x2+y2+6x+2y=r2﹣10(r>0)可化为(x+3)2+(y+1)2=r2的圆心为(﹣3,﹣1),半径为r,
∵点P的轨迹与圆C:x2+y2+6x+2y=r2﹣10(r>0)有且仅有三条公切线,
∴点P的轨迹与圆C:x2+y2+6x+2y=r2﹣10(r>0)外切,
由于(1,2)和(﹣3,﹣1)的距离d==5,
则5=2+r,
∴r=3.
故选:D.
二.多选题(共3小题)
(多选)9.(2024•香河县校级模拟)已知直线l经过点(2,3),且点A(﹣3,2),B(5,﹣4)到直线l的距离相等,则直线l的方程可能为( )
A.4x﹣y﹣5=0 B.4x+y﹣11=0
C.3x+4y﹣18=0 D.3x﹣4y+6=0
【解答】解:当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=2,
A到直线l的距离为5,B到直线l的距离为3,显然不满足题意;
当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y﹣3=k(x﹣2),即kx﹣y+3﹣2k=0,
由已知得,
所以k=4或,
所以直线l的方程为4x﹣y﹣5=0或3x+4y﹣18=0.
故选:AC.
(多选)10.(2024•芝罘区校级模拟)圆O1:x2+y2﹣2x=0和圆O2:x2+y2+2x﹣4y=0的交点为A,B,则有( )
A.公共弦AB所在直线方程为x﹣y=0
B.线段AB中垂线方程为x+y﹣1=0
C.公共弦AB的长为
D.P为圆O1上一动点,则P到直线AB距离的最大值为+1
【解答】解:∵圆O1:x2+y2﹣2x=0和圆O2:x2+y2+2x﹣4y=0的交点为A,B,
∴圆O1与圆O2公共弦AB所在的直线方程为x﹣y=0,故A正确;
∵O1(1,0),O2(﹣1,2),O1O2所在直线斜率为﹣1,
∴线段AB的中垂线的方程为y﹣0=﹣(x﹣1),即x+y﹣1=0,故B正确;
圆O1:x2+y2﹣2x=0的圆心为O1(1,0),半径r1=1,
圆心O1(1,0)到直线x﹣y=0的距离d==.
∴P到直线AB距离的最大值为+1,
圆O1与圆O2公共弦AB的长为2=,故C错误,D正确.
故选:ABD.
(多选)11.(2024•禅城区校级模拟)如图,A(2,0),B(1,1),C(﹣1,1),D(﹣2,0),弧是以OD为直径的圆上的一段圆弧,弧是以BC为直径的圆上的一段圆弧,弧是以OA为直径的圆上的一段圆弧,三段弧构成曲线w,则下述正确的是( )
A.曲线w与x轴围成的图形的面积等于2π
B.曲线w上有5个整点(横、纵坐标均为整数的点)
C.弧所在圆的方程为x2+(y﹣1)2=1
D.弧与弧的公切线方程为x+y=
【解答】解:可设以BC为直径的圆的圆心为F,半径为1;以OA为直径的圆的圆心为H,半径为1;以OD为直径的圆的圆心为G,半径为1;
对于A:曲线W与x轴围成的图形为以BC为直径的半圆和2个的圆弧BA和圆弧DC,加上矩形GHBC,
其面积为π+π+2=2+π,故A错误;
对于B:曲线W上的整点为(﹣2,0),(﹣1,1),(0,2),(1,1),(2,0),共5个,故B正确;
对于C:所在圆的方程x2+(y﹣1)2=1,故C正确;
对于D:,所在圆的方程(x﹣1)2+y2=1,与所在圆的方程x2+(y﹣1)2=1,设与的公切线方程为y=kx+t(k<0,t>0),
由直线和圆相切的条件可得=1=,解得k=﹣1,t=1+(1﹣舍去),
则其公切线方程为y=﹣x+1+,即x+y=1+,故D错误.
故选:BC.
三.填空题(共3小题)
12.(2024•莲湖区校级三模)已知点A(8,﹣6)与圆C:x2+y2=25,P是圆C上任意一点,则|AP|的最小值是 5 .
【解答】解:点A(8,﹣6)与圆C的圆心(0,0)的距离等于 =10,
故|AP|的最小值是10减去半径5,等于5,
故答案为:5.
13.(2024•武清区校级模拟)已知直线x+y﹣5=0与圆C:x2+y2﹣4x+2y+m=0相交于A,B两点,且|AB|=4,则实数m= ﹣7 .
【解答】解:根据题意,圆x2+y2﹣4x+2y+m=0,
即(x﹣2)2+(y+1)2=5﹣m,其圆心为(2,﹣1),半径,
若|AB|=4,则圆心到直线l即AB的距离,
又由圆心到直线x+y﹣5=0的距离,
则有,
解可得:m=﹣7.
故答案为:﹣7.
14.(2024•九江二模)欧拉于1765年在他的著作《三角形的几何学》中首次提出定理:三角形的重心、垂心和外心共线,这条线称之为三角形的欧拉线.已知A(0,2),B(4,2),C(a,﹣1),且△ABC为圆x2+y2+Ex+Fy=0内接三角形,则△ABC的欧拉线方程为 y=1 .
【解答】解:根据题意,圆x2+y2+Ex+Fy=0经过A(0,2)、B(4,2),所以,解得,
可得圆方程为x2+y2﹣4x﹣2y=0,即(x﹣2)2+(y﹣1)2=5,圆心为M(2,1),半径r=.
将C(a,﹣1)代入圆M的方程,得(a﹣2)2+(﹣1﹣1)2=5,解得a=3或1.
①当a=3时,C的坐标为(3,﹣1),可得△ABC的重心为G(,),即G(,1),
结合△ABC的外心为M(2,1),可得欧拉线就是直线GM,方程为y=1;
②当a=1时,C的坐标为(1,﹣1),可得△ABC的重心为G(,),即G(,1),
同理可得△ABC的欧拉线方程为y=1.
综上所述,△ABC的欧拉线方程为y=1.
故答案为:y=1.
四.解答题(共5小题)
15.(2023•宝鸡三模)已知点P(x,y)在曲线x2+y2=1上.
(1)求动点M(x+y,xy)的轨迹C的参数方程,并化为直角坐标方程;
(2)过原点的直线l与(1)中的曲线C交于A,B两点,且,求直线l的斜率.
【解答】解:(1)由题意,曲线x2+y2=1的参数方程为,θ为参数,
则M(cosθ+sinθ,cosθsinθ),
再设M(x',y'),则,θ为参数,
消去参数,得到,
故点M的轨迹C的方程为;
(2)设l的参数方程为(t为参数),且,
代入曲线C的方程得t2cos2α﹣2tsinα﹣1=0,
设A,B两点对应得参数分别为t1,t2,则,
所以,则,
即直线l的斜率为.
16.(2023•固镇县三模)如图,在平行四边形OABC中,点O是原点,点A和点C的坐标分别是(3,0)、(1,3),点D是线段AB上的动点.
(1)求AB所在直线的一般式方程;
(2)当D在线段AB上运动时,求线段CD的中点M的轨迹方程.
【解答】(本小题满分10分)
解:(1)∵AB∥OC,∴AD所在直线的斜率为:KAB=KOC==3.
∴AB所在直线方程是y﹣0=3(x﹣3),即3x﹣y﹣9=0.
(2):设点M的坐标是(x,y),点D的坐标是(x0,y0),
由平行四边形的性质得点B的坐标是(4,6),
∵M是线段CD的中点,∴x=,y=,
于是有x0=2x﹣1,y0=2y﹣3,
∵点D在线段AB上运动,
∴3x0﹣y0﹣9=0,(3≤x0≤4),
∴3(2x﹣1)﹣(2y﹣3)﹣9=0
即6x﹣2y﹣9=0,(2≤x≤).
17.(2024•黑龙江模拟)已知圆C:x2﹣mx+y2+2(2﹣m)y+m﹣1=0,m∈R.
(1)证明:圆C过定点;
(2)当m=0时,点P为直线上的动点,过P作圆C的两条切线,切点分别为A,B,求四边形PACB面积最小值,并写出此时直线AB的方程.
【解答】解:(1)依题意,将圆C的方程x2﹣mx+y2+2(2﹣m)y+m﹣1=0化为
x2+y2+4y﹣1+(1﹣x﹣2y)m=0,
令1﹣x﹣2y=0,即x=1﹣2y,则(1﹣2y)2+y2+4y﹣1=0恒成立,
解得x=1,y=0,即圆C过定点(1,0).
(2)当m=0时,圆C:x2+(y+2)2=5,
直线,
设P(s,t),依题意四边形PACB的面积,
当|PA|取得最小值时,四边形PACB的面积最小,
又,即当|PC|最小时,四边形PACB的面积最小,
圆心C(0,﹣2)到直线的距离即为|PC|的最小值,
即,
,即四边形PACB面积最小值为,
此时直线PC与直线l垂直,
所以直线PC的方程为y=2x﹣2,与直线l联立,解得P(2,2),
设以PC为直径的圆Q上任意一点D(x,y),,
故圆Q的方程为x(x﹣2)+(y+2)(y﹣2)=0,
即x2+y2﹣2x﹣4=0,又圆C:x2+y2+4y﹣1=0,
两式作差可得直线AB方程2x+4y+3=0.
18.(2024•苏州三模)已知圆O:x2+y2=4,直线l1:x=m,直线l2:y=x+b和圆交于A,B两点,过A,B分别作直线l1的垂线,垂足为C,D.
(1)求实数b的取值范围;
(2)若m=﹣4,求四边形ABDC的面积取最大值时,对应实数b的值;
(3)若直线AD和直线BC交于点E,问是否存在实数m,使得点E在一条平行于x轴的直线上?若存在,求出实数m的值;若不存在,请说明理由.
【解答】解:(1)由已知,圆心到直线l2的距离,
所以,即实数b的取值范围为;
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),
则C(﹣4,y1),D(﹣4,y2),
由,得2x2+2bx+b2﹣4=0,
则x1+x2=﹣b,,
四边形ABDC的面积,
令f(b)=(8﹣b)2(8﹣b2),,
则f'(b)=4(8﹣b)(b2﹣4b﹣4),
令f'(b)=0得,
当时,f′(b)>0,f(b)单调递增,
当时,f′(b)<0,f(b)单调递减,
所以当时,四边形ABDC的面积取最大值.
(3)C(m,y1),D(m,y2),直线AD:和直线BC:,
联立得,
所以时,点E在一条平行于y轴的直线上.
19.(2024•徐州模拟)将圆x2+y2=2上各点的纵坐标变为原来的倍(横坐标不变),所得曲线为E.记P(﹣2,0),Q(1,0),过点P的直线与E交于不同的两点A,B,直线QA,QB与E分别交于点C,D.
(1)求E的方程;
(2)设直线AB,CD的倾斜角分别为α,β.当时:
(i)求的值;
(i)若β﹣α有最大值,求λ的取值范围.
【解答】(1)解:设所求轨迹E上的任意点为(x,y),与x2+y2=2对应的点为(x1,y1),
代入方程x2+y2=2,可得,整理得,
所以曲线E的轨迹方程为;
(2)解:(i)设直线AC的方程为y=k(x﹣1),A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4),
联立方程组,整理得(λ+2k2)x2﹣4k2x+2k2﹣2λ=0,
则Δ=(﹣4k2)2﹣4(λ+2k2)(2k2﹣2λ)>0,且,
可得,所以,
可得,
所以,同理可得,
又因为P,A,B三点共线,可得,即x2y1﹣x1y2=2(y2﹣y1),
所以,
所以;
(ii)设直线AB的方程为y=k(x+2),其中k>0,由(i)知,直线CD的斜率为7k,
则,
当且仅当时,即时,等号成立,
联立方程组,整理得(λ+2k2)x2+8k2x+8k2﹣2λ=0,
则Δ=64k2x+4(λ+2k2)(8k2﹣2λ)>0,解得λ>2k2,
若β﹣α有最大值,则,
又因为0<λ<2,所以实数λ的取值范围为.
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