内容正文:
2026年高考数学·教考衔接
教材命题点探源
-----------------------------供2026高考备考二轮、三轮复习及考前使用-------------------------
教考衔接十 直线与圆
--------------■高考命题·解读■-----------------
核心考点
五年考情
考点1.求圆的方程
2022·全国甲卷 2022·全国乙卷
考点2.直线与圆的位置关系
2022·新高考全国Ⅱ卷
2021·新高考全国Ⅱ卷
考点3.圆的弦长问题
2024·全国甲卷 2023·新课标Ⅱ卷
考点4.圆的最值问题
2025·全国一卷 2023·全国乙卷
2021·新高考全国Ⅰ卷
🎯【命题解读】(考前必看)
直线与圆是解析几何中的重要内容,高考主要考查直线与圆的方程、直线与圆的位置关系、圆与圆,常见命题方向:
(1)圆的方程主要考查定义和性质;
(2)直线与圆的位置关系、圆与圆的位置关系;
(3)直线与圆、圆与圆的综合问题.
从数据来看,高考对直线与圆的考查方式及题目难度变化不大. “直线与圆的” 相关考点考查覆盖求圆的方程、圆心半径确定、直线与圆的位置关系、弦长、切线、对称及最值问题,几乎涵盖圆的全部核心知识点.
🎯练教材-----必刷经典母题
【教材母题1】 (人教A版选择性必修第一册P58·T8)经过点P(0,-1)作直线l,若直线l与连接A(1,-2),B(2,1)两点的线段总有公共点,求直线l的倾斜角α与斜率k的取值范围,并说明理由.
【解析】∵kPA==-1,kPB==1,
直线l与连接A(1,-2),B(2,1)的线段总有公共点,
∴kPA≤kl≤kPB,∴-1≤k≤1.又k=tan α∈[-1,1],
倾斜角α∈∪,∴斜率k的范围为[-1,1],
倾斜角α的范围为∪.
【教材母题2】 (人教A版选择性必修第一册P63·例4)已知△ABC的三个顶点A(-5,0),B(3,-3),C(0,2),求边BC所在直线的方程,以及这条边上的中线AM所在直线的方程.
【解析】如图,过B(3,-3),C(0,2)的两点式方程为=,
整理得5x+3y-6=0.
这就是边BC所在直线的方程.
边BC上的中线是顶点A与边BC中点M所连线段,由中点坐标公式,可得点M的坐标为,
即.过A(-5,0),M两点的直线方程为=,整理可得x+13y+5=0.
这就是边BC上中线AM所在直线的方程.
【教材母题3】 (人教A版选择性必修第一册P77·例6)已知△ABC的三个顶点分别是A(1,3),B(3,1),C(-1,0),求△ABC的面积.
【解析】如图,设边AB上的高为h,
则S△ABC=|AB|h.|AB|==2.
边AB上的高h就是点C到直线AB的距离.
边AB所在直线l的方程为=,即x+y-4=0.
点C(-1,0)到直线l:x+y-4=0的距离h==.因此,S△ABC=×2×=5.
【教材母题4】 (人教A版选择性必修第一册P79·T10)已知△ABC的顶点A(5,1),边AB上的中线CM所在直线方程为2x-y-5=0,边AC上的高BH所在直线方程为x-2y-5=0.求:
(1)顶点C的坐标;
(2)直线BC的方程.
【解析】(1)设C(m,n),∵AB边上的中线CM所在直线方程为2x-y-5=0,AC边上的高BH所在直线方程为x-2y-5=0,∴解得∴C(4,3).
(2)设B(a,b),则解得∴B(-1,-3),∴kBC==,
∴直线BC的方程为y-3=(x-4),化为6x-5y-9=0.
【教材母题5】 (人教A版选择性必修第一册P91·例1)已知直线l:3x+y-6=0和圆心为C的圆x2+y2-2y-4=0,判断直线l与圆C的位置关系;如果相交,求直线l被圆C所截得的弦长.
【解析】圆C的方程x2+y2-2y-4=0可化为x2+(y-1)2=5,因此圆心C的坐标为(0,1),半径为,圆心C(0,1)到直线l的距离d==<.
所以直线l与圆C相交,有两个公共点.
如图,由垂径定理,得|AB|=2=.
【教材母题6】 (人教A版选择性必修第一册P94·例4)一个小岛的周围有环岛暗礁,暗礁分布在以小岛中心为圆心,半径为20 km的圆形区域内.已知小岛中心位于轮船正西40 km处,港口位于小岛中心正北30 km处.如果轮船沿直线返港,那么它是否会有触礁危险?
【解析】以小岛的中心为原点O,东西方向为x轴,建立如图所示的直角坐标系.
为了运算的简便,我们取10 km为单位长度,则港口所在位置的坐标为(0,3),轮船所在位置的坐标为(4,0).这样,受暗礁影响的圆形区域的边缘所对应的圆的方程为x2+y2=4,
轮船航线所在直线l的方程为+=1,即3x+4y-12=0.
联立直线l与圆O的方程,得消去y,得25x2-72x+80=0.
由Δ=(-72)2-4×25×80<0,可知方程组无解.
所以直线l与圆O相离,轮船沿直线返港不会有触礁危险.
【教材母题7】 (人教A版选择性必修第一册P84·例3)(一题多解)已知圆心为C的圆经过A(1,1),B(2,-2)两点,且圆心C在直线l:x-y+1=0上,求此圆的标准方程.
解法一:设圆心C的坐标为(a,b).因为圆心C在直线l:x-y+1=0上,所以a-b+1=0.①
因为A,B是圆上两点,所以|CA|=|CB|.根据两点间距离公式,有
=,即a-3b-3=0.②
由①②可得a=-3,b=-2,所以圆心C的坐标是(-3,-2).圆的半径r=|AC|==5.
所以所求圆的标准方程是(x+3)2+(y+2)2=25.
解法二:如图,设线段AB的中点为D.
由A,B两点的坐标为(1,1),(2,-2),可得点D的坐标为,
直线AB的斜率为kAB==-3.因此,线段AB的垂直平分线l'的方程是y+=,
即x-3y-3=0.由垂径定理可知,圆心C也在线段AB的垂直平分线上,
所以它的坐标是方程组的解,解这个方程组,得所以圆心C的坐标是(-3,-2).
圆的半径r=|AC|==5.所以所求圆的标准方程是(x+3)2+(y+2)2=25.
【🚀衔接高考】
(2022·全国甲卷) (一题多解)设点M在直线2x+y-1=0上,点(3,0)和(0,1)均在☉M上,则☉M的方程为 .
【答案】 (x-1)2+(y+1)2=5
【解析】解法一:设☉M的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,则解得
∴☉M的方程为(x-1)2+(y+1)2=5.
解法二:设☉M的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),则M(-,-),
∴解得∴☉M的方程为x2+y2-2x+2y-3=0,即(x-1)2+(y+1)2=5.
解法三:设A(3,0),B(0,1),☉M的半径为r,则kAB==-,AB的中点坐标为(,),
∴AB的垂直平分线方程为y-=3(x-),即3x-y-4=0.联立得解得
所以M(1,-1),∴r2=|MA|2=(3-1)2+[0-(-1)]2=5,∴☉M的方程为(x-1)2+(y+1)2=5.
【教材母题8】 (人教A版选择性必修第一册P87·例5)已知线段AB的端点B的坐标是(4,3),端点A在圆(x+1)2+y2=4上运动,求线段AB的中点M的轨迹方程.
【解析】设点M的坐标是(x,y),点A的坐标是(x0,y0).由于点B的坐标是(4,3),且M是线段AB的中点,
所以x=,y=.于是有x0=2x-4,y0=2y-3.①
因为点A在圆(x+1)2+y2=4上运动,所以点A的坐标满足圆的方程,
即(x0+1)2+=4.②把①代入②,得(2x-4+1)2+(2y-3)2=4,
整理,得+=1.
这就是点M的轨迹方程,它表示以为圆心,半径为1的圆.
【🚀衔接高考】
(2020·全国Ⅲ卷)在平面内,A,B是两个定点,C是动点.若·=1,则点C的轨迹为( )
A.圆 B.椭圆 C.抛物线 D.直线
【答案】A
【解析】以AB所在直线为x轴,线段AB的垂直平分线为y轴建立平面直角坐标系,设点A,B分别为(-a,0),(a,0)(a>0),点C为(x,y),则=(x+a,y),=(x-a,y),所以·=(x-a)(x+a)+y·y=x2+y2-a2=1,整理得x2+y2=a2+1.因此点C的轨迹为圆.故选A.
【教材母题9】 (人教A版选择性必修第一册P88习题2.4T2(2))求满足过A(-1,5),B(5,5),C(6,-2)三点的圆的方程,并画出图形.
【解析】设过A(-1,5),B(5,5),C(6,-2)三点的圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则由求得则圆的方程为x2+y2-4x-2y-20=0.
【🚀衔接高考】
(2022·全国乙卷)过四点(0,0),(4,0),(-1,1),(4,2)中的三点的一个圆的方程为 .
【答案】 (x-2)2+(y-3)2=13或(x-2)2+(y-1)2=5或(x-)2+(y-)2=或(x-)2+(y-1)2=
【解析】 依题意设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,其中D2+E2-4F>0.
若过(0,0),(4,0),(-1,1),则解得满足D2+E2-4F>0,
所以圆的方程为x2+y2-4x-6y=0,即(x-2)2+(y-3)2=13;
若过(0,0),(4,0),(4,2),则解得满足D2+E2-4F>0,
所以圆的方程为x2+y2-4x-2y=0,即(x-2)2+(y-1)2=5;
若过(0,0),(4,2),(-1,1),则解得满足D2+E2-4F>0,
所以圆的方程为x2+y2-x-y=0,即+=;
若过(-1,1),(4,0),(4,2),则解得满足D2+E2-4F>0,
所以圆的方程为x2+y2-x-2y-=0,即+(y-1)2=.
【🚀新题预测】
(1)(2026·辽宁辽阳模拟)已知直线经过圆的圆心,则的最小值为( )
A.-1 B. C.0 D.1
【答案】B
【解析】可化为,故圆心为,
因直线经过圆心,则,则,此二次函数开口朝上,对称轴方程为,故其最小值为.故选B
(2)(2026·湖北十堰模拟)已知函数的图象上,相邻的一个最高点与一个最低点恰好都在圆上,则的最小正周期为( )
A.4 B. C.2 D.
【答案】B
【解析】,.的最小正周期为最大值点为,相邻的最小值点为,代入圆方程,得,.故选B.
【教材母题10】(人教A版选择性必修第一册P98T3)求直线l:3x-y-6=0被圆C:x2+y2-2x-4y=0截得的弦AB的长.
【解析】将圆的方程x2+y2-2x-4y=0化为标准方程,得(x-1)2+(y-2)2=5,∴圆心坐标为(1,2),半径,
∴圆心到直线的距离d==,弦AB的长|AB|=2=.
【🚀衔接高考】
(2023·新高考Ⅱ卷)已知直线x-my+1=0与☉C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,写出满足“△ABC面积为”的m的一个值 .
【答案】2(答案不唯一,可以是±,±2中任意一个)
【解析】设直线x-my+1=0为直线l,由条件知☉C的圆心为C(1,0),半径R=2,
则圆心C到直线l的距离d=,|AB|=2=2=.
由S△ABC=,得××=,整理得2m2-5|m|+2=0,解得m=±2或m=±,故答案可以为2.
【教材母题11】 (人教A版选择性必修第一册P102·T10)求点P(-2,-1)到直线l:(1+3λ)x+(1+λ)y-2-4λ=0(λ为任意实数)的距离的最大值.
【解析】将(1+3λ)x+(1+λ)y-2-4λ=0化为λ(3x+y-4)+(x+y-2)=0,因为λ为任意实数,
所以解得
即直线(1+3λ)x+(1+λ)y-2-4λ=0,恒过定点(1,1),
所以点P(-2,-1)到直线l的距离的最大值为=.
【🚀衔接高考】
(2020·全国Ⅲ卷)点(0,-1)到直线y=k(x+1)距离的最大值为( )
A.1 B. C. D.2
【答案】B
【解析】设点A(0,-1),直线l:y=k(x+1),得l恒过定点B(-1,0),当AB⊥l时,点A(0,-1)到直线y=k(x+1)的距离最大,最大值为.故选B.
【教材母题12】 (人教A版选择性必修第一册P103·T20)已知圆C:(x-1)2+(y-2)2=25,直线l:(2m+1)x+(m+1)y-7m-4=0.
(1)求证:直线l恒过定点;
(2)直线l被圆C截得的弦何时最长、何时最短?并求截得的弦长最短时m的值以及最短弦长.
(1)证明 直线l的方程可化为(2x+y-7)m+(x+y-4)=0,
联立解得故恒过定点(3,1).
(2)解 当直线l过圆心C时,直线被圆截得的弦长最长.
设P(3,1),C(1,2),当直线l⊥CP时直线被圆截得的弦长最短,此时直线l的斜率为k=-,kCP=-,
由k·kCP=-1得m=-,此时l的方程为2x-y-5=0,圆心C(1,2)到直线2x-y-5=0的距离为d==,
最短弦长=2=4,故当l过圆心时弦长最长,当l的方程为2x-y-5=0时最短,弦长最短时m=-,最短弦长=4.
【🚀衔接高考】
(1)(2024·全国甲卷)已知b是a,c的等差中项,直线ax+by+c=0与圆x2+y2+4y-1=0交于A,B两点,则|AB|的最小值为( )
A.1 B.2 C.4 D.2
【答案】C
【解析】根据题意有2b=a+c,即a-2b+c=0,所以直线ax+by+c=0过点M(1,-2).
设圆x2+y2+4y-1=0的圆心为C,连接CM,则AB⊥CM时,|AB|最小,将圆的方程化为x2+(y+2)2=5,
则C(0,-2),所以|MC|=1,所以|AB|的最小值为2=4.
(2)(2020·全国Ⅰ卷)已知圆x2+y2-6x=0,过点(1,2)的直线被该圆所截得的弦的长度的最小值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】B
【解析】圆的方程可化为(x-3)2+y2=9,故圆心的坐标为C(3,0),半径r=3.
如图,记点M(1,2),则当MC与直线垂直时,直线被圆截得的弦的长度最小,此时|MC|=2,
弦的长度l=2=2=2.
【教材母题13】 (人教B版选择性必修第一册P113·例1) (一题多解)已知直线y=x+b,圆x2+y2=2,分别求直线与圆相交、相切、相离时b的取值范围.
解法一: 联立直线的方程与圆的方程,得方程组从方程组中消去y,整理得
2x2+2bx+b2-2=0,①这个方程的判别式Δ=(2b)2-4×2(b2-2)=-4(b+2)(b-2).
当且仅当-2<b<2时,Δ>0,方程①有两个不相等的实数解,此时直线与圆有两个公共点,直线与圆相交;
当且仅当b=2或b=-2时,Δ=0,方程①有两个相等的实数解,此时直线与圆只有一个公共点,直线与圆相切;
当且仅当b<-2或b>2时,Δ<0,方程①没有实数解,此时直线与圆没有公共点,直线与圆相离.
解法二: 因为圆的半径r=,圆心O(0,0)到直线y=x+b的距离为d=.
当且仅当d<r,即<,-2<b<2时,直线与圆相交;
当且仅当d=r,即=,b=2或b=-2时,直线与圆相切;
当且仅当d>r,即>,b<-2或b>2时,直线与圆相离.
【🚀衔接高考】
(1)(2023·全国乙卷)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.72
【答案】C
【解析】将方程x2+y2-4x-2y-4=0化为(x-2)2+(y-1)2=9,其表示圆心为(2,1),半径为3的圆.
设z=x-y,即x-y-z=0,由题意得≤3,解得1-3≤z≤1+3,故z=x-y的最大值为1+3,故选C.
(2)(2022·新高考Ⅱ卷) (一题多解)设点A(-2,3),B(0,a),若直线AB关于y=a对称的直线与圆(x+3)2+(y+2)2=1有公共点,则a的取值范围是 .
【答案】
【解析】解法一:由题意知点A(-2,3)关于直线y=a的对称点为A'(-2,2a-3),
所以kA'B=,所以直线A'B的方程为y=x+a,即(3-a)x-2y+2a=0.
由题意知直线A'B与圆(x+3)2+(y+2)2=1有公共点,易知圆心为(-3,-2),半径为1,
所以≤1,整理得6a2-11a+3≤0,解得≤a≤,所以实数a的取值范围是.
解法二:易知(x+3)2+(y+2)2=1关于y轴对称的圆的方程为(x-3)2+(y+2)2=1,
由题意知该对称圆与直线AB有公共点.直线AB的方程为y=x+a,即(a-3)x-2y+2a=0,
又对称圆的圆心为(3,-2),半径为1,所以≤1,
整理得6a2-11a+3≤0,解得≤a≤,所以实数a的取值范围是.
解法三:易知(x+3)2+(y+2)2=1关于y轴对称的圆的方程为(x-3)2+(y+2)2=1,
由题意知该对称圆与直线AB有公共点.设直线AB的方程为y-3=k(x+2),即kx-y+3+2k=0,
因为对称圆的圆心为(3,-2),半径为1,所以≤1,解得-≤k≤-,又k=,所以-≤-,
解得≤a≤,所以实数a的取值范围是.
【教材母题14】 (人教B版选择性必修第一册P121习题2-3A·T4)若P(x,y)是圆C:(x-3)2+y2=1上的任意一点,求P(x,y)到直线x-y+1=0的距离的最大值和最小值.
【解析】由圆C:(x-3)2+y2=1,可得圆心C(3,0),半径r=1,∴圆心C(3,0)到直线x-y+1=0的距离
d==2,∴P(x,y)到直线x-y+1=0的距离的最大值和最小值分别为2+1,2-1.
【🚀衔接高考】
(多选)(2021·新高考Ⅰ卷)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
【答案】ACD
【解析】设圆(x-5)2+(y-5)2=16的圆心为M(5,5),由题意知直线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+,又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,又-4<-4=1,故B不正确;
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ACD.
【🚀新题预测】
(1)(2026·福建厦门1月检测)记曲线,若直线与曲线C相切,则( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】当,,,则,
当,,,则,
当,,则,
当,,,则,
显然,直线的斜率为-1,如下图示,
则原点到直线的距离,所以.故选C
(2)(2026·河北邢台1月检测)已知直线,Q是圆上的一动点,则点Q到直线l的距离d的取值范围为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】直线,可化为,
由,解得,,所以l过定点,
又因为点Q在圆O上,且,圆O的圆心为,半径,
所以当,且Q,O,P三点共线时,点Q到直线l的距离d最大,
最大为,此时,所以直线l的斜率为1,即,无解,
故直线l不存在,所以;当直线l与圆O相交或相切时,点Q到直线l的距离d最小,最小为0,
故点Q到直线l的距离d的取值范围为.故选B.
【教材母题15】 (苏教版选择性必修第一册P67·T12)对于圆C:x2+y2=r2,直线l:ax+by=r2,分别根据下列条件,判断直线l与圆C的位置关系:
(1)点P(a,b)在圆C上;
(2)点P(a,b)在圆C外.
【解析】(1)当点P(a,b)在圆C上时, a2+b2=r2.因为圆心到直线l的距离d==r,故直线l与圆C相切.
(2)当点P(a,b)在圆C外时,a2+b2>r2.因为圆心到直线l的距离d=<r,故直线l与圆C相交.
【🚀衔接高考】
(多选)(2021·新高考Ⅱ卷)已知直线l:ax+by-r2=0与圆C:x2+y2=r2,点A(a,b),则下列说法正确的是( )
A.若点A在圆C上,则直线l与圆C相切 B.若点A在圆C内,则直线l与圆C相离
C.若点A在圆C外,则直线l与圆C相离 D.若点A在直线l上,则直线l与圆C相切
【答案】ABD
【解析】圆心C(0,0)到直线l的距离d=.若点A(a,b)在圆C上,则a2+b2=r2,所以d==|r|,则直线l与圆C相切,故A正确;若点A(a,b)在圆C内,则a2+b2<r2,所以d=>|r|,则直线l与圆C相离,故B正确;
若点A(a,b)在圆C外,则a2+b2>r2,所以d=<|r|,则直线l与圆C相交,故C错误;
若点A(a,b)在直线l上,则a2+b2-r2=0即a2+b2=r2,所以d==|r|,直线l与圆C相切,故D正确.故选ABD.
【教材母题16】 (湘教版选择性必修第一册P99·例6)证明圆C1:x2+y2-4x-16=0与圆C2:x2+y2+2y-4=0内切,并求它们的公切线方程.
【解析】将圆C1的方程化成标准方程,得(x-2)2+y2=20,则圆心坐标为(2,0),半径r1==2,
将圆C2的方程化成标准方程,得x2+(y+1)2=5,则圆心坐标为(0,-1),半径r2=.两圆心之间的距离
d===r1-r2,因此两圆内切(如图).
为求公切线方程,需要求切点坐标,切点是两圆唯一的公共点,
其坐标即为方程组
的解,由②-①,得4x+2y+12=0,即y=-2x-6.③
将③代入②,整理得x2+4x+4=0.解此方程,得唯一解x=-2,代入③,得y=-2,
故切点坐标为(-2,-2).切点(-2,-2)到圆C1的圆心(2,0)的方向向量为(2-(-2),0-(-2))=(4,2),并且与切线方向垂直,
故向量(4,2)是切线的法向量,因此可设切线的一般式方程为4x+2y+C=0.将切点(-2,-2)的坐标代入上述方程,
解得C=12.因此,所求切线方程为2x+y+6=0.
【🚀衔接高考】
(2022·新高考Ⅰ卷)写出与圆x2+y2=1和(x-3)2+(y-4)2=16都相切的一条直线的方程 .
【答案】x=-1或7x-24y-25=0或3x+4y-5=0(答案不唯一,只需写出上述三个方程中的一个即可)
【解析】如图,因为圆x2+y2=1的圆心为O(0,0),半径r1=1,圆(x-3)2+(y-4)2=16的圆心为A(3,4),半径r2=4,
所以|OA|=5,r1+r2=5,所以|OA|=r1+r2,所以两圆外切,公切线有三种情况:
①易知公切线l1的方程为x=-1.
②另一条公切线l2与公切线l1关于过两圆圆心的直线l对称.易知过两圆圆心的直线l的方程为y=x,
由得由对称性可知公切线l2过点.
设公切线l2的方程为y+=k(x+1),则点O(0,0)到l2的距离为1,所以1=,解得k=,
所以公切线l2的方程为y+=(x+1),即7x-24y-25=0.
③还有一条公切线l3与直线l:y=x垂直,设公切线l3的方程为y=-x+t,
易知t>0,则点O(0,0)到l3的距离为1,所以1=,
解得t=或t=-(舍去),所以公切线l3的方程为y=-x+,即3x+4y-5=0.
综上,所求直线方程为x=-1或7x-24y-25=0或3x+4y-5=0.
🎯读教材-----玩味阅读材料
【阅读1】(人教B版选择性必修第一册P74习题2-1CT2拓展)曼哈顿距离
(1)定义:设P(x1,y1),Q(x2,y2)为平面上两点,则定义|x2-x1|+|y2-y1|为“直角距离”、“折线距离”或“曼哈顿距离”,记作d(P,Q)=|x2-x1|+|y2-y1|.
(2)性质:①已知直线AB,AC平行于坐标轴,且|AB|=|AC|=m,则线段BC上任意一点D(含端点)与点A的曼哈顿距离为定值.(线段BC称为A的“等曼哈顿距离线段”,简称“等曼线”.)
②动点P(x1,y1)到定点Q(x2,y2)的曼哈顿距离为定值的轨迹是正方形.(该正方形的对角线平行于坐标轴.)
③等曼线所在直线的斜率为-1或1.
证明 ①如图所示,过D作DE⊥AB,垂足为E,
d(A,D)=|AE|+|DE|=|AE|+|BE|=|AB|=m.②③证明(略).
【🚀新题预测】
(2026·山东青岛模拟)设A(x1,y1),B(x2,y2)为平面上两点,定义d(A,B)=|x1-x2|+|y1-y2|.已知点P为抛物线C:x2=2py(p>0)上一动点,点Q(3,0),d(P,Q)的最小值为2,则p= ;若斜率为的直线l过点Q,点M是直线l上一动点,则d(P,M)的最小值为 .
【答案】2 ;
【解析】令P,则d(P,Q)=|m-3|+≥-m+3=(m-p)2+3-,∴3-=2,解得p=2,
即当p=2时,d(P,Q)取得最小值;由题知直线l的点斜式方程为y=x-,与抛物线方程联立得
x2-6x+18=0,Δ=(-6)2-4×18=-36<0,
∴直线l与C无交点.
如图,过点P作PN∥x轴,交直线l于点N,过点M作ME⊥PN,垂足为E,d(P,M)=|PE|+|EM|≥|PE|+|EN|=|PN|,
当点M,N重合时取等号.设P,则N,∴|PN|=-n+3=(n-3)2+≥,∴d(P,M)min=.
【阅读2】 (人教A版选择性必修第一册P89T9,湘教版选择性必修第一册P104例2拓展)阿波罗尼斯圆:平面内到两个定点A,B的距离之比为定值λ(λ≠1)的点M的轨迹是圆.
证明 以直线AB为x轴建立平面直角坐标系,并设A(a,0),B(b,0)(a≠b),M(x,y).因为=λ≠1,
所以=λ,所以(x-a)2+y2=λ2(x-b)2+λ2y2,所以(1-λ2)x2+(1-λ2)y2+(2λ2b-2a)x+(a2-λ2b2)=0,
所以x2+y2++=0,所以+y2=,所以点M的轨迹是圆.
【🚀新题预测】
(2026·辽宁沈阳模拟)已知O是坐标原点,A(3,0),动点P(x,y)满足|PO|=2|PA|,则的最大值为( )
A. B. C.1 D.
【答案】D
【解析】设P(x,y),由题意|PO|=2|PA|,可得=2,
整理可得x2+y2-8x+12=0,即(x-4)2+y2=4,
其圆心的坐标(4,0),半径r=2,表示=(x,y)与=(1,)的夹角的余弦值的2倍,
要使得取得最大值,有与圆(x-4)2+y2=4相切,切点在第一象限,此时∠POx=,∠DOx=,
可得的最大值为2cos∠DOP=2·cos =.
【阅读3】(人教A版选择性必修第一册P89T10拓展)圆的参数方程:若点P(x,y)是圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)上的任一点,则点P的坐标(x,y)可写成(θ为参数).
证明 如图,CA∥x轴,PP1⊥AC,P1为垂足,∠PCA=θ,
则x=xC+|CP1|=a+rcos θ,y=yC+|PP1|=b+rsin θ,即(θ为参数).
【🚀新题预测】
(2026·山西太原模拟)过点P(a,b)作圆x2+y2=1的切线PA,A为切点,|PA|=1,则a+2b的最大值是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】根据题意,设圆x2+y2=1的圆心为O,则|PO|2=|PA|2+|OA|2=1+1=2,∴a2+b2=2.
令a=cos θ,b=sin θ,θ∈[0,2π),则a+2b=cos θ+2sin θ=sin(θ+φ),
其中tan φ=,所以a+2b的最大值为.
【阅读4】(人教B版选择性必修第一册P116T1、P113例2,北师大版选择性必修第一册P39T5,湘教版选择性必修第一册P97例4,苏教版选择性必修第一册P72问题与探究拓展)圆的极点、极线:
(1)点P(x0,y0)是圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0上的一点,则在P处的切线方程为x0x+y0y+D+E+F=0.
证明 如图.C,
所以=,任取l上一点Q(x,y),则=(x-x0,y-y0),则由相切可知·=0,
所以(x-x0)+(y-y0)=0,即x0x+(x-x0)-+y0y+(y-y0)-=0,①
由P在C上可知++Dx0+Ey0+F=0,②由①②消去+可得
x0x+(x-x0)+y0y+(y-y0)+Dx0+Ey0+F=0,即x0x+y0y+D+E+F=0.
(2)点P(x0,y0)是圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0外的一点,过点P作圆C的切线,切点为A,B,则AB的直线方程为x0x+y0y+D+E+F=0.
证明 解法一 作出过P的圆C的两条切线的切点A(x1,y1),B(x2,y2),
则P(x0,y0)在圆C的A点处的切线x1x+y1y+D+E+F=0上,
即x1x0+y1y0+D+E+F=0,且P(x0,y0)在圆C的B点处的切线x2x+y2y+D+E+F=0,
即x2x0+y2y0+D+E+F=0,可见,A(x1,y1),B(x2,y2)都满足方程x0x+y0y+D+E+F=0,
而此方程为直线方程,所以直线AB的方程为
x0x+y0y+D+E+F=0.
法二作出过P的圆C的两条切线的切点A(x1,y1),B(x2,y2),显然A,B,P,C四点共圆,以PC为直径.
设此圆上任一点Q(x,y),则=(x-x0,y-y0),=,由相切可知:·=0,
则(x-x0)+(y-y0)=0,即x2+D-x0x+y2+E-y0y=0.
与圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0作差得Dx+Ey+F-D+x0x-E+y0y=0,
此即直线AB的方程,整理为x0x+y0y+D+E+F=0.
(3)点P(x0,y0)是圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0内一点,过P作圆的弦AB,再作A,B两点处的圆的切线,两切线交点为Q,则Q的轨迹为x0x+y0y+D·+E·+F=0.
证明 设Q(a,b),则由探究2结果可知Q的切点弦AB为ax+by+D+E+F=0,P(x0,y0)在弦AB上,
所以ax0+by0+D+E+F=0,将a,b分别换为x,y,可得Q的轨迹方程为
x0x+y0y+D+E+F=0,可见,Q点轨迹是一条直线,这条直线上任意一点的切点弦恒过定点P.
【🚀新题预测】
(2025·保定模拟)已知圆O:x2+y2=4,直线l:x=4,P为直线l上的动点,过P作圆O的两条切线,切点分别为A,B,则直线AB恒过定点 .
【答案】(1,0)
【解析】设P(4,m),A(x1,y1),B(x2,y2),则两切线方程分别为x1x+y1y=4,x2x+y2y=4.
因为两条切线均过点P,所以有4x1+my1=4,4x2+my2=4,从而直线AB方程为4x+my=4,
所以直线AB恒过定点(1,0).
🎯研教材-----深度探究思考
【探究1】 (人教A版选择性必修第一册P52)在平面直角坐标系中,设直线l的倾斜角为α.
(1)已知直线l经过O(0,0),P(,1),α与O,P的坐标有什么关系?
(2)类似地,如果直线l经过P1(-1,1),P2(,0),α与P1,P2的坐标又有什么关系?
(3)一般地,如果直线l经过两点P1(x1,y1),P2(x2,y2),x1≠x2,那么α与P1,P2的坐标有怎样的关系?
【解析】(1)如图(1),向量=(,1),且直线OP的倾斜角为α.由正切函数的定义,有tan α==.
图(1) 图(2)
(2)如图(2),=(-1-,1-0)=(-1-,1).平移向量到,则点P的坐标为(-1-,1),且直线OP的倾斜角也是α.由正切函数的定义,有tan α==1-.
图(3) 图(4)
(3)一般地,如图(3)(4),当向量的方向向上时,=(x2-x1,y2-y1).平移向量到,则点P的坐标为(x2-x1,y2-y1),且直线OP的倾斜角也是α,由正切函数的定义,有tan α=.
【探究2】(人教A版选择性必修第一册P65)在方程Ax+By+C=0中,A,B,C为何值时,方程表示的直线:
1 平行于x轴? ②平行于y轴? ③与x轴重合? ④与y轴重合?
提示:对于方程Ax+By+C=0.
①当A=0,BC≠0时,方程为y=-,表示的直线平行于x轴.
②当B=0,AC≠0时,方程为x=-,表示的直线平行于y轴.
③当A=C=0,B≠0时,方程为y=0,表示x轴.
④当B=C=0,A≠0时,方程为x=0,表示y轴.
【探究3】(人教A版选择性必修第一册P65)在方程Ax+By+C=0中,A,B,C为何值时,方程表示的直线:①平行于x轴?②平行于y轴?③与x轴重合?④与y轴重合?
【解析】对于方程Ax+By+C=0.
①当A=0,BC≠0时,方程为y=-,表示的直线平行于x轴.
②当B=0,AC≠0时,方程为x=-,表示的直线平行于y轴.
③当A=C=0,B≠0时,方程为y=0,表示x轴.
④当B=C=0,A≠0时,方程为x=0,表示y轴.
【探究4】 (人教A版选择性必修第一册P74)如图,已知点P(x0,y0),直线l:Ax+By+C=0,如何求点P到直线l的距离?
【解析】点P到直线l的距离,就是从点P到直线l的垂线段PQ的长度,其中Q是垂足.因此,求出垂足Q的坐标,利用两点间的距离公式求出|PQ|,就可以得到点P到直线l的距离.
设A≠0,B≠0.由PQ⊥l,以及直线l的斜率为-,可得l的垂线PQ的斜率为,因此,垂线PQ的方程为y-y0=(x-x0),
即Bx-Ay=Bx0-Ay0.解方程组①
得直线l与PQ的交点坐标,
即垂足Q的坐标为.
于是|PQ|=
==.
因此,点P(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离d=.
可以验证,当A=0,或B=0时,上述公式仍然成立.
【探究5】 (人教A版选择性必修第一册P75)我们知道,向量是解决距离、角度问题的有力工具.能否用向量方法求点到直线的距离?
【解析】如图,点P到直线l的距离,就是向量的模.
设M(x,y)是直线l上的任意一点,n是与直线l的方向向量垂直的单位向量,则是在n上的投影向量,且||=|·n|.设P1(x1,y1),P2(x2,y2)是直线l:Ax+By+C=0上的任意两点,则=(x2-x1,y2-y1)是直线l的方向向量.
把Ax1+By1+C=0,Ax2+By2+C=0两式相减,得A(x2-x1)+B(y2-y1)=0.
由平面向量的数量积运算可知,向量(A,B)与向量(x2-x1,y2-y1)垂直.
向量(A,B)就是与直线l的方向向量垂直的一个单位向量.
我们取n=(A,B),从而
·n=(x-x0,y-y0)·(A,B)=[A(x-x0)+B(y-y0)]=(Ax+By-Ax0-By0).
因为点M(x,y)在直线l上,
所以Ax+By+C=0.所以Ax+By=-C.代入上式,
得·n=(-Ax0-By0-C).
因此|PQ|=||=|·n|=.
【探究6】 (人教A版选择性必修第一册P86)方程x2+y2+Dx+Ey+F=0中的D,E,F满足什么条件时,这个方程表示圆?
【解析】配方得+=.
(1)当D2+E2-4F>0时,可看出方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示以为圆心,为半径的圆.
(2)当D2+E2-4F=0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0只有实数解x=-,y=-,它表示一个点.
(3)当D2+E2-4F<0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0没有实数解,它不表示任何图形.
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2026年高考数学·教考衔接
教材命题点探源
-----------------------------供2026高考备考二轮、三轮复习及考前使用-------------------------
教考衔接十 直线与圆
--------------■高考命题·解读■-----------------
核心考点
五年考情
考点1.求圆的方程
2022·全国甲卷 2022·全国乙卷
考点2.直线与圆的位置关系
2022·新高考全国Ⅱ卷
2021·新高考全国Ⅱ卷
考点3.圆的弦长问题
2024·全国甲卷 2023·新课标Ⅱ卷
考点4.圆的最值问题
2025·全国一卷 2023·全国乙卷
2021·新高考全国Ⅰ卷
🎯【命题解读】(考前必看)
直线与圆是解析几何中的重要内容,高考主要考查直线与圆的方程、直线与圆的位置关系、圆与圆,常见命题方向:
(1)圆的方程主要考查定义和性质;
(2)直线与圆的位置关系、圆与圆的位置关系;
(3)直线与圆、圆与圆的综合问题.
从数据来看,高考对直线与圆的考查方式及题目难度变化不大. “直线与圆的” 相关考点考查覆盖求圆的方程、圆心半径确定、直线与圆的位置关系、弦长、切线、对称及最值问题,几乎涵盖圆的全部核心知识点.
🎯练教材-----必刷经典母题
【教材母题1】 (人教A版选择性必修第一册P58·T8)经过点P(0,-1)作直线l,若直线l与连接A(1,-2),B(2,1)两点的线段总有公共点,求直线l的倾斜角α与斜率k的取值范围,并说明理由.
【教材母题2】 (人教A版选择性必修第一册P63·例4)已知△ABC的三个顶点A(-5,0),B(3,-3),C(0,2),求边BC所在直线的方程,以及这条边上的中线AM所在直线的方程.
【教材母题3】 (人教A版选择性必修第一册P77·例6)已知△ABC的三个顶点分别是A(1,3),B(3,1),C(-1,0),求△ABC的面积.
【教材母题4】 (人教A版选择性必修第一册P79·T10)已知△ABC的顶点A(5,1),边AB上的中线CM所在直线方程为2x-y-5=0,边AC上的高BH所在直线方程为x-2y-5=0.求:
(1)顶点C的坐标;
(2)直线BC的方程.
【教材母题5】 (人教A版选择性必修第一册P91·例1)已知直线l:3x+y-6=0和圆心为C的圆x2+y2-2y-4=0,判断直线l与圆C的位置关系;如果相交,求直线l被圆C所截得的弦长.
【教材母题6】 (人教A版选择性必修第一册P94·例4)一个小岛的周围有环岛暗礁,暗礁分布在以小岛中心为圆心,半径为20 km的圆形区域内.已知小岛中心位于轮船正西40 km处,港口位于小岛中心正北30 km处.如果轮船沿直线返港,那么它是否会有触礁危险?
【教材母题7】 (人教A版选择性必修第一册P84·例3)(一题多解)已知圆心为C的圆经过A(1,1),B(2,-2)两点,且圆心C在直线l:x-y+1=0上,求此圆的标准方程.
【🚀衔接高考】
(2022·全国甲卷) (一题多解)设点M在直线2x+y-1=0上,点(3,0)和(0,1)均在☉M上,则☉M的方程为 ____________ .
【教材母题8】 (人教A版选择性必修第一册P87·例5)已知线段AB的端点B的坐标是(4,3),端点A在圆(x+1)2+y2=4上运动,求线段AB的中点M的轨迹方程.
【🚀衔接高考】
(2020·全国Ⅲ卷)在平面内,A,B是两个定点,C是动点.若·=1,则点C的轨迹为( )
A.圆 B.椭圆 C.抛物线 D.直线
【教材母题9】 (人教A版选择性必修第一册P88习题2.4T2(2))求满足过A(-1,5),B(5,5),C(6,-2)三点的圆的方程,并画出图形.
【🚀衔接高考】
(2022·全国乙卷)过四点(0,0),(4,0),(-1,1),(4,2)中的三点的一个圆的方程为 .
【🚀新题预测】
(1)(2026·辽宁辽阳模拟)已知直线经过圆的圆心,则的最小值为( )
A.-1 B. C.0 D.1
(2)(2026·湖北十堰模拟)已知函数的图象上,相邻的一个最高点与一个最低点恰好都在圆上,则的最小正周期为( )
A.4 B. C.2 D.
【教材母题10】(人教A版选择性必修第一册P98T3)求直线l:3x-y-6=0被圆C:x2+y2-2x-4y=0截得的弦AB的长.
【🚀衔接高考】
(2023·新高考Ⅱ卷)已知直线x-my+1=0与☉C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,写出满足“△ABC面积为”的m的一个值 .
【教材母题11】 (人教A版选择性必修第一册P102·T10)求点P(-2,-1)到直线l:(1+3λ)x+(1+λ)y-2-4λ=0(λ为任意实数)的距离的最大值.
【🚀衔接高考】
(2020·全国Ⅲ卷)点(0,-1)到直线y=k(x+1)距离的最大值为( )
A.1 B. C. D.2
【教材母题12】 (人教A版选择性必修第一册P103·T20)已知圆C:(x-1)2+(y-2)2=25,直线l:(2m+1)x+(m+1)y-7m-4=0.
(1)求证:直线l恒过定点;
(2)直线l被圆C截得的弦何时最长、何时最短?并求截得的弦长最短时m的值以及最短弦长.
【🚀衔接高考】
(1)(2024·全国甲卷)已知b是a,c的等差中项,直线ax+by+c=0与圆x2+y2+4y-1=0交于A,B两点,则|AB|的最小值为( )
A.1 B.2 C.4 D.2
(2)(2020·全国Ⅰ卷)已知圆x2+y2-6x=0,过点(1,2)的直线被该圆所截得的弦的长度的最小值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【教材母题13】 (人教B版选择性必修第一册P113·例1) (一题多解)已知直线y=x+b,圆x2+y2=2,分别求直线与圆相交、相切、相离时b的取值范围.
【🚀衔接高考】
(1)(2023·全国乙卷)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.72
(2)(2022·新高考Ⅱ卷) (一题多解)设点A(-2,3),B(0,a),若直线AB关于y=a对称的直线与圆(x+3)2+(y+2)2=1有公共点,则a的取值范围是 .
【教材母题14】 (人教B版选择性必修第一册P121习题2-3A·T4)若P(x,y)是圆C:(x-3)2+y2=1上的任意一点,求P(x,y)到直线x-y+1=0的距离的最大值和最小值.
【🚀衔接高考】
(多选)(2021·新高考Ⅰ卷)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
【🚀新题预测】
(1)(2026·福建厦门1月检测)记曲线,若直线与曲线C相切,则( )
A. B. C. D.
(2)(2026·河北邢台1月检测)已知直线,Q是圆上的一动点,则点Q到直线l的距离d的取值范围为( )
A. B. C. D.
【教材母题15】 (苏教版选择性必修第一册P67·T12)对于圆C:x2+y2=r2,直线l:ax+by=r2,分别根据下列条件,判断直线l与圆C的位置关系:
(1)点P(a,b)在圆C上;
(2)点P(a,b)在圆C外.
【🚀衔接高考】
(多选)(2021·新高考Ⅱ卷)已知直线l:ax+by-r2=0与圆C:x2+y2=r2,点A(a,b),则下列说法正确的是( )
A.若点A在圆C上,则直线l与圆C相切 B.若点A在圆C内,则直线l与圆C相离
C.若点A在圆C外,则直线l与圆C相离 D.若点A在直线l上,则直线l与圆C相切
【教材母题16】 (湘教版选择性必修第一册P99·例6)证明圆C1:x2+y2-4x-16=0与圆C2:x2+y2+2y-4=0内切,并求它们的公切线方程.
【🚀衔接高考】
(2022·新高考Ⅰ卷)写出与圆x2+y2=1和(x-3)2+(y-4)2=16都相切的一条直线的方程 .
🎯读教材-----玩味阅读材料
【阅读1】(人教B版选择性必修第一册P74习题2-1CT2拓展)曼哈顿距离
(1)定义:设P(x1,y1),Q(x2,y2)为平面上两点,则定义|x2-x1|+|y2-y1|为“直角距离”、“折线距离”或“曼哈顿距离”,记作d(P,Q)=|x2-x1|+|y2-y1|.
(2)性质:①已知直线AB,AC平行于坐标轴,且|AB|=|AC|=m,则线段BC上任意一点D(含端点)与点A的曼哈顿距离为定值.(线段BC称为A的“等曼哈顿距离线段”,简称“等曼线”.)
②动点P(x1,y1)到定点Q(x2,y2)的曼哈顿距离为定值的轨迹是正方形.(该正方形的对角线平行于坐标轴.)
③等曼线所在直线的斜率为-1或1.
【🚀新题预测】
(2026·山东青岛模拟)设A(x1,y1),B(x2,y2)为平面上两点,定义d(A,B)=|x1-x2|+|y1-y2|.已知点P为抛物线C:x2=2py(p>0)上一动点,点Q(3,0),d(P,Q)的最小值为2,则p= ;若斜率为的直线l过点Q,点M是直线l上一动点,则d(P,M)的最小值为 .
【阅读2】 (人教A版选择性必修第一册P89T9,湘教版选择性必修第一册P104例2拓展)阿波罗尼斯圆:平面内到两个定点A,B的距离之比为定值λ(λ≠1)的点M的轨迹是圆.
【🚀新题预测】
(2026·辽宁沈阳模拟)已知O是坐标原点,A(3,0),动点P(x,y)满足|PO|=2|PA|,则的最大值为( )
A. B. C.1 D.
【阅读3】(人教A版选择性必修第一册P89T10拓展)圆的参数方程:若点P(x,y)是圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)上的任一点,则点P的坐标(x,y)可写成(θ为参数).
【🚀新题预测】
(2026·山西太原模拟)过点P(a,b)作圆x2+y2=1的切线PA,A为切点,|PA|=1,则a+2b的最大值是( )
A. B. C. D.
【阅读4】(人教B版选择性必修第一册P116T1、P113例2,北师大版选择性必修第一册P39T5,湘教版选择性必修第一册P97例4,苏教版选择性必修第一册P72问题与探究拓展)圆的极点、极线:
(1)点P(x0,y0)是圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0上的一点,则在P处的切线方程为x0x+y0y+D+E+F=0.
(2)点P(x0,y0)是圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0外的一点,过点P作圆C的切线,切点为A,B,则AB的直线方程为x0x+y0y+D+E+F=0.
(3)点P(x0,y0)是圆C:x2+y2+Dx+Ey+F=0内一点,过P作圆的弦AB,再作A,B两点处的圆的切线,两切线交点为Q,则Q的轨迹为x0x+y0y+D·+E·+F=0.
【🚀新题预测】
(2025·保定模拟)已知圆O:x2+y2=4,直线l:x=4,P为直线l上的动点,过P作圆O的两条切线,切点分别为A,B,则直线AB恒过定点 .
🎯研教材-----深度探究思考
【探究1】 (人教A版选择性必修第一册P52)在平面直角坐标系中,设直线l的倾斜角为α.
(1)已知直线l经过O(0,0),P(,1),α与O,P的坐标有什么关系?
(2)类似地,如果直线l经过P1(-1,1),P2(,0),α与P1,P2的坐标又有什么关系?
(3)一般地,如果直线l经过两点P1(x1,y1),P2(x2,y2),x1≠x2,那么α与P1,P2的坐标有怎样的关系?
【探究2】(人教A版选择性必修第一册P65)在方程Ax+By+C=0中,A,B,C为何值时,方程表示的直线:
1 平行于x轴? ②平行于y轴? ③与x轴重合? ④与y轴重合?
【探究3】(人教A版选择性必修第一册P65)在方程Ax+By+C=0中,A,B,C为何值时,方程表示的直线:①平行于x轴?②平行于y轴?③与x轴重合?④与y轴重合?
【探究4】 (人教A版选择性必修第一册P74)如图,已知点P(x0,y0),直线l:Ax+By+C=0,如何求点P到直线l的距离?
【探究5】 (人教A版选择性必修第一册P75)我们知道,向量是解决距离、角度问题的有力工具.能否用向量方法求点到直线的距离?
【探究6】 (人教A版选择性必修第一册P86)方程x2+y2+Dx+Ey+F=0中的D,E,F满足什么条件时,这个方程表示圆?
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