2.5 培优课 与圆有关的最值问题（课件PPT）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中数学选择性必修第一册（人教A版）

该高中数学课件聚焦与圆有关的最值问题，涵盖距离、面积及表达式几何性质三类题型，通过例题从圆的方程与几何性质切入，衔接直线与圆位置关系，搭建从几何直观到代数运算的学习支架。 其亮点在于以数形结合为主线，将代数表达式转化为距离、斜率等几何意义，培养数学抽象与几何直观（数学眼光），通过规律方法总结提升推理能力（数学思维），例题与训练题结合具体问题强化模型意识（数学语言）。学生能提升直观想象与运算能力，教师可高效开展分层教学。

培优课　与圆有关的最值问题 1 1.能用直线与圆的方程解决一些简单的最值问题（数学抽象、数学运算）. 2.初步了解用代数方法处理几何问题的思想（数学抽象）. 重点解读 与距离有关的最值问题 一 与面积有关的最值问题 二 利用数学表达式的几何性质求解最值问题 三 课时作业 04 目录 3 一 PART 与距离有关的最值问题 目 录 【例1】（1）已知半径为1的圆经过点（3，4），则其圆心到原点的距离 的最小值为（　A　） A. 4 B. 5 C. 6 D. 7 A 解析：设圆心C（x，y），则 ＝1，化简得（x －3）2＋（y－4）2＝1，所以圆心C的轨迹是以M（3，4）为圆心，1为半径的圆，所以｜OC｜＋1≥｜OM｜＝ ＝5，所以｜OC｜≥5－1 ＝4，当且仅当C在线段OM上时取等号. 数学·选择性必修第一册 目 录 （2）（2025·无锡月考）圆x2＋y2－4x－4y－10＝0上的点到直线x＋y－ 14＝0的最大距离与最小距离的差是 ⁠. 解析：圆x2＋y2－4x－4y－10＝0可化为（x－2）2＋（y－2）2＝18，圆 心为（2，2），半径为3 .圆心（2，2）到直线x＋y－14＝0的距离为 ＝5 ＞3 ，所以圆上的点到直线的最大距离与最小距离的 差是2r＝6 . 6 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】 1. 求圆上的点到定点的最大、最小距离的步骤 （1）求圆心O与定点M间的距离dMO； （2）根据圆的几何性质知，①当点M在圆外时，dmax＝dMO＋r，dmin＝ dMO－r；②当点M在圆内时，dmax＝dMO＋r，dmin＝r－dMO. 数学·选择性必修第一册 目 录 2. 求点到直线的距离、弦长及切线长的最值 （1）直线与圆相离，圆上任意一点到直线距离的最小值为d－r，最大值 为d＋r（d为圆心到直线的距离）； （2）过圆内一定点的直线被圆截得的弦长的最小值为2 ，最大值 为2r（d为圆心到直线的距离）； （3）直线与圆相离，过直线上一点作圆的切线，切线长的最小值为 （d为圆心到直线的距离）. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练1　（1）若过直线3x＋4y－2＝0上一点M向圆C：（x＋2）2＋（y ＋3）2＝4作一条切线，切点为T，则｜MT｜的最小值为（　　） A. B. 4 C. 2 D. 2 √ 解析：根据题意，知圆C的圆心C（－2，－3），半径r＝2，｜MT｜＝ ＝ ，当｜MC｜取得最小值时，｜MT｜的值最小，而｜MC｜的最小值为C到直线3x＋4y－2＝0的距离，即｜MC｜min＝ ＝4，所以｜MT｜的最小值为 ＝2 .故选D. 数学·选择性必修第一册 目 录 （2）从点P（1，－2）向圆x2＋y2－2mx－2y＋m2＝0作切线，当切线长 最短时，m＝ 　　. 1 解析：圆x2＋y2－2mx－2y＋m2＝0，可化为（x－m）2＋（y－1）2 ＝1，圆心C（m，1），半径为1，切线长最短时，｜CP｜最小，｜ CP｜＝ ，∴m＝1时，｜CP｜最小，切线长最短. 数学·选择性必修第一册 目 录 二 PART 与面积有关的最值问题 目 录 【例2】直线y＝kx＋3与圆O：x2＋y2＝1相交于A，B两点，则△OAB面 积的最大值为（　　） A. 1 B. C. D. 解析：　设圆心到直线的距离为d（0＜d＜1），则｜AB｜＝ 2 ，所以S△ABO＝ ·2 ·d＝ ，由基本不等 式，可得S△ABO＝ ≤ ＝ ，当且仅当d＝ 时，等 号成立. √ 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】 求与圆有关的面积的最值问题，一般转化为寻求与圆的半径相关的函数关 系或几何图形的关系，借助函数求最值的方法，如配方法、基本不等式法 等求解，有时可以通过转化思想，利用数形结合思想求解. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练2　直线x＋y＋2＝0分别与x轴、y轴交于A，B两点，点P在圆（x －2）2＋y2＝2上，则△ABP面积的取值范围是（　　） A. [2，6] B. [4，8] C. [，3 ] D. [2 ，3 ] 解析：　设圆心到直线AB的距离为d，则d＝ ＝2 .设点P 到直线AB的距离为d'.易知d－r≤d'≤d＋r，即 ≤d'≤3 .又｜AB｜ ＝2 ，所以S△ABP＝ ·｜AB｜·d'＝ d'，所以2≤S△ABP≤6. √ 数学·选择性必修第一册 目 录 三 PART 利用数学表达式的几何性质求解最值问题 目 录 【例3】已知x和y满足（x＋1）2＋y2＝ ，则x2＋y2的最大值与最小值分 别为 ⁠. 解析：由题意知x2＋y2表示圆上的点到坐标原点距离的平方，显然当圆上 的点与坐标原点的距离取最大值和最小值时，其平方也相应取得最大值和 最小值.原点O（0，0）到圆心C（－1，0）的距离d＝1，故圆上的点到 坐标原点的最大距离为1＋ ＝ ，最小距离为1－ ＝ .因此x2＋y2的最大 值和最小值分别为 和 . ， 数学·选择性必修第一册 目 录 变式　（1）本例条件不变，求 的取值范围； 解：设k＝ ，变形为k＝ ，此式表示圆上一点（x，y）与点（0，0） 连线的斜率，由k＝ ，可得y＝kx，此直线与圆有公共点，圆心到直线的 距离d≤r，即 ≤ ，解得－ ≤k≤ .即 的取值范围是［－ ， ］. 数学·选择性必修第一册 目 录 （2）本例条件不变，求x＋y的取值范围. 解：令y＋x＝b并将其变形为y＝－x＋b，问题转化为斜率为－1的直线 在经过圆上的点时在y轴上的截距的最值.当直线和圆相切时在y轴上的截 距取得最大值和最小值，此时有 ＝ ，解得b＝± －1，即最大 值为 －1，最小值为－ －1.即x＋y的取值范围是［－ －1， －1］. 数学·选择性必修第一册 目 录 【规律方法】 与圆有关的最值问题的常见类型及解法 （1）形如u＝ 形式的最值问题，可转化为过点（x，y）和（a，b） 的动直线斜率的最值问题； （2）形如l＝ax＋by形式的最值问题，可转化为动直线y＝－ x＋ 截距 的最值问题； （3）形如（x－a）2＋（y－b）2形式的最值问题，可转化为动点（x， y）到定点（a，b）的距离的平方的最值问题. 数学·选择性必修第一册 目 录 训练3　（2025·郑州月考）在平面直角坐标系Oxy中，已知（x1－2）2＋ ＝5，x2－2y2＋4＝0，则（x1－x2）2＋（y1－y2）2的最小值为（　　） A. B. C. D. 解析：　由已知得点（x1，y1）在圆（x－2）2＋y2＝5上，点（x2，y2） 在直线x－2y＋4＝0上，故（x1－x2）2＋（y1－y2）2表示圆（x－2）2＋ y2＝5上的点和直线x－2y＋4＝0上点的距离的平方，而距离的最小值为 － ＝ ，故（x1－x2）2＋（y1－y2）2的最小值为 . √ 数学·选择性必修第一册 目 录 1. 已知直线l：x－y＋4＝0，圆C：（x－1）2＋（y－1）2＝2，则圆C 上的点到直线l的距离的最小值为（　　） A. B. C. 1 D. 3 解析：　由题意知，圆C上的点到直线l的距离的最小值等于圆心（1， 1）到直线l的距离减去圆的半径，即 － ＝ . √ 数学·选择性必修第一册 目 录 2. 若实数x，y满足（x＋5）2＋（y－12）2＝142，则x2＋y2的最小值为 （　　） A. 2 B. 1 C. D. 解析：　x2＋y2表示圆上的点（x，y）与点（0，0）间距离的平方，又 点（0，0）在圆内，所以由几何意义可知最小值为14－ ＝1. √ 数学·选择性必修第一册 目 录 3. 已知点O（0，0），A（0，2），点M是圆（x－3）2＋（y＋1）2＝4 上的动点，则△OAM面积的最小值为（　　） A. B. 1 C. D. 2 √ 数学·选择性必修第一册 目 录 解析：　根据题意，得圆（x－3）2＋（y＋1）2＝4的圆心为（3，－ 1），半径r＝2，O（0，0），A（0，2），OA所在的直线是y轴，当M 到直线AO的距离最小时，△OAM的面积最小，则M到直线AO的距离的 最小值d＝3－2＝1，则△OAM的面积最小值S＝ ×｜OA｜×d＝1. 数学·选择性必修第一册 目 录 4. （2025·聊城质检）设点P（x，y）是圆：x2＋（y－3）2＝1上的动 点，定点A（2，0），B（－2，0），则 · 的最大值为 ⁠. 解析：由题意，知 ＝（2－x，－y）， ＝（－2－x，－y），所以 · ＝x2＋y2－4，由于点P（x，y）是圆上的点，故其坐标满足方程 x2＋（y－3）2＝1，故x2＝－（y－3）2＋1，所以 · ＝－（y－3）2 ＋1＋y2－4＝6y－12.由圆的方程x2＋（y－3）2＝1，易知2≤y≤4，所 以，当y＝4时， · 的值最大，最大值为6×4－12＝12. 12 数学·选择性必修第一册 目 录 课堂小结 1.理清单 （1）与距离有关的最值问题； （2）与面积有关的最值问题； （3）利用数学表达式的几何性质求解最值问题. 2.应体会 解决与圆有关的最值问题常利用数形结合法，转化为几何性质解决. 3.避易错 解题时忽略隐含条件导致范围变大. 数学·选择性必修第一册 目 录 04 PART 课时作业 目 录 1. （2025·清远月考）已知直线y＝kx＋m（m为常数）与圆x2＋y2＝4交 于点M，N. 当k变化时，若｜MN｜的最小值为2，则m＝（　　） A. ±1 B. ± C. ± D. ±2 解析：由题意可知，直线l：y＝kx＋m恒过定点A（0，m），由于l截圆的弦长最小值为2，即当直线l与直线OA垂直时（O为坐标原点），弦长取得最小值，于是22＝（ ×2）2＋｜OA｜2＝1＋m2，解得m＝± . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 数学·选择性必修第一册 目 录 2. 已知点P是直线l：3x＋4y－15＝0上的动点，由点P向圆O：x2＋y2＝ 1作切线，则切线长的最小值是（　　） A. 2 B. 1 C. D. 2 解析：　圆O：x2＋y2＝1的圆心O（0，0），半径r＝1.切线长L＝ ＝ ，所以当OP的长度最小时，切线长L最 小.当OP⊥l时，｜OP｜min＝ ＝3，所以Lmin＝2 . √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 3. （2025·宁德月考）已知圆C1：x2＋y2＋4x－4y＝0，动点P在圆C2：x2 ＋y2－4x－12＝0上，则△PC1C2面积的最大值为（　　） A. B. 2 C. 3 D. 4 解析：　因为C1（－2，2），r1＝2 ，C2（2，0），r2＝4，所以｜ C1C2｜＝ ＝2 ，当PC2⊥C1C2时，△PC1C2的面积最 大，其最大值为 ×2 ×4＝4 . √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 4. 圆x2＋y2－4y－4＝0上恰有两点到直线x－y＋a＝0的距离为 ，则实 数a的取值范围为（　　） A. （－4，0） B. （4，8） C. （－4，0）∪（4，8） D. （－4，8） 解析：　圆的标准方程为x2＋（y－2）2＝8，所以圆心为C（0，2）， 半径r＝2 ，圆心C到已知直线的距离d＝ ＝ .由题意 得 解得－4＜a＜0或4＜a＜8. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 5. 已知实数x，y满足x2＋y2－4x－2y－4＝0，则x－y的最大值是（　） A. 1＋ B. 4 C. 1＋3 D. 7 解析：　法一　由题意，得实数x，y满足（x－2）2＋（y－1）2＝9， 表示圆心为点（2，1），半径为3的圆.设x－y＝t，则直线x－y－t＝0与 圆（x－2）2＋（y－1）2＝9有公共点，所以圆心到直线x－y－t＝0的距 离d＝ ≤3，解得1－3 ≤t≤1＋3 .故选C. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 法二　由题意，得实数x，y满足（x－2）2＋（y－1）2＝9.设x＝2＋3 cos θ，y＝1＋3 sin θ，θ∈[0，2π]，则x－y＝1＋3 cos θ－3 sin θ＝1 ＋3 · cos （θ＋ ）≤1＋3 ，当θ＝ 时取等号.故选C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 6. （2025·茂名月考）如图所示，A，B是直线l上的两点，且AB＝2.两个 半径相等的动圆分别与l相切于A，B两点，C是两个圆的公共点，则圆弧 AC，CB与线段AB围成的图形面积S的取值范围为（　　） A. （0， ］ B. （0，π] C. （0，2－ ］ D. （0，2－π] √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析：　设两圆的半径为r，当两圆相切于C点时，所围成的图形面积最大，如图，此时，2r＝｜AB｜＝2，所以r＝1，所围成图形的面积S为矩形ABO2O1的面积减去一个半圆的面积，即S＝2－ .随着r的增大，S逐渐趋于0，所以所求面积S的取值范围为（0，2－ ］. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 7. 〔多选〕已知点P在圆（x－5）2＋（y－5）2＝16上，点A（4，0）， B（0，2），则（　　） A. 点P到直线AB的距离小于10 B. 点P到直线AB的距离大于2 C. 当∠PBA最小时，｜PB｜＝3 D. 当∠PBA最大时，｜PB｜＝3 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析：　设圆（x－5）2＋（y－5）2＝16的圆心为M（5，5），由题易知直线AB的方程为 ＋ ＝1，即x＋2y－4＝0，则圆心M到直线AB的距离d＝ ＝ ＞4，所以直线AB与圆M相离，所以点P到直线AB的距离的最大值为4＋d＝4＋ ，4＋ ＜5＋ ＝10，故A正确；易知点P到直线AB的距离的最小值为d－4＝ －4， －4＜ －4＝1，故B不正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 过点B作圆M的两条切线，切点分别为N，Q，如图所示，连接MB，MN，MQ，则当∠PBA最小时，点P与N重合，｜PB｜＝ ＝ ＝3 ，当∠PBA最大时，点P与Q重合，｜PB｜＝3 ，故C、D都正确.综上，选A、C、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 8. 〔多选〕（2025·南京月考）瑞士著名数学家欧拉在1765年提出定理： 三角形的外心、重心、垂心位于同一直线上.这条直线被后人称为三角形 的“欧拉线”.在△ABC中，已知AB＝AC，点B（－2，4），点C（5， －3），且其“欧拉线”与圆M：（x－5）2＋y2＝r2相切，则（　　） A. “欧拉线”方程为x－y＋1＝0 B. 圆M上点到“欧拉线”的最大距离为4 C. 若点（x，y）在圆M上，则x＋y的最小值是1 D. 若点（x，y）在圆M上，则x2＋y2－4x＋6y的取值范围是[－11，37] √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解析：因为AB＝AC，故欧拉线即为BC的中垂线，又B（－2，4），C（5，－3），故BC的中点为（ ， ），且kBC＝ ＝－1，故BC的中垂线方程为x－y－1＝0，故A错误；因为圆M：（x－5）2＋y2＝r2与欧拉线相切，故 ＝2 ＝r，所以圆M上的点到欧拉线的最大距离为2r＝4 ，故B正确；若点（x，y）在圆M上，设x＋y＝t，则 ≤2 ，故1≤t≤9，故t的最小值为1，故C正确；因为点（x，y）在圆M上，故（x－5）2＋y2＝8，即x2＋y2＝10x－17，故x2＋y2－4x＋6y＝6（x＋y）－17，由C的判断可得1≤x＋y≤9，故－11≤6（x＋y）－17≤37，故D正确.故选B、C、D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 9. 已知实数x，y满足方程y＝ ，则 的最大值为 　​ 　. 解析：方程y＝ 化为（x－2）2＋y2＝3（y≥0），表示的图形是一个半圆，令 ＝k，即y＝kx，如图所示，当直线与半圆相切时，k＝ （负值舍去），所以 的最大值为 . ​ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 10. （2025·常州月考）设m∈R，过定点A的动直线x＋my＝0和过定点B 的动直线mx－y－m＋3＝0交于点P（x，y），则｜PA｜·｜PB｜的最 大值是 ⁠. 解析：由条件，得A（0，0），B（1，3）.由x＋my＝0与mx－y－m＋3＝0消去m，得动点P的轨迹方程为（x－ ）2＋（y－ ）2＝ ，易知OB为圆的一条直径，由图可知，PA⊥PB，所以｜PA｜2＋｜PB｜2＝｜AB｜2＝10，所以｜PA｜·｜PB｜≤ ＝5. 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 11. 已知M为圆C：x2＋y2－4x－14y＋45＝0上任意一点，且点Q（－ 2，3）. （1）求｜MQ｜的最大值和最小值； 解：由圆C的方程x2＋y2－4x－14y＋45＝0化为标准方程得（x－2）2＋（y－7）2＝8， ∴圆心C的坐标为（2，7），半径r＝2 ， 又｜QC｜＝ ＝4 ， ∴｜MQ｜max＝4 ＋2 ＝6 ， ｜MQ｜min＝4 －2 ＝2 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 解：由题可知 表示直线MQ的斜率. 设直线MQ的方程为y－3＝k（x＋2）， 即kx－y＋2k＋3＝0， 则 ＝k. 由直线MQ与圆C有交点，得 ≤2 ， 可得2－ ≤k≤2＋ ， ∴ 的最大值为2＋ ，最小值为2－ . （2）若M（m，n），求 的最大值和最小值. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 12. 已知圆C1：（x－1）2＋（y－2）2＝1，C2：（x－3）2＋（y－5）2 ＝3，点P，A，B分别在x轴和圆C1，C2上. （1）判断两圆的位置关系； 解：由题意，得C1（1，2），C2（3，5），r1＝1，r2＝ ， ∴｜C1C2｜＝ ＝ ，r1＋r2＝1＋ ，｜ C1C2｜＞r1＋r2， ∴两圆的位置关系为相离. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 （2）求｜PA｜＋｜PB｜的最小值. 解：如图，作圆C2关于x轴的对称圆C'2，则C'2（3，－5），B的对称点为B'， 则｜PA｜＋｜PB｜的最小值为｜PA｜＋｜PB'｜的最小值， 即为｜C1C'2｜－r1－r2＝ －1－ ＝ －1－ . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 数学·选择性必修第一册 目 录 THANKS 演示完毕 感谢观看 $