内容正文:
第2章 圆与方程
2.1 圆的方程
第1课时 圆的标准方程
新课导入
月亮,是中国人心目中的宇宙精灵,在文学作品中有大量描写:小时不识月,呼作白玉盘.又疑瑶台镜,飞在青云端 ,如果把天空看作一个平面,月亮当作一个圆,那么我们如何确定该圆的方程呢?
学习目标
1.掌握圆的定义及标准方程.
2.会用直接法和待定系数法求圆的标准方程,能准确判断点与圆的位置关系.
3.能用圆的标准方程解决一些实际应用问题.
新知学习 探究
一 圆的标准方程
思考1.圆是怎样定义的?确定它的要素又是什么呢?各要素与圆有怎样的关系?
提示 平面内到定点的距离等于定长的点的集合叫作圆,定点称为圆心,定长称为圆的半径.确定圆的要素:圆心和半径.圆心确定圆的位置,半径确定圆的大小.
思考2.已知圆心为,半径为,设圆上任一点,你能得到,的关系吗?
提示 ,由两点间的距离公式,得,两边平方,得.
[知识梳理]
【答案】定长; 圆心; 半径;
[例1] 求经过点和坐标原点,并且圆心在直线上的圆的标准方程.
【解】 方法一(待定系数法) 设圆的标准方程为,
则有
解得 所以圆的标准方程是.
方法二(几何法) 由题意,是圆的弦,的中点坐标为,,且,即 的垂直平分线为,即,弦的垂直平分线过圆心,由 得 即圆心坐标为,半径.
所以圆的标准方程是.
母题探究.求经过点和坐标原点且周长最小的圆的标准方程.
解:当线段 为圆的直径时,过点,的圆的半径最小,从而周长最小,即所求圆以线段 的中点,为圆心,为半径,故所求圆的标准方程为.
求圆的标准方程的方法
(1)待定系数法
(2)几何法:求圆的标准方程只需确定圆心坐标和半径,常用到中点坐标公式、两点间距离公式,有时还用到平面几何知识,如“弦的中垂线必过圆心”“两条弦的中垂线的交点必为圆心”等.
[跟踪训练1].
(1) [(2025·武汉期中)]已知圆的圆心在直线上,且过点,,则圆的方程为( )
A. B.
C. D.
(2) 已知圆的圆心为,该圆的一条直径的两个端点恰好在两坐标轴上,则这个圆的方程是( )
A. B.
C. D.
【答案】(1) C
(2) A
【解析】
(1) 选.由题知,且 的中点坐标为,故线段 的中垂线方程为,故圆心在直线 上,与 联立,可得圆心为,所以半径为,故圆 的方程为.
(2) 选.设直径的两个端点分别为,,圆心 为,由中点坐标公式,得,,解得,.所以半径,所以圆的方程是.故选.
二 点与圆的位置关系
思考.平面内的点与圆有哪几种位置关系?如何判定?
提示 分为点在圆外、点在圆上、点在圆内,可以用圆心与点的距离与圆的半径相比较判断位置.
[知识梳理]
已知圆,圆心为,点,设.
位置关系
与的大小
图示
点的坐标的特点
点在圆外
①_ _ _ _
②_ _ _ _
点在圆上
③_ _
点在圆内
④_ _
⑤_ _
【答案】; ; =; ;
[例2] 已知两点和,求以线段为直径的圆的标准方程,并判断点,,是在圆上、在圆内、还是在圆外.
【解】 由题可知圆心坐标为,圆的半径
,
所以圆的标准方程为.
分别计算点,,到圆心 的距离:
,
,
,
所以点 在圆外,点 在圆上,点 在圆内.
判断点与圆的位置关系的两种方法
(1)几何法:主要利用点到圆心的距离与半径比较大小.
(2)代数法:把点的坐标代入圆的标准方程,比较式子两边的大小,并作出判断.
[跟踪训练2].
(1) (多选)已知圆,则下列点在圆内的是( )
A. B. C. D.
(2) 已知点在圆的外部,则实数的取值范围为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】(1) BC
(2)
【解析】
(1) 选.对于,因为,所以点 在圆上,所以 不符合题意;对于,因为,所以点 在圆内,所以 符合题意;对于,因为,所以点 在圆内,所以 符合题意;对于,因为,所以点 在圆外,所以 不符合题意.
(2) 由题意得,即,可得 或.
所以实数 的取值范围为.
三 圆的标准方程的实际应用
[例3] (对接教材例2)已知某河上有一座跨度为的圆形拱桥,其圆拱高为,一艘载有货物的船宽为,水面到船顶高为,问该船能否顺利通过该桥?
【解】 以圆形拱桥与水面的交线所在的直线为 轴,过圆拱最高点且垂直于水面的直线为 轴,建立如图所示的平面直角坐标系,
设圆拱所在圆的圆心坐标为,半径为,
则圆的标准方程为.
分别将点,代入上式,
得 解得
所以圆的标准方程为.
因为船宽为,水面到船顶高为,
所以判断该船能否通过该桥,即判断点 与圆的位置关系.
因为,
所以点 在圆内,故该船能顺利通过该桥.
解决圆的实际应用题的步骤
[跟踪训练3].某圆拱桥的拱高为,现有宽,水面以上的高度为的一艘船恰能从桥下通过,则该拱桥的水面跨度(单位:)在下列哪个区间内( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】选.由题意,建立平面直角坐标系如图所示,则,,,,,其中 为圆拱所在圆的圆心.
设圆拱所在的圆的方程为,则 解得,,则圆形拱桥的水面跨度为.
课堂巩固 自测
1.在平面直角坐标系中,圆心为,半径为2的圆的标准方程为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】选.圆心为,半径为2的圆的标准方程为.
2.(多选)已知圆的标准方程为,则下列说法正确的是( )
A. 圆的圆心为 B. 点在圆内
C. 圆的半径为5 D. 点在圆内
【答案】ABC
【解析】选.圆 的圆心为,半径为5,,正确;由,得点 在圆内,正确;由,得点 在圆外,错误.
3.若点不在圆的外部,则实数的取值范围为_ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】由题意得,且,化简得,解得.
4.已知三点,,,以为圆心作一个圆,使得,,三点中的一个点在圆内,一个点在圆上,一个点在圆外,求这个圆的方程.
解:由题设知,,,,所以,要使,,三点中的一个点在圆内,一个点在圆上,一个点在圆外,则圆以 为半径,故圆的方程为.
1.已学习:(1)圆的标准方程.
(2)点与圆的位置关系.
(3)圆的实际应用.
2.须贯通:(1)求圆的标准方程的方法.
(2)判断点与圆的位置关系的方法.
3.应注意:求圆的标准方程时易漏解.
课后达标 检测
A 基础达标
1.已知圆的标准方程为,则圆心坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】选.因为圆的标准方程为,所以圆心坐标为.
2.圆心在轴上,半径为1,且过点的圆的标准方程是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】选.由题意,设圆心坐标为,半径,可设圆的标准方程为,由圆过点 可得,解得,则所求圆的标准方程为.
3.曲线与轴围成区域的面积为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】选.曲线的方程可化为,即,所以这条曲线与 轴围成的区域是一个半径 的半圆,其面积为 .
4.已知,是方程的两个不等实数根,则点与圆的位置关系是( )
A. 在圆内 B. 在圆上 C. 在圆外 D. 无法确定
【答案】C
【解析】选.由,是方程 的两个不等实数根,得,,则,所以点 在圆 外.
5.已知点,,,则外接圆的标准方程是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】选.如图所示,易得 外接圆的圆心为,所以,所以所求圆的标准方程为.
6.(多选)下列方程中表示圆心在直线上,半径为,且过原点的圆的标准方程为( )
A. B.
C. D.
【答案】CD
【解析】选.因为圆心在 上,所以设圆心为,因为圆的半径为,
所以圆的标准方程为,
因为该圆过原点,所以,
解得,
所以圆心为 或,当圆心为 时,圆的标准方程为,正确;
当圆心为 时,圆的标准方程为,正确.
7.若直线是圆的一条对称轴,则圆心坐标为_ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】圆 的圆心为,因为直线 是圆的一条对称轴,所以圆心 在直线 上,所以,解得,故圆心坐标为.
8.以,为一条直径的两个端点的圆的标准方程是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】因为,,所以线段 的中点坐标为,,
即,
,
所以所求圆的圆心坐标为,半径为,所以所求圆的标准方程是.
9.已知两条直线与的交点在圆的内部,则实数的取值范围是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】,
【解析】由 解得
则直线 与 的交点坐标为,
依题意,,
解得,
所以实数 的取值范围是,.
10.(13分)在平面直角坐标系中,已知点,直线与轴、轴分别交于点,,圆经过,,三点.
(1) 求圆的标准方程;(5分)
(2) 判断点,,是否在圆上.(8分)
【答案】
(1) 解:由题可得,,又,设所求圆的方程是,
由题意得
解得 故圆 的标准方程为.
(2) 由(1)得圆 的标准方程为.
代入 得,故点 在圆 上;
代入 得,故点 在圆 外;
代入 得,故点 在圆 内.
B 能力提升
11.已知圆与圆关于直线对称,则圆的标准方程为( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】选.由题意可得,圆 的圆心坐标为,圆 和圆 的半径均为2,设圆心 关于直线 的对称点为,
则 解得
所以圆 的标准方程为.
12.(多选)设圆,则下列命题正确的是( )
A. 所有圆的面积都是
B. 存在,使得圆过点
C. 经过点的圆有且只有一个
D. 不论如何变化,圆心始终在一条直线上
【答案】AD
【解析】选.对于,由于每个圆的半径都是2,故面积都是 ,故 正确;
对于,由于,故圆 必定不过点,故 错误;
对于,对于 和,均有,故,即圆 经过点,故 错误;
对于,圆心 始终在直线 上,故 正确.
13.(15分)如图是一座类似于上海卢浦大桥的圆拱桥示意图,该圆弧拱跨度为,圆拱的最高点离水面的高度为,桥面离水面的高度为.
(1) 建立适当的平面直角坐标系,求圆拱所在圆的方程;(7分)
(2) 求桥面在圆拱内部分的长度.(参考数据:,结果精确到)(8分)
【答案】
(1) 解:设圆拱所在圆的圆心为,以 为原点,的方向为 轴正方向,
中垂线向上方向为 轴正方向,建立如图所示的平面直角坐标系.
设 与 轴交于点,与 轴交于点,连接,
设圆的半径为,则,,,
在 中,,
即,解得,
所以,
所以圆拱所在圆的方程为.
(2) 由题意得,,令,得,
所以,
所以,
所以.
所以桥面在圆拱内部分 的长度约为.
14.(15分)已知圆心为的圆经过,两点,且圆心在直线上.
(1) 求圆的标准方程;(6分)
(2) 点在圆上运动,求的取值范围.(9分)
【答案】
(1) 解:由圆经过,两点,得圆心在 的中垂线 上,
又圆心 在直线 上,
联立 得
即圆心为,又,
故圆 的标准方程为.
(2) 设,易知,
则,
因为点 在圆 上运动,
则,
故 式可化简为,由 得 的取值范围为.
C 素养拓展
15.已知圆和两点,,,若圆上存在点,使得 ,则的最小值为( )
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
【答案】C
【解析】选.显然,因为 ,所以,
所以要求 的最小值即求圆 上点 到原点 的最小距离,
因为,所以,即 的最小值为4.
第2课时 圆的一般方程
新课导入
给出如下方程,常数,,,,,适当取值,能表示直线吗?能表示二次函数对应的抛物线吗?能表示圆吗?圆的标准方程与上述方程有何关系?这就是这节我们需要解决的问题.
学习目标
1.掌握圆的一般方程及其特点.
2.会将圆的一般方程化为圆的标准方程,并能熟练地指出圆心的坐标和半径的大小.
3.能根据某些具体条件,运用待定系数法确定圆的方程.
新知学习 探究
一 圆的一般方程的概念
思考1.圆的标准方程可否化为二元二次方程的一般形式?
提示 可以,圆的标准方程 展开得到,令,,,则 是二元二次方程的一般形式.
思考2.方程一定表示圆吗?举例说明.
提示 不一定,如,表示坐标原点;如,不能表示任何曲线.
[知识梳理]
1.方程叫作圆的一般方程.
2.方程表示的图形
条件
图形
不表示任何图形
表示一个点①_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
表示以点②_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 为圆心,③_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 为半径的圆
【答案】; ;
[即时练]
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”.
(1) 圆的一般方程可以化为圆的标准方程.( )
(2) 方程是圆的方程.( )
(3) 若方程表示圆,则有.( )
(4) 利用圆的一般方程无法判断点与圆的位置关系.( )
【答案】(1) √
(2) ×
(3) √
(4) ×
2.已知圆的一般方程为,则半径为( )
A. 1 B. 3 C. 4 D. 9
【答案】B
【解析】选.因为圆的一般方程为,所以圆的标准方程为,所以圆的半径为3.
3.已知圆的一般方程为,则该圆的半径的最小值为_ _ _ _ .
【答案】
【解析】圆 的方程 可化为,半径为,当 时,圆 的半径取得最小值.
4.若点在圆的外部,则实数的取值范围是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】,
【解析】因为点 在圆 的外部,
所以
即 解得.
判断二元二次方程表示圆的两种方法
(1)配方法:对形如的二元二次方程可以通过配方变形为“标准”形式后,观察是否表示圆.
(2)运用圆的一般方程的判断方法求解,即通过判断与0的关系,确定它是否表示圆.
注意 在利用来判断二元二次方程是否表示圆时,务必注意与的系数.
二 求圆的一般方程
[例1] 求满足下列条件的圆的一般方程.
(1) 圆心在直线上,与轴相交于,两点;
(2) 经过的三个顶点,,.
【答案】
(1) 【解】设圆的一般方程为,
则圆心坐标为,.
由题意得 解得
故所求圆的一般方程为.
(2) 设所求圆的一般方程为,因为点,,在所求的圆上,
所以 解得
故所求圆的一般方程为.
待定系数法求圆的一般方程的步骤
(1)根据题意设所求的圆的一般方程为;
(2)根据已知条件,建立关于,,的方程组;
(3)解此方程组,求出,,的值;
(4)将所得的值代回所设的圆的方程中,就得到所求的圆的一般方程.
[跟踪训练1].已知,,.
(1) 求的外接圆的一般方程;
(2) 点在的外接圆上,试求的值.
【答案】
(1) 解:设 外接圆的方程为,
由题意得
解得 即 的外接圆的一般方程为.
(2) 因为点 在(1)所求的圆上,故点 的坐标满足圆的方程,可得,即,解得 或.
三 与圆有关的动点的轨迹问题
[例2] (对接教材例4)已知点是圆上的定点,点是圆内一点,为圆上的动点.
(1) 求线段的中点的轨迹方程;
(2) 求过点的弦的中点的轨迹方程.
【答案】
(1) 【解】设线段 的中点,由中点坐标公式,得点 的坐标为.
因为点 在圆 上,
所以,故线段 的中点 的轨迹方程为.
(2) 设.
因为点 是弦的中点,
所以 为坐标原点.
方法一:当,斜率都存在时,有,即,整理得.
当 或 时,点,,,也都满足方程.故所求轨迹方程为.
方法二:易得,,整理得.
方法三:由圆的几何性质可知,点 一定在以线段 为直径的圆上,此时圆心坐标为,,半径为,所以点 的轨迹方程为,整理得.
母题探究.若也是圆上的动点,且 ,求线段的中点的轨迹方程.
解:设线段 的中点,
在 中,.
设 为坐标原点,连接(图略),则,所以,所以,故线段 的中点 的轨迹方程为.
求轨迹方程的三种常用方法
注意 (1)若要求某点的轨迹,须在求出轨迹方程后说明轨迹是什么样的图形.
(2)在求动点的轨迹方程时,易忽略检查是否有要删除(增加)的点.
[跟踪训练2].在等腰三角形中,若一腰的两个端点分别为,,为两腰的交点,求另一腰的一个端点的轨迹方程.
解:方法一:设点 的坐标为,因为 为等腰三角形,且 为两腰的交点,所以.
又因为,
所以,
所以.
又因为,,三点不能共线,
当 为线段 的中点时,点坐标为,所以点 的轨迹方程为 去掉,两点.
方法二:设点 的坐标为,因为 为等腰三角形,且 为两腰的交点,所以.
所以点 在以 为圆心,为半径的圆上,所以该圆的方程为.
又因为,,三点不能共线,当 为线段 的中点时,点坐标为,所以点 的轨迹方程为 去掉,两点.
拓视野 圆的参数方程
如图所示,设圆的半径为,点从初始位置出发,按逆时针方向在圆上作匀速圆周运动,设,则 为参数.这就是圆心在原点,半径为的圆的参数方程,其中 的几何意义是转过的角度.
当圆心为,半径为的圆的标准方程是时,其参数方程为: 为参数.
[典例] 已知点是曲线上的动点,点的坐标为,点的坐标为,则的取值范围为_ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】设,则,,所以,因为,所以,即 的取值范围为.
[练习1].已知实数,满足,则的最大值是_ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】由 得,所以可设 为参数,则,因
为,所以 的最大值是.
[练习2].已知是圆上一动点,,为的中点,为坐标原点,则点的轨迹方程为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】如图所示,因为圆 的参数方程为
为参数,所以设点,则,,
令,,所以,,所以点 在圆心为,半径为 的圆上,即点 的轨迹方程为.
课堂巩固 自测
1.圆的圆心坐标和半径分别为( )
A. , B. ,
C. , D. ,
【答案】C
【解析】选.由圆的一般方程可知圆心坐标为,半径.
2.[(2025·宿迁期中)]如果方程所表示的曲线关于对称,则必有( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】选.方程 表示圆心为 的圆,由题意可知圆心 在直线 上,
则,即.
3.在平面直角坐标系中,过直线与两坐标轴的交点及点的圆的一般方程为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】令,得,解得,所以直线 与 轴的交点为,
令,得,解得,所以直线 与 轴的交点为,
设圆的一般方程为,因为,,三点都在圆上,
所以 解得 故所求圆的一般方程为.
4.在平面直角坐标系中,线段的两个端点,分别在轴和轴上滑动,且,求线段的中点的轨迹方程.
解:设,,线段 的中点,
因为 为线段 的中点,所以,,
因为,
所以,即,得.
所以点 的轨迹方程是.
1.已学习:(1)圆的一般方程.
(2)和圆有关的轨迹方程.
2.须贯通:(1)二元二次方程表示圆的判定方法.
(2)待定系数法求圆的方程.
(3)求轨迹方程的常用方法.
(4)圆的一般方程的实际应用.
3.应注意:二元二次方程表示圆的条件.
课后达标 检测
A 基础达标
1.[(2025·淮安期中)]圆的圆心坐标为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】选.圆 可化为,所以圆心坐标为.
2.若点在圆外,则实数的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】选.因为点 在圆 外,
则 解得.
3.已知圆上的所有点都在第二象限,则实数的取值范围是( )
A. B. , C. D. ,
【答案】A
【解析】选.由,化简可得,则该圆圆心为,半径为3,由题意可得 解得,故实数 的取值范围是.
4.已知圆过点,则圆的圆心的轨迹方程是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】选.圆 过点,则,所以圆心的轨迹方程是.
5.若直线始终平分圆的周长,则的最小值为( )
A. 8 B. 12 C. 16 D. 20
【答案】C
【解析】选.整理圆的方程得,可知圆心坐标为.
由题意可知直线 过圆心,即,可得,
则
.
当且仅当,即 时,等号成立,
所以 的最小值为16.
6.(多选)已知圆,则下列说法正确的是( )
A. 圆的半径为
B. 圆关于直线对称
C. 若,则圆过坐标原点
D. 若圆的圆心到轴的距离等于圆的半径,则或
【答案】BCD
【解析】选.对于,圆,所以圆心为,圆的半径,故 错误;
对于,因为圆心 在直线 上,故圆 关于直线 对称,故 正确;
对于,当 时,圆,所以圆 过坐标原点,故 正确;
对于,由 且 或,故 正确.
7.已知圆的周长为 ,则实数的值为_ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】设圆的半径为,则由题意 ,故,将圆的一般式方程 化为标准式方程得,则.
8.过点,且圆心与圆相同的圆的标准方程为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】将圆 的方程化为标准方程,圆心 的坐标为,故所求圆的半径为.故所求圆的标准方程为.
9.在平面直角坐标系中,圆(其中,,为实数)的一条直径为,其中,,则的值为_ _ _ _ .
【答案】1 025
【解析】因为,,所以,的中点为,又,
所以以 为直径的圆的方程为,即,所以.
10.(13分)下列方程各表示什么图形?若表示圆,求出其圆心和半径.
(1) ;(4分)
(2) ;(4分)
(3) .(5分)
【答案】
(1) 解:由方程可知,,,
因为,
所以方程表示圆,又,,
所以圆心为,
圆的半径为.
(2) 由方程可知,,,,因为,
所以方程表示点,又,,
所以方程表示的点的坐标是.
(3) 原方程可化为,由方程可知,,,因为,所以该方程无实数解,方程不表示任何图形.
B 能力提升
11.曲线,不同时为0的周长为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】选.因为,不同时为0,所以曲线 可化为
曲线的图象如图所示,
曲线由以,,,四个点为圆心,半径为 的四个半圆弧构成,所以曲线的周长为 .
12.已知圆经过两点,,且圆心在直线上,若直线的方程为,圆心到直线的距离是1,则的值是_ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】设圆 的方程为,
由条件,得
解得 因此圆的一般方程为,
故圆心,因此圆心 到直线 的距离,解得.
13.(13分)在平面直角坐标系中,二次函数的图象与轴交于,两点,与轴交于点,经过,,三个点的圆记为圆,求圆的方程.
解:设所求圆的一般方程为,
由题意得 的图象与两坐标轴的三个交点即为圆 和坐标轴的交点,令 得,,由题意可得,这与 是同一个方程,故,.
令 得,,
由题意可得,此方程有一个根为,代入此方程得出,所以圆 的方程为.
14.(15分)已知圆经过点,,且恒被直线平分.
(1) 求圆的标准方程;(6分)
(2) 设是圆上的动点,求线段的中点的轨迹方程.(当点经过点时,规定点与点重合)(9分)
【答案】
(1) 解:直线 恒过点.
因为圆 恒被直线 平分,
所以 恒过圆心,
所以圆心坐标为,又圆 经过点,所以圆的半径,所以圆 的标准方程为.
(2) 设.因为 为线段 的中点,所以,因为点 是圆 上的动点,
所以,即,
所以 的轨迹方程为.
C 素养拓展
15.古希腊著名数学家阿波罗尼斯发现:平面内到两个定点,的距离之比为定值且的点的轨迹是一个圆.后来,人们将这个圆以他的名字命名,称为阿波罗尼斯圆,简称阿氏圆.已知动点在边长为6的正方形内(包含边界)运动,且满足,则动点的轨迹长度为_ _ _ _ _ _ .
【答案】
【解析】如图,以 为原点,,所在直线分别为 轴、轴,建立平面直角坐标系,
则,,设,
因为,即,
整理得.所以动点 的轨迹为以 为圆心,4为半径的圆的一部分.
设圆 与线段 交于点,与线段 交于点,因为在 中,,,所以,所以,所以动点 的轨迹长度为.
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