第一章 2.4 圆与圆的位置关系(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二数学选择性必修第一册学习笔记(北师大版)

2025-10-14
| 15页
| 47人阅读
| 2人下载
教辅
山东金榜苑文化传媒有限责任公司
进店逛逛

资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 高中数学北师大版选择性必修 第一册
年级 高二
章节 2.4 圆与圆的位置关系
类型 教案-讲义
知识点 -
使用场景 同步教学-新授课
学年 2024-2025
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 DOCX
文件大小 790 KB
发布时间 2025-10-14
更新时间 2025-10-14
作者 山东金榜苑文化传媒有限责任公司
品牌系列 步步高·学习笔记
审核时间 2025-10-14
下载链接 https://m.zxxk.com/soft/54354026.html
价格 3.00储值(1储值=1元)
来源 学科网

摘要:

本讲义聚焦高中数学“圆与圆的位置关系”核心知识点,类比直线与圆的研究方法,系统梳理代数法(联立方程解的个数)和几何法(圆心距与半径关系)判断两圆位置关系的原理,涵盖外离、外切、相交、内切、内含五种类型,并延伸至位置关系应用、圆方程求解及公共弦问题。 以日食现象引入激发兴趣,培养用数学眼光观察现实世界的意识。通过几何法与代数法对比、例题解析与反思感悟,提升逻辑推理的数学思维,结合圆系方程等数学语言解决问题。课中助力教师系统授课,课后跟踪训练与分层练习帮助学生巩固知识,查漏补缺。

内容正文:

2.4 圆与圆的位置关系 [学习目标] 1.了解圆与圆的位置关系.2.掌握圆与圆的位置关系的判断方法.3.能用圆与圆的位置关系解决一些简单问题. 导语 日食是一种天文现象,在民间称此现象为天狗食日.日食只在月球与太阳呈现合的状态时发生.日食分为日偏食、日全食、日环食、全环食.我们将月亮与太阳抽象为圆,观察到的这些圆在变化的过程中位置关系是怎样的? 前面我们运用直线的方程、圆的方程研究了直线与圆的位置关系,现在我们类比上述研究方法,运用圆的方程,通过定量计算研究圆与圆的位置关系. 一、两圆位置关系的判断 知识梳理 1.代数法:设两圆的一般方程为 C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0(D+E-4F1>0), C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0(D+E-4F2>0), 联立方程得 则方程组解的个数与两圆的位置关系如下: 方程组解的个数 2组 1组 0组 两圆的公共点个数 2个 1个 0个 两圆的位置关系 相交 外切或内切 外离或内含 2.几何法:若两圆的半径分别为r1,r2,两圆的圆心距为d,则两圆的位置关系如下: 位置关系 图示 d与r1,r2的关系 外离 d>r1+r2 外切 d=r1+r2 相交 |r1-r2|< d<r1+r2 内切 d=|r1-r2| 内含 0≤d<|r1-r2| 注意点: 在判断两圆的位置关系时,优先使用几何法.因为利用代数法判断两圆位置关系时,当方程组无解或一解时,无法判断两圆的位置关系. 例1 已知圆C1:x2+y2-2ax-2y+a2-15=0(a>0),圆C2:x2+y2-4ax-2y+4a2=0(a>0).试求当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. 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. (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. 反思感悟 判断两圆的位置关系的三种方法 (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,这是在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. (3)根据公切线的条数有时也可判断两圆的位置关系. 跟踪训练1 (1)圆C1:x2+y2-4x+3=0与圆C2:(x+1)2+(y-4)2=a(a>0)恰有三条公切线,则实数a的值是(  ) A.4 B.6 C.16 D.36 答案 C 解析 圆C1的标准方程为(x-2)2+y2=1, ∵两圆有三条公切线,∴两圆外切, ∴=1+, 解得a=16. (2)到点A(-1,2),B(3,-1)的距离分别为3和1的直线有________条. 答案 4 解析 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,1为半径的圆的切线,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|==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. 二、利用两圆的位置关系求圆的方程 例2 求与圆x2+y2-2x=0外切且与直线x+y=0相切于点M(3,-)的圆的方程. 解 设所求圆的方程为 (x-a)2+(y-b)2=r2(r>0), 由题意知所求圆与圆x2+y2-2x=0外切, 则=r+1.① 又所求圆过点M的切线为直线x+y=0, 故=.② =r.③ 由①②③得a=4,b=0,r=2或a=0,b=-4,r=6. 故所求圆的方程为(x-4)2+y2=4或x2+(y+4)2=36. 延伸探究 将本例变为“求与圆x2+y2-2x=0外切,圆心在x轴上,且过点(3,-)的圆的方程”. 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,-), 所以解得 所以圆的方程为(x-4)2+y2=4. 反思感悟 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. 跟踪训练2 圆O1的方程为x2+(y+1)2=4,圆O2的圆心为O2(2,1). (1)若圆O2与圆O1外切,求圆O2的方程; (2)若圆O2与圆O1交于A,B两点,且|AB|=2,求圆O2的方程. 解 (1)因为圆O1的方程为x2+(y+1)2=4, 所以圆心为O1(0,-1),半径为2. 又因为圆O2的圆心为O2(2,1), 所以圆心距|O1O2|==2, 由圆O2与圆O1外切,得圆O2的半径为2-2, 所以圆O2的方程为(x-2)2+(y-1)2=12-8. (2)因为圆O2与圆O1交于A,B两点, 且|AB|=2, 所以圆心O1到直线AB的距离为 =. 当圆心O2到直线AB的距离为时, 圆O2的半径为=2. 此时,圆O2的方程为(x-2)2+(y-1)2=4; 当圆心O2到直线AB的距离为3时, 圆O2的半径为=. 此时,圆O2的方程为(x-2)2+(y-1)2=20. 综上,圆O2的方程为(x-2)2+(y-1)2=4或(x-2)2+(y-1)2=20. 三、相交弦及圆系方程问题 例3 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. 解 (1)设两圆交点为A(x1,y1),B(x2,y2), 则A,B两点坐标是方程组 的解. 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的圆心为C1(-3,0),r=, ∴C1到直线AB的距离d==, ∴|AB|=2=2=5, 即两圆的公共弦长为5. (2)方法一 解方程组 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=, 解得a=,故圆心为,半径为. 故圆的方程为2+2=. 方法二 设所求圆的方程为x2+y2+6x-4+λ(x2+y2+6y-28)=0(λ≠-1), 其圆心为,代入x-y-4=0, 解得λ=-7. 故所求圆的方程为x2+y2-x+7y-32=0. 反思感悟 (1)若圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0与圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0相交,则两圆方程相减得公共弦所在的直线方程为(D1-D2)x+(E1-E2)y+F1-F2=0. (2)公共弦长的求法 ①代数法:将两圆的方程联立,解出交点坐标,利用两点间的距离公式求出弦长. ②几何法:求出公共弦所在直线的方程,利用圆的半径、半弦长、弦心距构成的直角三角形,根据勾股定理求解. (3)已知圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0与圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0相交,则过两圆交点的圆的方程可设为x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(λ≠-1). 跟踪训练3 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________________. 答案 (x-3)2+(y+1)2=16(或x2+y2-6x+2y-6=0) 解析 方法一 由 解得 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,则线段AB的垂直平分线的方程为y-1=-(x-1). 由解得 所以所求圆的圆心坐标为(3,-1),半径为=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, 由解得 所以所求圆的方程为(x-3)2+(y+1)2=16. 方法三 设所求圆的方程为x2+y2-4x-6+λ(x2+y2-4y-6)=0,其中λ≠-1, 化简可得x2+y2-x-y-6=0, 圆心坐标为. 又圆心在直线x-y-4=0上, 所以--4=0, 解得λ=-, 所以所求圆的方程为x2+y2-6x+2y-6=0. 1.知识清单: (1)两圆的位置关系. (2)两圆的公共弦. (3)圆系方程. 2.方法归纳:几何法、代数法. 3.常见误区:将两圆内切和外切相混. 1.圆O1:x2+y2-2x=0和圆O2:x2+y2-4y=0的位置关系是(  ) A.外离 B.相交 C.外切 D.内切 答案 B 解析 把圆O1和圆O2的方程化为标准方程,得圆O1:(x-1)2+y2=1,圆O2:x2+(y-2)2=4,则O1(1,0),O2(0,2),|O1O2|==<r1+r2,又r2-r1<,所以两圆相交. 2.(多选)圆C1:(x+2)2+(y-m)2=9与圆C2:(x-m)2+(y+1)2=4外切,则m的值为(  ) A.2 B.-5 C.-2 D.5 答案 AB 解析 圆C1:(x+2)2+(y-m)2=9的圆心为(-2,m),半径为3, 圆C2:(x-m)2+(y+1)2=4的圆心为(m,-1),半径为2. 依题意有=3+2, 即m2+3m-10=0, 解得m=2或m=-5. 3.已知以C(4,-3)为圆心的圆与圆O:x2+y2=1相切,则圆C的方程是______________________. 答案 (x-4)2+(y+3)2=16或(x-4)2+(y+3)2=36 解析 设圆C的半径为r, 圆心距d==5, 当圆C与圆O外切时,r+1=5,解得r=4; 当圆C与圆O内切时,|r-1|=5,解得r=6, 则圆C的方程为(x-4)2+(y+3)2=16 或(x-4)2+(y+3)2=36. 4.若圆x2+y2=4与圆x2+y2+2ay-6=0(a>0)的公共弦长为2,则a=________. 答案 1 解析 将两圆的方程相减, 得相交弦所在的直线方程为y=, 圆心(0,0)到直线的距离d===1, 所以a=1.   [分值:100分] 单选题每小题5分,共40分;多选题每小题6分,共12分 1.若圆x2+y2=r2与圆x2+y2+2x-4y+4=0有公共点,则r满足的条件是(  ) A.r<+1 B.r>+1 C.|r-|≤1 D.|r-|<1 答案 C 解析 由x2+y2+2x-4y+4=0,得(x+1)2+(y-2)2=1,所以两圆圆心之间的距离为=.因为两圆有公共点,所以|r-1|≤≤r+1,所以-1≤r≤+1,即-1≤r-≤1,所以|r-|≤1. 2.圆M:x2+y2-2x-5=0与圆N:x2+y2+2x-4y-4=0的交点为A,B,则线段AB的垂直平分线的方程是(  ) A.x+y-1=0 B.2x-y+1=0 C.x-2y+1=0 D.x-y+1=0 答案 A 解析 圆x2+y2-2x-5=0的圆心为M(1,0),圆x2+y2+2x-4y-4=0的圆心为N(-1,2),两圆的相交弦AB的垂直平分线即为直线MN,其方程为=,即x+y-1=0. 3.圆(x-4)2+y2=9和圆x2+(y-3)2=4的公切线有(  ) A.1条 B.2条 C.3条 D.4条 答案 C 解析 圆(x-4)2+y2=9的圆心为(4,0),半径为3,圆x2+(y-3)2=4的圆心为(0,3),半径为2. 两圆的圆心距为=5=2+3,所以两圆外切,故两圆的公切线的条数为3. 4.已知圆x2+y2-2x+m=0与圆(x+3)2+(y+3)2=36内切,则实数m的值为(  ) A.0 B.-120 C.0或-120 D.5 答案 C 解析 将圆x2+y2-2x+m=0化为标准方程为(x-1)2+y2=1-m(m<1),由两圆内切可得 |6-|=5,解得m=0或m=-120. 5.圆C1:(x-1)2+y2=4与圆C2:(x+1)2+(y-3)2=9的相交弦所在的直线为l,则直线l被圆O:x2+y2=4截得的弦长为(  ) A. B.4 C. D. 答案 D 解析  由圆C1与圆C2的方程相减得 l:2x-3y+2=0. 圆心O(0,0)到直线l的距离d=, 圆O的半径r=2, 所以截得的弦长为2=2=. 6.(多选)下列圆中与圆C:x2+y2+2x-4y+1=0相切的是(  ) A.(x+2)2+(y+2)2=9 B.(x-2)2+(y+2)2=9 C.(x-2)2+(y-2)2=25 D.(x-2)2+(y+2)2=49 答案 BCD 解析 由圆C:x2+y2+2x-4y+1=0,可知圆心C的坐标为(-1,2),半径r=2. A项,圆心C1(-2,-2),半径r1=3, ∵|C1C|=∈(r1-r,r1+r), ∴两圆相交,不满足条件; B项,圆心C2(2,-2),半径r2=3, ∵|C2C|=5=r+r2, ∴两圆外切,满足条件; C项,圆心C3(2,2),半径r3=5, ∵|C3C|=3=r3-r, ∴两圆内切,满足条件; D项,圆心C4(2,-2),半径r4=7, ∵|C4C|=5=r4-r, ∴两圆内切,满足条件. 7.(5分)已知圆C1:x2+y2+4ax+4a2-4=0和圆C2:x2+y2-2by+b2-1=0只有一条公切线,则实数a,b的关系是________________. 答案 4a2+b2=1 解析 圆C1:x2+y2+4ax+4a2-4=0化为标准方程为(x+2a)2+y2=4,圆心为C1(-2a,0),半径为2. 圆C2:x2+y2-2by+b2-1=0化为标准方程为x2+(y-b)2=1,圆心为C2(0,b),半径为1. 由于两圆只有一条公切线,所以两圆内切, 所以=2-1=1, 整理得4a2+b2=1. 8.(5分)经过直线x+y+1=0与圆x2+y2=2的交点,且过点(1,2)的圆的方程为____________________. 答案 x2+y2-x-y-=0 解析 由已知可设所求圆的方程为x2+y2-2+λ(x+y+1)=0, 将(1,2)代入,可得λ=-, 故所求圆的方程为x2+y2-x-y-=0. 9.(10分)已知两圆C1:x2+y2-2x+10y-24=0和C2:x2+y2+2x+2y-8=0. (1)试判断两圆的位置关系;(3分) (2)求公共弦所在的直线方程;(3分) (3)求公共弦的长度.(4分) 解 (1)将两圆方程分别化为标准方程为C1:(x-1)2+(y+5)2=50,C2:(x+1)2+(y+1)2=10,则圆C1的圆心为(1,-5),半径r1=5;圆C2的圆心为(-1,-1),半径r2=.又|C1C2|=2,r1+r2=5+,r1-r2=5-,所以r1-r2<|C1C2|<r1+r2,所以两圆相交. (2)将两圆方程相减,得公共弦所在的直线方程为x-2y+4=0. (3)方法一 将公共弦所在直线的方程与圆C2方程联立,得方程组 解得y1=0,y2=2, 所以或 所以两圆交点坐标为(-4,0)和(0,2), 所以两圆的公共弦长为=2. 方法二 由(2)知x-2y+4=0为两圆公共弦所在直线的方程. 由(1)知圆C1的圆心为(1,-5),半径r1=5,圆心C1到直线x-2y+4=0的距离d==3, 所以两圆的公共弦长为 2=2×=2. 10.(11分)已知圆C:x2+y2-6x-8y+21=0. (1)若直线l1过定点A(1,1),且与圆C相切,求l1的方程;(6分) (2)若圆D的半径为3,圆心在直线l2:x-y+2=0上,且与圆C外切,求圆D的方程.(5分) 解 (1)圆C:x2+y2-6x-8y+21=0化为标准方程为(x-3)2+(y-4)2=4, 所以圆C的圆心为(3,4),半径为2. ①若直线l1的斜率不存在,即直线l1的方程为x=1,符合题意. ②若直线l1的斜率存在, 设直线l1的方程为y-1=k(x-1). 即kx-y-k+1=0. 由题意知,圆心C(3,4)到直线l1的距离等于半径, 所以=2,即=2, 解得k=, 所以直线C1的方程为5x-12y+7=0. 综上,直线l1的方程为x=1或5x-12y+7=0. (2)依题意,设D(a,a+2). 又已知圆C的圆心为(3,4),半径为2, 由两圆外切,可知|CD|=5, ∴=5, 化简得a2-5a-6=0, 解得a=-1或a=6. ∴D(-1,1)或D(6,8), ∴圆D的方程为(x+1)2+(y-1)2=9或(x-6)2+(y-8)2=9. 11.古希腊数学家阿波罗尼奥斯(约公元前262~公元前190年)的著作《圆锥曲线论》是古代世界光辉的科学成果,著作中有这样一个命题:平面内与两定点距离的比为常数k(k>0且k≠1)的点的轨迹是圆,后人将这个圆称为阿波罗尼斯圆.已知O(0,0),A(3,0),动点P(x,y)满足=2,则动点P的轨迹与圆(x-1)2+y2=1的位置关系是(  ) A.外离 B.外切 C.相交 D.内切 答案 C 解析 由|PA|=2|PO|,得(x-3)2+y2=4x2+4y2,整理得(x+1)2+y2=4,表示圆心为(-1,0),半径R=2的圆,圆(x-1)2+y2=1表示圆心为(1,0),半径r=1的圆,两圆的圆心距为2,满足1=R-r<2<R+r=3,所以两个圆相交. 12.如果圆C:(x-a)2+(y-a)2=8上总存在两个点到原点的距离均为,则实数a的取值范围是(  ) A.(-3,-1)∪(1,3) B.(-3,3) C.[-1,1] D.(-3,-1]∪[1,3) 答案 A 解析 依题意,圆C:(x-a)2+(y-a)2=8与圆O:x2+y2=2有两个交点,即两圆相交. 又|CO|==|a|, 2-<|a|<2+, 即1<|a|<3. 故-3<a<-1或1<a<3. 13.(多选)圆O1:x2+y2-2x=0和圆O2:x2+y2+2x-4y=0的交点为A,B,则下列结论正确的为(  ) A.公共弦AB所在直线的方程为x-y=0 B.线段AB的垂直平分线的方程为x+y-1=0 C.公共弦AB的长为 D.若P为圆O1上一动点,则点P到直线AB距离的最大值为+1 答案 ABD 解析 对于A,由圆O1:x2+y2-2x=0与圆O2:x2+y2+2x-4y=0的交点为A,B, 两式作差可得4x-4y=0,即公共弦AB所在直线方程为x-y=0,故A正确; 对于B,圆O1:x2+y2-2x=0的圆心为(1,0), 又kAB=1, 则线段AB的垂直平分线的斜率为-1, 即线段AB的垂直平分线的方程为 y-0=-1×(x-1), 整理可得x+y-1=0,故B正确; 对于C,圆心O1(1,0)到直线x-y=0的距离d==,半径r=1,所以|AB|=2=,故C不正确; 对于D,P为圆O1上一动点,圆心O1(1,0)到直线x-y=0的距离d=,半径r=1,即点P到直线AB距离的最大值为+1,故D正确. 14.设两圆C1,C2都和两坐标轴相切,且都过点(4,1),则两圆的圆心距|C1C2|为(  ) A.4 B.4 C.8 D.8 答案 C 解析 ∵两圆与两坐标轴都相切,且都经过点(4,1), ∴两圆圆心均在第一象限且都在直线y=x上. 设两圆的圆心分别为(a,a),(b,b), 则有(4-a)2+(1-a)2=a2,(4-b)2+(1-b)2=b2, 即a,b为方程(4-x)2+(1-x)2=x2的两个根, 整理得x2-10x+17=0,∴a+b=10,ab=17. ∴(a-b)2=(a+b)2-4ab=100-4×17=32, ∴|C1C2|===8. 15.(5分)若圆O:x2+y2=5与圆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的长为________. 答案 4 解析 如图所示,由于⊙O与⊙O1在点A处的切线互相垂直, 因此OA⊥O1A, 所以|OO1|==5. 又OO1垂直平分线段AB,设线段AB与x轴的交点为C, 在Rt△AOO1中,|OO1|·|AC|=|OA|·|O1A|, 所以|AC|===2, 故|AB|=2|AC|=4. 16.(12分)如图,已知⊙C的圆心在坐标原点,且与直线x+3y+4=0相切.点P在直线x=8上,过点P引⊙C的两条切线PA,PB,切点分别为A,B. (1)求四边形OAPB面积的最小值;(6分) (2)求证:直线AB过定点.(6分) (1)解 依题意得,圆心(0,0)到直线x+3y+4=0的距离d=r, ∴r=d==, ∴圆C的方程为x2+y2=. 如图所示,连接OA,OB,OP, ∵PA,PB是圆C的两条切线, ∴ OA⊥AP,OB⊥BP, ∴S四边形OAPB=2S△OAP =2×|OA|·|PA| =. ∴当|PO|取最小值8时, (S四边形OAPB)min=×=. (2)证明 由(1)得,A,B在以OP为直径的圆上, 设点P的坐标为(8,b),b∈R, 则线段OP的中点坐标为, ∴以OP为直径的圆的方程为 (x-4)2+2=16+, 即x2+y2-8x-by=0. ∵AB为两圆的公共弦, ∴由 得直线AB的方程为8x+by=,b∈R, 即8+by=0, 则直线AB恒过定点. 学科网(北京)股份有限公司 $

资源预览图

第一章 2.4 圆与圆的位置关系(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二数学选择性必修第一册学习笔记(北师大版)
1
第一章 2.4 圆与圆的位置关系(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二数学选择性必修第一册学习笔记(北师大版)
2
第一章 2.4 圆与圆的位置关系(Word教参)-【步步高】2024-2025学年高二数学选择性必修第一册学习笔记(北师大版)
3
所属专辑
相关资源
由于学科网是一个信息分享及获取的平台,不确保部分用户上传资料的 来源及知识产权归属。如您发现相关资料侵犯您的合法权益,请联系学科网,我们核实后将及时进行处理。