内容正文:
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第九周 直线与圆、圆与圆的位置关系
(时间:60分钟 满分:100分)
周推好题 第13题.该题主要考查两圆相切问题,考查考生知识掌握能力,分外切和内切两种
情况,从而提高学生的建模能力,值得推荐.
【考点·一应俱全】(共60分)
考点一 直线与圆的位置关系的判断
1.(2025·甘肃定西·阶段练习)已知直线方程mx-y-m-1=0,圆的方程x2+y2-4x-2y+1=
0.当m 为何值时,圆与直线:
(1)有两个公共点;
(2)只有一个公共点;
(3)没有公共点.
考点二 圆的弦长问题
2.(2025·宁夏银川·阶段练习)求直线x- 3y+2 3=0被圆x2+y2=4截得的弦长.
考点三 圆的切线问题
3.已知直线l:ax+by-3=0与圆 M:x2+y2+4x-1=0相切于点P(-1,2),则直线l的方程为
.
考点四 圆的方程的实际应用
4.一辆平顶车篷的卡车宽2.7米,要经过一个半径为4.5米的半圆形隧道(双车道,不得违章),则这
辆卡车的篷顶距离地面的高度不得超过 ( )
A.1.4米 B.3.0米 C.3.6米 D.4.5米
5.一座圆拱桥,当水面在如图所示的位置时,拱顶离水面2米,水面宽12米,当水
面下降2米后,水面宽是 ( )
A.13米 B.14米
C.15米 D.16米
考点五 直线与圆的方程的实际应用
6.某考点配备的信号检测设备的监测范围是半径为100米的圆形区域,一名工作人员持手机以每
分钟50米的速度从设备正东方向50 6米的A 处出发,沿西北方向走向位于设备正北方向的B
处,则这名工作人员被持续监测的时长为 ( )
A.1分钟 B.32
分钟 C.2分钟 D.52
分钟
7.(2025·内蒙古赤峰·阶段练习)如图,某海面上有O,A,B 三个小岛(面积大
小忽略不计),A 岛在O 岛的北偏东45°方向距O 岛40 2千米处,B 岛在O 岛
的正东方向距O 岛20千米处.以O 为坐标原点,O 的正东方向为x 轴的正方
向,1千米为单位长度,建立平面直角坐标系.圆C经过O,A,B 三点.
(1)求圆C的方程;
(2)若圆C区域内有未知暗礁,现有一船D 在O 岛的南偏西30°方向距O岛40千米处,正沿着北
偏东45°方向行驶,若不改变方向,试问该船有没有触礁的危险?
考点六 两圆位置关系的判断
8.到点A(-1,2),B(3,-1)的距离分别为3和1的直线有 条.
9.已知圆C1:x2+y2-2ax-2y+a2-15=0(a>0),
圆C2:x2+y2-4ax-2y+4a2=0(a>0).试求a为何值时,两圆C1,C2 的位置关系为:
(1)相切;(2)相交;(3)外离;(4)内含.
考点七 相交弦问题
10.(2025·浙江宁波·质量检测)圆心在直线x-y-4=0上,且经过圆x2+y2-4x-6=0与圆
x2+y2-4y-6=0的交点的圆的方程为 .
11.已知圆C1:x2+y2+6x-4=0和圆C2:x2+y2+6y-28=0.
(1)求两圆公共弦所在直线的方程及弦长;
(2)求经过两圆交点且圆心在直线x-y-4=0上的圆的方程.
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考点八 圆与圆的综合性问题
12.求与圆x2+y2-2x=0外切,圆心在x轴上,且过点(3,- 3)的圆的方程.
13.求半径为4,与圆(x-2)2+(y-1)2=9相切,且和直线y=0相切的圆的方程.
【探究·一举突破】(共15分)
探究主题 与圆有关的最值问题
已知点P(x,y)在圆C:x2+y2-6x-6y+14=0上.
探究问题:
(1)求yx
的最大值和最小值;
(2)求x2+y2+2x+3的最大值与最小值;
(3)求x+y的最大值与最小值.
【综合·一练到底】(共25分)
1.(多选)从点A(-3,3)发出的光线l射到x 轴上被x 轴反射后,照射到圆C:x2+y2-4x-4y+
7=0上,则下列结论正确的是 ( )
A.若反射光线与圆C相切,则切线方程为3x-4y-3=0
B.若反射光线穿过圆C的圆心,则反射光线方程为x-y=0
C.若反射光线照射到圆上后被吸收,则光线经过的最短路程是5 2-1
D.若反射光线反射后被圆C遮挡,则在x轴上被挡住的范围是 -34
,1
2.(2025·四川成都·质量检测)为测量一工件的内圆弧AB 对应的半径R,工人将三个半径均为
10mm的圆柱形量棒O1,O2,O3 放在与工件圆弧相切的位置上,通过深度卡尺测出卡尺下沿水平
面到中间量棒O2 顶侧面的垂直深度h=6mm(如图所示),则R= mm.
3.(2025·台儿庄·质量检测)如图,在平面直角坐标系中,P 为直线y=4上一动点,圆O:x2+y2=
4与x轴的交点分别为M,N,圆O与y 轴的交点分别为S,T.
(1)若△MTP 为等腰三角形,求P 点坐标;
(2)若直线PT 交圆O 于另一点A,直线PS交圆O 于另一点B.
①求证:直线AB 过定点,并求出定点坐标;
②求四边形ASBT 面积的最大值.
【选做·一飞冲天】(尖子生选做)
(2025·攀枝花·质量检测)在平面直角坐标系Oxy中,已知圆C1 的方程为 x-
9
2
2
+y2=10,
圆C2 过点 M
1
2
,3 ,且与圆C1 外切于点N 32,1 .
(1)求圆C2 的方程;
(2)设斜率为2的直线m 分别交x 轴负半轴和y 轴正半轴于A,B 两点,交圆C2 在第二象限的部
分于E,F两点.若△AOE 与△BOF的面积相等,求直线m 的方程.
【错题重做】
错因 基础不牢 题意不明 思路不对 理解不够 分析不透 方法不对 根本不会 其他原因
题号
题号
题号
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—92 —
【选做·一飞冲天】
解 (1)G 到直线x-y-2=0的距离为2
2
= 2,
由重心的性质可知,
G 到直线x-y-2=0的距离为A 到直线x-y-2=0的13
,
所以三角形BC边上的高为3 2,
故S△ABC=
1
2×3 2×3 2=9.
(2)假设存在B 满足条件,
设B(a,a-2)(a-2<0),C(3+a,1+a),A(x,y),
a+3+a+x=3,x=-2a,a-2+1+a+y=3,y=4-2a,
kAB=
4-2a-a+2
-2a-a =-
6-3a
3a =1-
2
a
,
AB 所在直线的方程为
y-a+2= 1-2a (x-a),
令y=0,解得x=0,
直线AB 与x 轴的交点M(0,0),
直线x-y-2=0与x轴的交点N(2,0),
MN=2,
S△BMN =
1
2MN
·(2-a)=12×2×
(2-a)=2-a=92
,即a=
-52
,
所以B -52
,-92 ,
这时A 在x 轴上方,满足题意,
即存在B -52
,-92 满足条件.
第八周 圆的方程
【考点·一应俱全】
1.(x+5)2+(y+3)2=25 [∵圆心坐标为(-5,-3),又与y轴相
切,∴该圆的半径为5,∴该圆的标准方程为(x+5)2+(y+3)2=
25.]
2.解 (1)r2=(2-4)2+(2-0)2=8,
∴圆的标准方程为(x-4)2+y2=8.
(2)设圆心为C(0,b),则(3-0)2+(-4-b)2=52,
∴b=0或b=-8,∴圆心为(0,0)或(0,-8),
又r=5,
∴圆的标准方程为x2+y2=25或
x2+(y+8)2=25.
3.A [由题意,得a+b=1,ab=- 2,∴a2+b2=(a+b)2-2ab=
1+2 2<8,∴点P 在圆C 内.]
4.解 (1)因为点A 在圆的内部,
所以(1-a)2+(2+a)2<2a2,
且a不为0,解得a<-52.
(2)因为点A 在圆上,所以(1-a)2+(2+a)2=2a2,
解得a=-52.
(3)因为点A 在圆的外部,所以(1-a)2+(2+a)2>2a2,
且a不为0,解得a>-52
且a≠0.
【方法技巧】 判断点与圆的位置关系的两种方法
(1)几何法:利用点到圆心的距离与半径比较大小,并作出判断.
(2)代数法:把点的坐标代入圆的标准方程,判断式子两边的大
小,并作出判断.
5.C [方法一 设圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,则有
(1-a)2+(-1-b)2=r2,
(-1-a)2+(1-b)2=r2,
a+b-2=0,
解得
a=1,
b=1,
r=2,
即圆的标准方程为(x-1)2+(y-1)2=4.
方法二 因为kAB=
1+1
-1-1=-1
,线段AB 的中点坐标为(0,0).
所以线段AB 的垂直平分线的方程为y=x.
由 y=x,
x+y-2=0, 解得 x=1,y=1,
所以圆心坐标为(1,1),半径为2,
所以所求圆的方程为(x-1)2+(y-1)2=4.]
6.解 方法一 (待定系数法)
设圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,
则有
a2+b2=r2,
(1-a)2+(1-b)2=r2,
2a+3b+1=0, 解得
a=4,
b=-3,
r=5.
即圆的标准方程是(x-4)2+(y+3)2=25.
方法二 (几何法)
由题意知OP 是圆的弦,其垂直平分线为x+y-1=0.
∵弦的垂直平分线过圆心,
∴ 2x+3y+1=0
,
x+y-1=0, 得 x=4,y=-3,
即圆心坐标为(4,-3),
半径为r= 42+(-3)2=5.
即圆的标准方程是(x-4)2+(y+3)2=25.
【方法技巧】 求圆的标准方程的两种方法
(1)几何法:利用图形的几何性质,如圆的性质等,直接求出圆的
圆心和半径,从而得到圆的标准方程.
(2)待定系数法:由三个独立条件得到三个方程,解方程组得到圆
的标准方程中的三个参数,从而确定圆的标准方程.
7.(-2,-4) 5 [方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圆,
则a2=a+2,故a=-1或2.当a=2时,方程为4x2+4y2+4x+
8y+10=0,即x2+y2+x+2y+52=0
,亦即 x+12
2
+(y+1)2=
-54
,不成立,故舍去;当a=-1时,方程为x2+y2+4x+8y-
5=0,即(x+2)2+(y+4)2=25,故圆心坐标为(-2,-4),半径
为5.]
8.解 (1)由表示圆的充要条件,
得(2m)2+(-2)2-4(m2+5m)>0,
解得m<15
,即实数m 的取值范围为 -∞,15 .
(2)将方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0写成标准方程为(x+
m)2+(y-1)2 =1-5m,故 圆 心 坐 标 为(-m,1),半 径 r=
1-5m.
【方法技巧】 圆的一般方程的辨析
(1)由圆的一般方程的定义,若D2+E2-4F>0成立,则表示圆,
否则不表示圆.
(2)将方程配方后,根据圆的标准方程的特征求解.
9.解 圆心C -D2
,-E2 ,
∵圆心在直线x+y-1=0上,
∴-D2-
E
2-1=0
,
即D+E=-2.①
又∵半径长r= D
2+E2-12
2 = 2
,
∴D2+E2=20.②
由①②可得 D=2
,
E=-4, 或 D=-4,E=2.
又∵圆心在第二象限,
∴-D2<0
,即D>0.则 D=2
,
E=-4.
故圆的一般方程为x2+y2+2x-4y+3=0.
10.解 (1)由题意可知kED =kAB=
3-2
5-4=1
,
又F(1,1)为AB 的中点,
∴AB 所在直线的方程为y-1=1·(x-1),即x-y=0.①
同理CA 所在直线的方程为x-2y=0,②
联立①②,得A(0,0).
因此直线AB 的方程为x-y=0,点A 的坐标为(0,0).
(2)由线段AB 的中点F(1,1)及 A(0,0)得B(2,2),由线段 AC
的中点E(4,2)及A(0,0)得C(8,4),
设△ABC的外接圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,将A,B,
C的坐标代入圆的方程可得
F=0,
4+4+2D+2E+F=0,
64+16+8D+4E+F=0, 解方程组可得
D=-16,
E=12,
F=0,
∴圆的方程为x2+y2-16x+12y=0.
11.解 以直线AB 为x 轴,AB 的中垂线为y 轴
建立平面直角坐标系(如图),
则A(-2,0),B(2,0),设 C(x,y),BC 中
点D(x0,y0).
∴
2+x
2 =x0
,
0+y
2 =y0.
①
∵|AD|=3,∴(x0+2)2+y20=9. ②
将①代入②,整理得(x+6)2+y2=36.
∵点C不能在x 轴上,∴y≠0.
综上,点C 的 轨 迹 是 以(-6,0)为 圆 心,6为 半 径 的 圆,去 掉
(-12,0)和(0,0)两点.
轨迹方程为(x+6)2+y2=36(y≠0).
12.解 (1)设圆C的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
由题意得
22+62+2D+6E+F=0,
52+32+5D+3E+F=0,
22+02+2D+F=0, 解得
D=-4,
E=-6,
F=4,
则圆C的方程为x2+y2-4x-6y+4=0.
(2)设 M(x,y),A(xA,yA),
则AM→=(x-xA,y-yA),MB→=(2-x,3-y),
由AM→=2MB→,得 x-xA=4-2x
,
y-yA=6-2y, 解得 xA=3x-4
,
yA=3y-6,
由点A 在圆C 上,得(3x-4)2+(3y-6)2-4(3x-4)-6(3y-
6)+4=0,
即x2+y2-4x-6y+12=0,
故点 M 的轨迹方程为x2+y2-4x-6y+12=0.
【方法技巧】 求与圆有关的轨迹问题的方程
(1)直接法:直接根据题目提供的条件列出方程.
(2)定义法:根据圆、直线等定义列方程.
(3)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.
【探究·一举突破】
探究路径
解 (1)由已知得,圆心C(3,0),半径r=12|AB|=2
,
∴圆C的标准方程为(x-3)2+y2=4.
(2)x2+(y-4)2 表示点 M(0,4)与圆C 上任意一点P(x,y)的平
方,即|PM|2 的距离.
由(0-3)2+42>4知点 M(0,4)在圆C外部.
又|MC|= (3-0)2+(0-4)2=5,
∴|PM|max=5+2=7,|PM|min=5-2=3.
∴|PM|2max=49,|PM|2min=9.
即x2+(y-4)2 的最大值为49,最小值为9.
【综合·一练到底】
1.ABC [由题可知小正方形边长为2,则内切圆半径为1,可得第一
象限的小圆的圆心为(1,1),方程为(x-1)2+(y-1)2=1,A选项
正确;第二象限的小圆的圆心为(-1,1),方程为(x+1)2+(y-
1)2=1,B选项正确;第三象限的小圆的圆心为(-1,-1),方程为
(x+1)2+(y+1)2=1,C选项正确;第四象限的小圆的圆心为(1,
-1),方程为(x-1)2+(y+1)2=1,没有选项符合;外接圆圆心为
(0,0),半径为2 2,方程为x2+y2=8,没有选项符合.]
2.D [依题意,以点C 为原点,直线CB,CD 分
别为x,y 轴 建 立 平 面 直 角 坐 标 系,则 B(2,
0),D(0,2),如图,取点E 0,12 ,设 M'(x,
y),当|M'D|=2|M'E|时, x2+(y-2)2=
2 x2+ y-12
2
,化简整理得x2+y2=1,
即点 M'的轨迹是以C 为圆心,1为半径的圆,而点 M 在以C 为圆
心,1为半径的圆上,因此|MD|=2|ME|,显然点B在圆C:x2+y2=
1外,则2|MB|+|MD|=2|MB|+2|ME|=2(|MB|+|ME|)≥
2|BE|,当且仅当 M 为线段BE与圆C的交点时取等号,而|BE|=
22+ 12
2
= 172
,
所以2|MB|+|MD|的最小值为2|BE|= 17.]
3.解 (1)依题意知,一个半圆弧的长为36πm
所以每条直道的长度为(400-2×36π)÷2=(200-36π)m.
(2)如图,设两个半圆的圆心分别为A,B,AB
的中点为O,
以O为原点,AB所在直线为x轴建立平面直
角坐标系,
则A(18π-100,0),B(100-18π,0),
所以圆A的方程为(x-18π+100)2+y2=1296,
圆B的方程为(x+18π-100)2+y2=1296,
所以该跑道内圈上半部分对应的函数解析式为
y=
1296-(x-18π+100)2,18π-136≤x≤18π-100,
36,18π-100<x<100-18π,
1296-(x+18π-100)2,100-18π≤x≤136-18π.
【选做·一飞冲天】
解 (1)设G(x,y),由中点坐标公式得E(2x,0),F(0,2y),
∴|EF|= (2x)2+(-2y)2=2,
整理得x2+y2=1,
∴线段EF 的中点G 的轨迹C 的方程为
x2+y2=1.
(2)由已知得A1(-1,0),A2(1,0),
设P(x0,y0),x0≠±1,x20+y20=1,
直线PA1 的方程为y=
y0
x0+1
(x+1),
令x=3,得y=
4y0
x0+1
,则 M 3,
4y0
x0+1 ,
同理,可求 N 3,
2y0
x0-1 ,MN 的中点坐标为 3,1-3x0y0 ,
|MN|= 4y0x0+1
-
2y0
x0-1
=2 3-x0
y0
,
∴以 MN 为直径的圆的方程为
(x-3)2+ y-
1-3x0
y0
2
=
(3-x0)2
y20
.
令y=0,得(x-3)2=-
1-3x0
y0
2
+
(3-x0)2
y20
=
8-8x20
y20
=8.
∴x=3±2 2,
∴该圆总过定点,定点坐标为(3+2 2,0)或(3-2 2,0).
第九周 直线与圆、圆与圆的位置关系
【考点·一应俱全】
1.解 方法一 将 直 线 mx-y-m-1=0代 入 圆 的 方 程 化 简 整
理得,
(1+m2)x2-2(m2+2m+2)x+m2+4m+4=0.
则Δ=4m(3m+4).
(1)当Δ>0,即m>0或m<-43
时,直线与圆相交,即直线与圆有
两个公共点.
(2)当Δ=0,即m=0或m=-43
时,直线与圆相切,即直线与圆只
有一个公共点.
(3)当Δ<0,即-43<m<0
时,直线与圆相离,即直线与圆没有公
共点.
方法二 已知圆的方程可化为(x-2)2+(y-1)2=4,
即圆心为C(2,1),半径r=2.
圆心C(2,1)到直线mx-y-m-1=0的距离
d=|2m-1-m-1|
1+m2
=|m-2|
1+m2
.
(1)当d<2,即m>0或m<-43
时,直线与圆相交,即直线与圆有
两个公共点.
(2)当d=2,即m=0或m=-43
时,直线与圆相切,即直线与圆只
有一个公共点.
(3)当d>2,即-43<m<0
时,直线与圆相离,即直线与圆没有公
共点.
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—94 —
【方法技巧】 直线与圆的位置关系的判断方法
(1)几何法:由圆心到直线的距离d 与圆的半径r 的大小关系
判断.
(2)代数法:根据直线方程与圆的方程组成的方程组的解的个数
来判断.
(3)直线系法:若直线恒过定点,可通过判断定点与圆的位置关系
来判断直线与圆的位置关系.但有一定的局限性,必须是过定点
的直线系.
2.解 方法一 直线x- 3y+2 3=0和圆x2+y2=4的公共点坐
标就是方程组 x- 3y+2 3=0,
x2+y2=4 的解.
解这个方程组,得 x1=- 3,
y1=1, 或 x2=0,y2=2.
所以公共点的坐标为(- 3,1),(0,2),
所以直线 x- 3y+2 3=0被 圆 x2+y2=4截 得 的 弦 长 为
(- 3-0)2+(1-2)2=2.
方法二 如图,设直线x- 3y+2 3=0与圆
x2+y2=4交于A,B 两点,弦AB 的中点为M,
则OM⊥AB(O 为坐标原点),
又|OM|=|0-0+2 3|
12+(- 3)2
= 3,
所以|AB|=2|AM|=2 |OA|2-|OM|2=
2 22-(3)2=2.
3.x+2y-3=0 [根据题意,由圆 M:x2+y2+4x-1=0,化为标准
方程得(x+2)2+y2=5,其圆心为 M(-2,0),因为直线l:ax+by-
3=0与圆M:x2+y2+4x-1=0相切于点P(-1,2),则点P 在直
线l上且MP 与直线l垂直.kMP=
2-0
(-1)-(-2)=2
,则有-ab =
-12
,则有b=2a,又由点P 在直线l上,则-a+2b-3=0,解得
a=1,b=2,则直线l的方程为x+2y-3=0.]
4.C [可 画 出 示 意 图 如 图 所 示,通 过 勾 股 定 理 解 得 OD =
OC2-CD2= 4.52-2.72=3.6(米).]
5.D [建 立 如 图 所 示 的 平 面 直 角 坐 标 系,则 A(-6,-2),B(6,
-2),设圆的方程为x2+(y+m)2=m2(m>0),将A 点坐标代入
圆的方程,则有m=10,故圆的方程为x2+(y+10)2=100,令y=
-4,则x=±8,故|EF|=16(米).]
6.C [以设备的位置为坐标原点O,其正东
方向为x轴正方向,正北方向为y 轴正方
向建立平面直角坐标系Oxy,如图所示,则
A(50 6,0),B(0,50 6),可得lAB∶x+y=
50 6,圆O:x2+y2=10000.记从 N 处开
始被监测,到 M 处监测结束,因为O 到lAB
的距离为|OO'|=|-50 6|
12+12
=50 3(米),
所以|MN|=2 MO2-OO'2=100(米),故 监 测 时 长 为10050=
2(分钟).]
7.解 (1)由题意,得A(40,40),B(20,0),设过O,A,B 三点的圆C
的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则
F=0,
402+402+40D+40E+F=0,
202+20D+F=0,
解得
D=-20,
E=-60,
F=0,
∴圆C的方程为x2+y2-20x-60y=0.
(2)该船初始位置为点D,
则D(-20,-20 3),
且该船航线所在直线l的斜率为1,
故该船航行方向为直线l:x-y+20-20 3=0,
由(1)得圆C的圆心为C(10,30),半径r=10 10,
由于圆心C到直线l的距离d=|10-30+20-20 3|
12+12
=10 6<
10 10,
故该船有触礁的危险.
【方法技巧】 解决直线与圆的实际应用题的步骤
(1)审题:从题目中抽象出几何模型,明确已知和未知.
(2)建系:建立适当的平面直角坐标系,用坐标和方程表示几何模
型中的基本元素.
(3)求解:利用直线与圆的有关知识求出未知.
(4)还原:将运算结果还原到实际问题中去.
8.4 [到点A(-1,2)的距离为3的直线是以A 为圆心,3为半径的
圆的切线;同理,到点B(3,-1)的距离为1的直线是以B 为圆心,
半径为1的圆的切线,所以满足题设条件的直线是这两圆的公切
线,而这两圆的圆心距|AB|= (3+1)2+(-1-2)2=5.半径之
和为3+1=4,因为5>4,所以圆A 和圆B 外离,因此它们的公切
线有4条.]
9.解 圆C1,C2 的方程,经配方后可得
C1:(x-a)2+(y-1)2=16,
C2:(x-2a)2+(y-1)2=1,
∴圆心C1(a,1),C2(2a,1),半径r1=4,r2=1.
∴|C1C2|= (a-2a)2+(1-1)2=a.
(1)当|C1C2|=r1+r2=5,即a=5时,两圆外切;
当|C1C2|=r1-r2=3,即a=3时,两圆内切.
(2)当3<|C1C2|<5,即3<a<5时,两圆相交.
(3)当|C1C2|>5,即a>5时,两圆外离.
(4)当|C1C2|<3,即0<a<3时,两圆内含.
【方法技巧】 判断两圆的位置关系的两种方法
(1)几何法:将两圆的圆心距d与两圆的半径之差的绝对值、半径
之和进行比较,进而判断出两圆的位置关系,这是解析几何中主
要使用的方法.
(2)代数法:将两圆的方程组成方程组,通过解方程组,根据方程
组解的个数进而判断两圆的位置关系.
10.(x-3)2+(y+1)2=16(或x2+y2-6x+2y-6=0) [方法一
由 x
2+y2-4x-6=0,
x2+y2-4y-6=0,
解得 x1=-1,
y1=-1, x2=3
,
y2=3,
所以圆x2+y2-4x-6=0与圆x2+y2-4y-6=0的交点分别
为A(-1,-1),B(3,3),连接AB(图略),则线段AB 的垂直平分
线的方程为y-1=-(x-1).
由 y-1=-(x-1),
x-y-4=0, 解得 x=3,y=-1,
所以所求圆的圆心坐标为(3,-1),半径为 (3-3)2+(3+1)2=
4,
所以所求圆的方程为(x-3)2+(y+1)2=16.
方法二 同方法一求得A(-1,-1),B(3,3),
设所求圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,
由
a-b-4=0,
(-1-a)2+(-1-b)2=r2,
(3-a)2+(3-b)2=r2, 解得
a=3,
b=-1,
r2=16,
所以所求圆的方程为(x-3)2+(y+1)2=16.]
11.解 (1)设两圆交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
联立圆C1 与圆C2 的方程,得
x2+y2+6x-4=0,①
x2+y2+6y-28=0.②
由①-②,得x-y+4=0.
∵A,B 两点的坐标都满足此方程,
∴x-y+4=0即为两圆公共弦所在直线的方程.
又圆C1 的圆心(-3,0),r= 13,
∴C1 到直线AB 的距离d=
|-3+4|
2
= 22
,
∴|AB|=2 r2-d2=2 13-12=5 2
,
即两圆的公共弦长为5 2.
(2)解方程组 x
2+y2+6x-4=0,
x2+y2+6y-28=0,
得两圆的交点A(-1,3),B(-6,-2).
设所求圆的圆心为(a,b),因为圆心在直线x-y-4=0上,故b=
a-4.
则 (a+1)2+(a-4-3)2
= (a+6)2+(a-4+2)2,
解得a=12
,故所求圆的圆心为 1
2
,-72 ,
半径为 89
2.
故所求圆的方程为 x-12
2
+ y+72
2
=892
,
即x2+y2-x+7y-32=0.
12.解 因为圆心在x轴上,
所以可设圆心坐标为(a,0),设半径为r,
则所求圆的方程为(x-a)2+y2=r2,
又因为与圆x2+y2-2x=0外切,
且过点(3,- 3),
所以
(a-1)2+02=r+1,
(3-a)2+(- 3)2=r2, 解得 a=4,r=2,
所以圆的方程为(x-4)2+y2=4.
13.解 设所求圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=16,
由圆与直线y=0相切、半径为4,
则圆心C的坐标为C1(a,4)或C2(a,-4).
已知圆(x-2)2+(y-1)2=9的 圆 心 A 的 坐 标 为(2,1),半 径
为3.
由两圆相切,则|CA|=4+3=7或|CA|=4-3=1.
①当圆心为C1(a,4)时,
(a-2)2+(4-1)2=72 或(a-2)2+(4-1)2=12(无解),
故可得a=2±2 10,故 所 求 圆 的 方 程 为(x-2-2 10)2+
(y-4)2=16或(x-2+2 10)2+(y-4)2=16.
②当圆心为C2(a,-4)时,
(a-2)2+(-4-1)2=72 或(a-2)2+(-4-1)2=12(无解),解
得a=2±2 6.
故所求圆的方 程 为(x-2-2 6)2+(y+4)2=16或(x-2+
2 6)2+(y+4)2=16.
综上所述,所求圆的方程为(x-2-2 10)2+(y-4)2=16或
(x-2+2 10)2+(y-4)2=16或(x-2-2 6)2+(y+4)2=
16或(x-2+2 6)2+(y+4)2=16.
【规律总结】 通过直线与圆,圆与圆的位置关系,建立数学模型,
利用方程思想,解决求圆的方程问题.
【探究·一举突破】
探究路径
解 方程x2+y2-6x-6y+14=0可化为(x-3)2+(y-3)2=4.
(1)yx
表示圆上的点P 与原点连线的斜率,如图(1),显然 PO(O
为坐标原点)与圆相切时,斜率最大或最小.设切线方程为y=kx
(由题意知,斜率一定存在),即kx-y=0,由圆心C(3,3)到切线的
距离等于半径长,可得|3k-3|
k2+1
=2,解得k=9± 145
,所以y
x
的最
大值为9+ 14
5
,最小值为9- 14
5 .
(2)x2+y2+2x+3=(x+1)2+y2+2,它 表 示 圆 上 的 点 P 到
E(-1,0)的距离的平方再加2,所以当点P 与点E 的距离最大或
最小时,式子取得最大值或最小值.如图(2),显然点E 在圆C 的
外部,所以点P 与点E 距离的最大值为|CE|+2,点P 与点E 距
离的最小值为|CE|-2.又|CE|= (3+1)2+32=5,所以x2+
y2+2x+3的 最 大 值 为(5+2)2+2=51,最 小 值 为(5-2)2+
2=11.
(3)设x+y=b,则b表示动直线y=-x+b在y 轴上的截距,如图
(3),显然当动直线y=-x+b与圆(x-3)2+(y-3)2=4相切
时,b取得最大值或最小值.
此时圆心C(3,3)到切线x+y=b的距离等于圆的半径长2,则
|3+3-b|
12+12
=2,即|6-b|=2 2,解得b=6±2 2,所以x+y的最
大值为6+2 2,最小值为6-2 2.
(1) (2) (3)
【综合·一练到底】
1.BCD [点A(-3,3)关于x轴的对称点为A'(-3,-3).圆的方程
为(x-2)2+(y-2)2=1,由题意知反射光线的斜率存在,设反射
光线方 程 为y+3=k(x+3),即kx-y+3k-3=0.由 相 切 知
|2k-2+3k-3|
k2+1
=1,解得k=43
或k=34.
所以反射光线方程为
y+3=43
(x+3)或y+3=34
(x+3).即4x-3y+3=0或3x-
4y-3=0,故A错误;又A'(-3,-3),C(2,2)的方程为y=x,故
B正确;因为|A'C|= (2+3)2+(2+3)2=5 2,所以光线经过
的最短路程为5 2-1,故C正确;由于两条与圆C 相切的反射光
线与x 轴 的 交 点 为(1,0)和 -34
,0 ,所 以 被 挡 住 的 范 围 是
-34
,1 ,故D正确.]
2.1303
[如图,设两圆 O1,O2 外切于点 M,连接
OM,作O1N⊥OO2 交OO2 于点 N,点D 为线段
OO2 与圆O2 的交点,则|DE|=h=6,所以|NE|
=10,|O2M|=10,|O2N|=10-|DN|=h=6,
因 为 ∠O1NO2 = ∠OMO2 =90°,∠O1O2N =
∠OO2M,所以△O1NO2∽△OMO2,所 以
|O2N|
|O2M|
=
|O1O2|
|OO2|
,所 以
6
10=
20
R-10
,解得R=1303 .
]
3.解 (1)设P(t,4),由题意得 M(-2,0),T(0,2),|MT|=2 2,
当|PT|=|MT|,即 t2+22=2 2时,
解得t=±2,当t=2时,P,M,T 三点共线,舍去,所以P(-2,4);
当|PM|=|PT|,即 (t+2)2+42= t2+22时,
解得t=-4,所以P(-4,4).
综上,P 点坐标为(-2,4)或(-4,4).
(2)①设P(t,4),T(0,2),S(0,-2),
当t≠0时,kPT=
2
t
,kPS=
6
t
,kPS=3kPT,
∵kAS·kAT=-1,
∴kBS·kAS=-3,
直线AB 的斜率显然存在,
设其方程为y=kx+b,
联立x2+y2=4,
消去y可得(1+k2)x2+2kbx+b2-4=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=
-2kb
1+k2
,x1x2=
b2-4
1+k2
,
故y1+y2=
2b
1+k2
,y1y2=
b2-4k2
1+k2
,
kAS·kBS=
(y1+2)(y2+2)
x1x2
=-3,
∴b
2-4k2+4b+4+4k2
b2-4
=-3,
解得b=1,则直线AB:y=kx+1,
∴直线AB 恒过定点(0,1),
当t=0时,直线AB:x=0也过定点(0,1),
综上,直线AB 恒过定点(0,1).
②由①得x1+x2=
-2k
1+k2
,x1x2=
-3
1+k2
,
— 93 —
—96 —
则S四边形ASBT=
1
2×4×|x1-x2|
=2 (x1+x2)2-4x1x2
=2 4k
2
(1+k2)2+
12
1+k2
=4 4k
2+3
(1+k2)2
,
令m=1+k2,则m≥1,
则 4k
2+3
(1+k2)2
=4m-1
m2
=- 1m-2
2
+4≤3,
当m=1,即k=0时,取得最大值,
∴当直线AB 的方程为y=1时,四边形ASBT 面积有最大值,为
4 3.
【选做·一飞冲天】
解 (1)设圆C2 的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),
因为圆C1 的方程为 x-
9
2
2
+y2=10,
所以圆C1 的圆心坐标为C1
9
2
,0 ,
因为圆C2 与圆C1 外切于点 N
3
2
,1 ,
所以圆C2 的圆心在直线C1N 上,
因为直线C1N 的方程为y=-
1
3 x-
9
2 ,
所以b=-13 a-
9
2 ,
因为圆C2 过点 M
1
2
,3 ,
且与圆C1 外切于点 N
3
2
,1 ,
所以
b=-13 a-
9
2 ,
1
2-a
2
+(3-b)2=r2,
3
2-a
2
+(1-b)2=r2,
解得
a=0,
b=32
,
r= 102
,
所以圆C2 的方程为x2+ y-
3
2
2
=52.
(2)如图,设直线 m 的方程为y=2x+t(t>
0),
则A -t2
,0 ,B(0,t),
因为圆C2 的方程为x2+ y-
3
2
2
=52
,
所以 圆 C2 与 y 轴 正 半 轴 的 交 点 的 坐 标
为 0, 10+32 ,
因为直线m 交圆C2 在第二象限的部分于E,F 两点,
所以圆心C2 0,
3
2 到直线m 的距离满足
t-32
5
< 102
且t> 10+32
,
所以 10+3
2 <t<
5 2+3
2
,①
因为△AOE 与△BOF 的面积相等,
则AE=BF,所以EF,AB 的中点重合.
所以EF 的中点D -t4
,t
2 ,
因为C2D⊥EF,C2 0,
3
2 ,
所以kC2D ·kEF=-1,即
t
2-
3
2
-t4
×2=-1,
解得t=4满足①式,
所以直线m 的方程为y=2x+4,即2x-y+4=0.
第十周 椭圆
【考点·一应俱全】
1.C [由椭圆的定义知,C正确.]
2.BC
3.解 (1)因为椭圆的焦点在y轴上,
所以设它的标准方程为y
2
a2
+x
2
b2
=1(a>b>0).
又椭圆经过点(0,2)和(1,0),
所以
4
a2+
0
b2=1
,
0
a2+
1
b2=1
,
解得 a
2=4,
b2=1.
所以所求的椭圆的标准方程为y
2
4+x
2=1.
(2)方法一 由题意得椭圆的焦点在y轴上,
所以设它的标准方程为y
2
a2
+x
2
b2
=1(a>b>0),
由椭圆的定义知,
2a= -32
2
+ 52+2
2
+ -32
2
+ 52-2
2
=2 10,
即a= 10,
又c=2,所以b2=a2-c2=6,
所以所求椭圆的标准方程为y
2
10+
x2
6=1.
方法二 由题意得椭圆的焦点在y轴上,
所以设它的标准方程为y
2
a2
+x
2
b2
=1(a>b>0),
由题意知
a2-b2=4,
25
4a2+
9
4b2=1
, 解得 a
2=10,
b2=6,
所以所求椭圆的标准方程为y
2
10+
x2
6=1.
(3)方法一 ①当椭圆焦点在x 轴上时,可设椭圆的标准方程为
x2
a2
+y
2
b2
=1(a>b>0).
依题意,有
1
3
2
a2 +
1
3
2
b2 =1
,
0+
-12
2
a2 =1
,
解得
a2=15
,
b2=14.
由a>b>0,知不符合题意,故舍去;
②当椭圆焦点在y轴上时,可设椭圆的标准方程为
y2
a2
+x
2
b2
=1(a>b>0).
依题意,有
1
3
2
a2 +
1
3
2
b2 =1
,
-12
2
a2 +0=1
,
解得
a2=14
,
b2=15.
所以所求椭圆的标准方程为y
2
1
4
+x
2
1
5
=1.
方法二 设椭圆的方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n).
则
1
9m+
1
9n=1
,
1
4n=1
,
解得 m=5
,
n=4.
所以所求椭圆的方程为5x2+4y2=1,
故椭圆的标准方程为y
2
1
4
+x
2
1
5
=1.
【规律总结】 (1)求椭圆标准方程时,首先要进行“定位”,即确定
焦点的位置,其次是进行“定量”,即确定a2,b2 的具体数值,常根
据条件列方程(组)求解.
(2)椭圆的两种标准方程可以写成统一形式mx2+ny2=1(m>0,
n>0,m≠n).
4.C [依题意知,线段 PF1 的中点在y 轴上,又原点为F1F2 的中
点,易得y 轴∥PF2,所以 PF2⊥x 轴,则 有|PF1|2-|PF2|2=
4c2=16,又根 据 椭 圆 定 义 知|PF1|+|PF2|=8,所 以|PF1|-
|PF2|=2,从而|PF1|=5,|PF2|=3,即|PF1|∶|PF2|=5∶3.]
5.解 由已知得a=2 3,b= 3,
所以c= a2-b2= 12-3=3,
从而|F1F2|=2c=6,
在△F1PF2 中,
|F1F2|2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|cos60°,
即36=|PF1|2+|PF2|2-|PF1|·|PF2|.①
由椭圆的定义得|PF1|+|PF2|=4 3,
即48=|PF1|2+|PF2|2+2|PF1|·|PF2|.②
由①②得|PF1|·|PF2|=4.
所以S△F1PF2 =
1
2|PF1|
·|PF2|·sin60°= 3.
6.解 椭圆方程可化为x
2
4+
y2
m=1.
①当0<m<4时,a=2,b= m,c= 4-m,
∴e=ca =
4-m
2 =
1
2
,
解得m=3,∴b= 3,c=1,
∴椭圆的长轴长和短轴长分别是4,2 3,焦点坐标为F1(-1,0),
F2(1,0),顶点坐标为 A1(-2,0),A2(2,0),B1(0,- 3),B2(0,
3).
②当m>4时,a= m,b=2,
∴c= m-4,
∴e=ca =
m-4
m
=12
,解得m=163
,
∴a=4 33
,c=2 33
,
∴椭 圆 的 长 轴 长 和 短 轴 长 分 别 为8 33
,4,焦 点 坐 标 为 F1
0,-2 33 ,F2 0,2 33 ,顶 点 坐 标 为 A1 0,-4 33 ,A2
0,4 33 ,B1(-2,0),B2(2,0).
7.x
2
9+
y2
5=1
或x
2
5+
y2
9=1
[因为椭圆的长轴长是6,cos∠OFA=
2
3
,所以点 A 是短轴的端点.所以|OF|=c,|AF|=a=3,所以
c
3=
2
3
,所以c=2,b2=32-22=5,
所以椭圆的标准方程是x
2
9+
y2
5=1
或x
2
5+
y2
9=1.
]
8.解 (1)若焦点在x轴上,则a=3,
∵e=ca =
6
3
,∴c= 6,∴b2=a2-c2=9-6=3.
∴椭圆的方程为x
2
9+
y2
3=1.
若焦点在y轴上,则b=3,
∵e=ca = 1-
b2
a2
= 1-9a2
= 63
,解得a2=27.
∴椭圆的方程为y
2
27+
x2
9=1.
∴所求椭圆的方程为x
2
9+
y2
3=1
或y
2
27+
x2
9=1.
(2)设椭圆方程为x
2
a2
+y
2
b2
=1(a>b>0).
如图所示,△A1FA2 为等腰直角三角形,
OF 为斜边A1A2 的中线(高),
且|OF|=c,|A1A2|=2b,
∴c=b=4,∴a2=b2+c2=32,
故所求椭圆的方程为x
2
32+
y2
16=1.
(3)法一:由题意知e2=1-b
2
a2
=12
,所以b
2
a2
=12
,即a2=2b2,设所
求椭圆的方程为x
2
2b2
+y
2
b2
=1或y
2
2b2
+x
2
b2
=1.
将点 M(1,2)代入椭圆方程得
1
2b2
+4
b2
=1或 4
2b2
+1
b2
=1,解得b2=92
或b2=3.
故所求椭圆的方程为x
2
9+
y2
9
2
=1或y
2
6+
x2
3=1.
法二:设所求椭圆方程为x
2
12+
y2
6=k1
(k1>0)或y
2
12+
x2
6=k2
(k2>
0),将点M 的坐标代入可得112+
4
6=k1
或4
12+
1
6=k2
,解得k1=
3
4
,k2=
1
2
,故x
2
12+
y2
6=
3
4
或y
2
12+
x2
6=
1
2
,即所求椭圆的标准方
程为x
2
9+
y2
9
2
=1或y
2
6+
x2
3=1.
9.74
[由题意知a2=16,b2=9,则c2=7,从而e=ca =
7
4.
]
10.33
[方法一 由题意可设|PF2|=m,结合条件可知|PF1|=
2m,|F1F2|= 3m,故 离 心 率e=
c
a =
2c
2a=
|F1F2|
|PF1|+|PF2|
=
3m
2m+m=
3
3.
方法二 由PF2⊥F1F2 可知P 点的横坐标为c,将x=c代入椭
圆方程可得y=±b
2
a
,所以|PF2|=
b2
a.
又由∠PF1F2=30°可得
|F1F2|= 3|PF2|,故2c= 3·
b2
a
,变形可得 3(a2-c2)=2ac,
等式两边同除以a2,得 3(1-e2)=2e,解得e= 33
或e=- 3(舍
去).]
11.BD [由图可知,a1>a2,c1>c2,所以a1+c1>a2+c2,所以 A错
误;在椭圆轨道Ⅰ中可得,a1-c1=|PF|,在椭圆轨道Ⅱ中可得,
a2-c2=|PF|,所以a1-c1=a2-c2,所以B正确;所以a1+c2=
a2+c1,两边同时平方,得a21+c22+2a1c2=a22+c21+2a2c1,所以
a21-c21+2a1c2=a22-c22+2a2c1,即b21+2a1c2=b22+2a2c1,由图可
得,b21>b22,所以2a1c2<2a2c1,即
c2
a2
<
c1
a1
,所以C错误,D正确.]
12.A [方法一 由
y=kx-k,
x2
9+
y2
4=1
, 消去y 得(4+9k2)x2-18k2x+
9k2-36=0,Δ=(-18k2)2-4(4+9k2)(9k2-36)=576(2k2+
1),易知Δ>0恒成立,∴直线y=kx-k与椭圆x
2
9+
y2
4=1
的位
置关系为相交.
方法二 直线y=kx-k可化为y=k(x-1),∴直线恒过点(1,
0),又1
2
9+
02
4<1
,即点(1,0)在椭圆的内部,∴直线y=kx-k与
椭圆x
2
9+
y2
4=1
的位置关系为相交.]
【规律总结】 研究直线与椭圆有无公共点或有几个公共点的问
题,实际上是研究它们的方程组成的方程组是否有实数解或实数
解的个数问题.
13.x+2y-4=0 [方法一 易知直线AB 的斜率k 存在,
设所求直线的方程为y-1=k(x-2),
由
y-1=k(x-2),
x2
16+
y2
4=1
,
得(4k2+1)x2-8(2k2-k)x+4(2k-1)2-16=0.
设点A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1,x2 是上述方程的两根,
于是x1+x2=
8(2k2-k)
4k2+1
.
又 M 为AB 的中点,
∴
x1+x2
2 =
4(2k2-k)
4k2+1
=2,
解得k=-12.
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