第八章 §8.3 圆的方程(教师用书word)-【步步高】2025年高考数学大一轮复习讲义(北师大版 皖赣桂豫陕)

2026-03-29
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资源信息

学段 高中
学科 数学
教材版本 -
年级 高三
章节 -
类型 教案-讲义
知识点 圆与方程
使用场景 高考复习-一轮复习
学年 2025-2026
地区(省份) 全国
地区(市) -
地区(区县) -
文件格式 DOCX
文件大小 269 KB
发布时间 2026-03-29
更新时间 2026-03-29
作者 山东金榜苑文化传媒有限责任公司
品牌系列 步步高·大一轮复习讲义
审核时间 2026-03-29
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来源 学科网

内容正文:

§8.3 圆的方程 课标要求 1.理解确定圆的几何要素,在平面直角坐标系中,掌握圆的标准方程与一般方程.2.能根据圆的方程解决一些简单的数学问题与实际问题. 知识梳理 1.圆的定义和圆的方程 定义 平面内到定点的距离等于定长的所有点的集合(或轨迹)叫作圆 方程 标准 (x-a)2+(y-b)2=r2(r>0) 圆心C(a,b) 半径为r 一般 x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0) 圆心C 半径r= 2.点与圆的位置关系 平面上的一点M(x0,y0)与圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2之间存在着下列关系: (1)|MC|>r⇔M在圆外,即(x0-a)2+(y0-b)2>r2⇔M在圆外; (2)|MC|=r⇔M在圆上,即(x0-a)2+(y0-b)2=r2⇔M在圆上; (3)|MC|<r⇔M在圆内,即(x0-a)2+(y0-b)2<r2⇔M在圆内. 常用结论 1.以A(x1,y1),B(x2,y2)为直径端点的圆的方程为(x-x1)(x-x2)+(y-y1)(y-y2)=0. 2.圆心在过切点且与切线垂直的直线上. 3.圆心在任一弦的垂直平分线上. 自主诊断 1.判断下列结论是否正确.(请在括号中打“√”或“×”) (1)确定圆的几何要素是圆心与半径.( √ ) (2)(x-2)2+(y+1)2=a2(a≠0)表示以(2,1)为圆心,a为半径的圆.( × ) (3)方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的充要条件是A=C≠0,B=0,D2+E2-4AF>0.( √ ) (4)若点M(x0,y0)在圆x2+y2+Dx+Ey+F=0外,则x+y+Dx0+Ey0+F>0.( √ ) 2.以原点为圆心,2为半径的圆的标准方程是(  ) A.x2+y2=2 B.x2+y2=4 C.(x-2)2+(y-2)2=8 D.x2+y2= 答案 B 3.若曲线C:x2+y2+2ax-4ay-10a=0表示圆,则实数a的取值范围为(  ) A.(-2,0) B.(-∞,-2)∪(0,+∞) C.[-2,0] D.(-∞,-2]∪[0,+∞) 答案 B 解析 由x2+y2+2ax-4ay-10a=0, 得(x+a)2+(y-2a)2=5a2+10a, 由该曲线表示圆,可知5a2+10a>0, 解得a>0或a<-2. 4.下列各点中,在圆(x-1)2+(y+2)2=25的外部的是(  ) A.(0,2) B.(3,3) C.(-2,2) D.(4,1) 答案 B 解析 由(0-1)2+(2+2)2=17<25知(0,2)在圆内; 由(3-1)2+(3+2)2=29>25知(3,3)在圆外; 由(-2-1)2+(2+2)2=25知(-2,2)在圆上; 由(4-1)2+(1+2)2=18<25知(4,1)在圆内. 题型一 圆的方程 例1 (2022·全国甲卷)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 方法一 设⊙M的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0), 则解得 ∴⊙M的方程为(x-1)2+(y+1)2=5. 方法二 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. 方法三 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,即3x-y-4=0. 联立解得 ∴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. 思维升华 求圆的方程的常用方法 (1)直接法:直接求出圆心坐标和半径,写出方程. (2)待定系数法 ①若已知条件与圆心(a,b)和半径r有关,则设圆的标准方程,求出a,b,r的值; ②选择圆的一般方程,依据已知条件列出关于D,E,F的方程组,进而求出D,E,F的值. 跟踪训练1 (1)(2024·郑州模拟)已知点A(-2,1),B(-1,0),C(2,3),M(a,2)四点共圆,则a=________. 答案 ± 解析 设过A,B,C的圆的方程为 x2+y2+Dx+Ey+F=0,D2+E2-4F>0, 则解得 所以过A,B,C的圆的方程为x2+y2-4y-1=0. 又因为点M在此圆上, 所以a2+4-8-1=0,解得a2=5, 所以a=±. (2)若圆C经过坐标原点,且圆心在直线y=-2x+3上运动,当半径最小时,圆的方程为__________________________. 答案 2+2= 解析 设圆心坐标为(a,-2a+3),则圆的半径r== =. 当a=时,rmin=. 故所求圆的方程为2+2=. 题型二 与圆有关的轨迹问题 命题点1 直接法 例2 已知A(-2,0),B(2,0),动点M满足|MA|=2|MB|,则点M的轨迹方程是________. 答案 x2+y2-x+4=0 解析 设M(x,y),则|MA|=, |MB|=. 因为|MA|=2|MB|, 所以=2, 整理可得,3x2+3y2-20x+12=0, 即x2+y2-x+4=0. 所以点M的轨迹是圆,方程为x2+y2-x+4=0. 命题点2 定义法 例3 (2023·茂名模拟)已知圆C:(x-1)2+(y-1)2=1,点M是圆上的动点,AM与圆相切,且|AM|=2,则点A的轨迹方程是(  ) A.y2=4x B.x2+y2-2x-2y-3=0 C.x2+y2-2y-3=0 D.y2=-4x 答案 B 解析 因为圆C:(x-1)2+(y-1)2=1, 所以圆心C(1,1),半径r=1, 因为点M是圆上的动点,所以|MC|=1, 又AM与圆相切,且|AM|=2, 则|AC|==, 设A(x,y),则(x-1)2+(y-1)2=5, 即x2+y2-2x-2y-3=0, 所以点A的轨迹方程为x2+y2-2x-2y-3=0. 命题点3 相关点法 例4 已知O为坐标原点,点M(-3,4),动点N在圆x2+y2=4上运动,以OM,ON为邻边作平行四边形MONP,求点P的轨迹. 解 设P(x,y),N(x0,y0), ∵四边形MONP为平行四边形, 则=+, 即(x,y)=(-3,4)+(x0,y0), 即则 又N(x0,y0)在圆x2+y2=4上, ∴x+y=4,故(x+3)2+(y-4)2=4, 易知直线OM的方程为y=-x, 联立 得或 ∴点P的轨迹为圆(x+3)2+(y-4)2=4除去点和. 思维升华 求与圆有关的轨迹问题的常用方法 (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)相关点代入法:找到要求点与已知点的关系,代入已知点满足的关系式. 跟踪训练2 已知Rt△ABC的斜边为AB,且A(-1,0),B(3,0).求: (1)直角顶点C的轨迹方程; (2)直角边BC的中点M的轨迹方程. 解 (1)方法一 设C(x,y),因为A,B,C三点不共线,所以y≠0. 因为AC⊥BC,且BC,AC斜率均存在, 所以kAC·kBC=-1, 又kAC=,kBC=, 所以·=-1, 化简得x2+y2-2x-3=0. 因此,直角顶点C的轨迹方程为x2+y2-2x-3=0(y≠0). 方法二 设AB的中点为D,由中点坐标公式得D(1,0),由直角三角形的性质知|CD|=|AB|=2.由圆的定义知,动点C的轨迹是以D(1,0)为圆心,2为半径的圆(由于A,B,C三点不共线,所以应除去与x轴的交点). 所以直角顶点C的轨迹方程为(x-1)2+y2=4(y≠0). (2)设M(x,y),C(x0,y0), 因为B(3,0),且M是线段BC的中点, 所以由中点坐标公式得x=,y=, 所以x0=2x-3,y0=2y. 由(1)知,点C的轨迹方程为(x-1)2+y2=4(y≠0), 将x0=2x-3,y0=2y代入得(2x-4)2+(2y)2=4,即(x-2)2+y2=1(y≠0). 因此动点M的轨迹方程为(x-2)2+y2=1(y≠0). 题型三 与圆有关的最值问题 命题点1 利用几何性质求最值 例5 (2024·泉州模拟)已知实数x,y满足方程x2+y2-4x+1=0.求: (1)的最大值和最小值; (2)y-x的最小值; (3)x2+y2的最大值和最小值. 解 (1)如图,方程x2+y2-4x+1=0表示以点(2,0)为圆心,为半径的圆. 设=k,即y=kx, 则圆心(2,0)到直线y=kx的距离为半径时直线与圆相切,斜率取得最大、最小值. 由=,解得k2=3, ∴kmax=,kmin=-. ∴max=,min=-. (2)设y-x=b,则y=x+b,当且仅当直线y=x+b与圆相切于第四象限时,截距b取最小值, 由点到直线的距离公式,得=,即b=-2±,故(y-x)min=-2-. (3)x2+y2是圆上点与原点的距离的平方, 设圆与x轴相交于点B和C′(点B在点C′左侧), 则(x2+y2)max=|OC′|2=(2+)2=7+4, (x2+y2)min=|OB|2=(2-)2=7-4. 圆的参数方程 圆(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)的参数方程为其中θ为参数. 典例 利用圆的参数方程解决例5(2)(3). 解 x2+y2-4x+1=0可化为(x-2)2+y2=3, 令 (2)y-x=sin θ-(2+cos θ) =sin-2, ∴(y-x)min=--2. (3)x2+y2=(2+cos θ)2+(sin θ)2=7+4cos θ, ∵cos θ∈[-1,1], ∴(x2+y2)max=7+4, (x2+y2)min=7-4. 命题点2 利用函数求最值 例6 (2023·湘潭质检)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________. 答案 12 解析 由题意,得=(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. 易知2≤y≤4,所以当y=4时,·的值最大,最大值为6×4-12=12. 思维升华 与圆有关的最值问题的求解方法 (1)借助几何性质求最值:形如μ=,t=ax+by,(x-a)2+(y-b)2形式的最值问题. (2)建立函数关系式求最值:列出关于所求目标式子的函数关系式,然后根据关系式的特征选用配方法、判别式法、基本不等式法等求最值. (3)求解形如|PM|+|PN|(其中M,N均为动点)且与圆C有关的折线段的最值问题的基本思路:①“动化定”,把与圆上动点的距离转化为与圆心的距离;②“曲化直”,即将折线段之和转化为同一直线上的两线段之和,一般要通过对称性解决. 跟踪训练3 (1)设P(x,y)是圆(x-2)2+y2=1上的任意一点,则(x-5)2+(y+4)2的最大值是(  ) A.6 B.25 C.26 D.36 答案 D 解析 (x-5)2+(y+4)2表示点P(x,y)到(5,-4)的距离的平方, ∵P(x,y)是圆(x-2)2+y2=1上的任意一点, ∴(x-5)2+(y+4)2的最大值为圆心(2,0)到(5,-4)的距离与半径之和的平方, 即[(x-5)2+(y+4)2]max=[+1]2=36. (2)已知x2+y2+x+y=0,求x+y的取值范围为________. 答案 [-2,0] 解析 将x2+y2+x+y=0化为2+2=, 表示以为圆心,为半径的圆, 令x+y=t,即x+y-t=0, 由题可知,直线和圆有公共点, 所以≤, 即|t+1|≤1,解得-2≤t≤0, 即x+y的取值范围为[-2,0]. 课时精练 一、单项选择题 1.已知圆C:x2+y2+Dx+Ey+=0的圆心坐标是,则半径为(  ) A.2 B.3 C.4 D.5 答案 A 解析 圆C:x2+y2+Dx+Ey+=0, 即2+2=, 所以其圆心为, 半径为. 又已知圆心坐标是, 所以D=1,E=-4,半径为=2. 2.(2023·宁德模拟)已知点M(3,1)在圆C:x2+y2-2x+4y+2k+4=0外,则k的取值范围为(  ) A.-6<k< B.k<-6或k> C.k>-6 D.k< 答案 A 解析 ∵圆C:x2+y2-2x+4y+2k+4=0, ∴圆C的标准方程为(x-1)2+(y+2)2=1-2k, ∴圆心坐标为(1,-2),半径r=. 若点M(3,1)在圆C:x2+y2-2x+4y+2k+4=0外, 则满足>,且1-2k>0, 即13>1-2k且k<,即-6<k<. 3.点M,N是圆x2+y2+kx+2y-4=0上的不同两点,且点M,N关于直线l:x-y+1=0对称,则该圆的半径等于(  ) A.2 B. C.3 D.9 答案 C 解析 圆x2+y2+kx+2y-4=0的标准方程为2+(y+1)2=5+, 则圆心坐标为,半径为r=, 因为点M,N在圆x2+y2+kx+2y-4=0上,且点M,N关于直线l:x-y+1=0对称, 所以直线l:x-y+1=0经过圆心, 所以-+1+1=0,解得k=4. 所以圆的半径r==3. 4.已知圆C过点A(-2,0),B(2,4),当圆心C到原点O的距离最小时,圆C的标准方程为(  ) A.(x-1)2+y2=10 B.x2+(y+1)2=10 C.(x-1)2+(y-1)2=10 D.(x+1)2+(y+1)2=10 答案 C 解析 由A(-2,0),B(2,4)可得线段AB中点坐标为(0,2), 又kAB==1, 所以AB垂直平分线的方程为y=-x+2, 所以圆心C在线段AB垂直平分线上, 当圆心C到原点O的距离最小时,则OC∥AB, 所以直线OC的方程为y=x, 联立解得所以圆心C(1,1), 又半径r2=AC2=(-2-1)2+(0-1)2=10, 故圆的方程为(x-1)2+(y-1)2=10. 5.若点M(x,y)是圆C:(x-3)2+(y-1)2=9上的一点,则x2+2x+y2+4y的最小值为(  ) A.8 B.3 C.-1 D.-3 答案 C 解析 x2+2x+y2+4y=(x+1)2+(y+2)2-5, 只需求圆C上的点到定点(-1,-2)的最小距离即可, 又圆心(3,1)到(-1,-2)的距离d==5,而圆C的半径r=3, ∴d-r=2≤≤d+r=8, 故原式的最小值为(d-r)2-5=22-5=-1. 6.自圆C:(x-3)2+(y+4)2=4外一点P引该圆的一条切线,切点为Q,PQ的长度等于点P到原点O的距离,则点P的轨迹方程为(  ) A.8x-6y-21=0 B.8x+6y-21=0 C.6x+8y-21=0 D.6x-8y-21=0 答案 D 解析 由题意得,圆心C的坐标为(3,-4),半径r=2,如图所示. 设P(x,y),由题意可知|PQ|=|PO|,且PQ⊥CQ,所以|PO|2+r2=|PC|2,所以x2+y2+4=(x-3)2+(y+4)2, 即6x-8y-21=0. 二、多项选择题 7.圆M与y轴相切,且经过A(1,0),B(2,1)两点,则圆M可能是(  ) A.(x-1)2+(y-2)2=4 B.(x-5)2+(y+3)2=25 C.(x-1)2+(y-1)2=1 D.(x-3)2+(y+1)2=9 答案 BC 解析 设圆M的圆心为M(a,b),则半径r=|a|. 又点A(1,0),B(2,1)在圆上, 所以有|MA|=|MB|, 即=, 整理可得a+b=2. 又|MA|=r=|a|,即=|a|, 整理可得b2-2a+1=0. 联立解得或 所以圆心坐标为(1,1)或(5,-3). 当圆心坐标为(1,1)时,r=1,圆M的方程为(x-1)2+(y-1)2=1; 当圆心坐标为(5,-3)时,r=5,圆M的方程为(x-5)2+(y+3)2=25. 综上所述,圆M的方程为(x-1)2+(y-1)2=1或(x-5)2+(y+3)2=25. 8.(2024·宿迁模拟)已知圆C:(x-3k)2+(y-4k+1)2=1+25k2,则下列结论中正确的有(  ) A.圆C过定点 B.点(0,0)在圆C外 C.直线4x-3y-3=0平分圆周 D.存在实数k,使圆与x轴相切 答案 ACD 解析 对于选项A,由(x-3k)2+(y-4k+1)2=1+25k2,得到x2-6kx+9k2+y2-2(4k-1)y+16k2-8k+1=1+25k2, 整理得x2+y2+2y-k(6x+8y+8)=0, 由得或 故圆C过定点和,所以选项A正确; 对于选项B,因为圆心为(3k,4k-1),r=, 点(0,0)到圆心的距离d==, 又因为k∈R,当k>0时,d<r,此时点(0,0)在圆C内,所以选项B错误; 对于选项C,因为圆心为(3k,4k-1),又4×3k-3(4k-1)-3=0,即圆心在直线4x-3y-3=0上,所以选项C正确; 对于选项D,若圆与x轴相切,则|4k-1|=,即9k2+8k=0,解得k=0或k=-,所以选项D正确. 三、填空题 9.写出一个过原点,且半径为2的圆的方程________________. 答案 (x-2)2+(y-2)2=8(答案不唯一) 解析 过原点,且半径为2,即圆心在圆x2+y2=8上,取圆心为(2,2),即可得圆的方程为(x-2)2+(y-2)2=8. 10.已知圆M过曲线y=-x2+4与坐标轴的三个交点,则圆M的标准方程为________________________. 答案 x2+2= 解析 曲线y=-x2+4与坐标轴的三个交点分别为A(-2,0),B(2,0),C(0,4),设过A,B,C的圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0, 则解得 ∴过A,B,C的圆的方程为x2+y2-3y-4=0, 即x2+2=. 11.已知等腰△ABC,其中顶点A的坐标为(0,0),底边的一个端点B的坐标为(1,1),则另一个端点C的轨迹方程为______________________. 答案 x2+y2=2(除去点(1,1)和点(-1,-1)) 解析 设C(x,y),根据在等腰△ABC中|AB|=|AC|,可得(x-0)2+(y-0)2=(1-0)2+(1-0)2,即x2+y2=2. 考虑到A,B,C三点要构成三角形,因此点C不能为(1,1)和(-1,-1). 所以点C的轨迹方程为x2+y2=2(除去点(1,1)和点(-1,-1)). 12.(2023·酒泉统考)若直线x-y-3=0分别与x轴、y轴交于A,B两点,动点P在圆x2+(y-1)2=1上,则△ABP面积的取值范围是__________. 答案 [,3] 解析 如图所示,因为直线x-y-3=0与坐标轴的交点A(,0),B(0,-3),则|AB|==2, 圆x2+(y-1)2=1的圆心C(0,1),半径为r=1, 则圆心C(0,1)到直线x-y-3=0的距离为d==2, 所以圆x2+(y-1)2=1上的点P到直线x-y-3=0的距离的最小值为d-r=2-1=1,距离的最大值为d+r=2+1=3, 所以△ABP面积的最小值为×2×1=,最大值为×2×3=3, 即△ABP面积的取值范围为[,3]. 四、解答题 13.(2024·盐城模拟)已知圆C的圆心在x轴上,并且过A(1,3),B(3,3)两点. (1)求圆C的方程; (2)若P为圆C上任意一点,定点M(8,0),点Q满足=3,求点Q的轨迹方程. 解 (1)由题意可知,AB的中点为(2,3),kAB=0, 所以AB的中垂线方程为x=2, 它与x轴的交点为圆心C(2,0),又半径r=|AC|=, 所以圆C的方程为(x-2)2+y2=10. (2)设P(x0,y0),Q(x,y), 由=3,得(8-x0,-y0)=3(8-x,-y), 所以 又点P在圆C上,故(x0-2)2+y=10, 所以(3x-18)2+(3y)2=10, 化简得点Q的轨迹方程为(x-6)2+y2=. 14.已知圆C1经过点A(1,3)和B(2,4),圆心在直线2x-y-1=0上. (1)求圆C1的方程; (2)若M,N分别是圆C1和圆C2:(x+3)2+(y+4)2=9上的点,点P是直线x+y=0上的点,求|PM|+|PN|的最小值,以及此时点P的坐标. 解 (1)由题意知AB的中点坐标为, kAB==1, ∴AB的垂直平分线为y-=-, 即y=5-x, 联立解得 即圆C1的圆心坐标为(2,3),半径r=1, 其方程为(x-2)2+(y-3)2=1. (2)注意到点C1(2,3)和点C2(-3,-4)在直线x+y=0的两侧, 直线x+y=0与两圆分别相离,如图所示. ∴|PM|+|PN|≥|PC1|-1+|PC2|-3≥|C1C2|-4=-4, 当且仅当M,N,P,C1,C2五点共线时等号成立, 则|PM|+|PN|的最小值为-4, 此时点P为直线C1C2与x+y=0的交点, 过C1,C2的直线方程为7x-5y+1=0, 联立解得 ∴点P的坐标为. 15.(2024·滁州模拟)已知圆C:(x-1)2+(y-1)2=1上存在两动点A,B满足△ABC为正三角形,O为坐标原点,则|+|的最大值为(  ) A.2 B.2 C.2- D.2+ 答案 D 解析 由题意可知△ABC是边长为1的正三角形, 设AB的中点为M,则|CM|=, 又C(1,1),所以点M的轨迹方程为(x-1)2+(y-1)2=,且|OC|=. 因为+=2,所以|+|=2||, 因为|OM|≤|OC|+|CM|=+, 当且仅当点C在线段OM上时等号成立, 所以||的最大值为+, 所以|+|的最大值为2+. 16.(2023·清华附中模拟)在平面直角坐标系内,A(1,0),B(2,0),动点C在直线y=x上,若圆M过A,B,C三点,则圆M面积的最小值为(  ) A. B. C.π D. 答案 A 解析 由圆的几何性质知,圆心在A,B中垂线上,故可设圆心M的坐标为,如图, 当圆M与直线y=x相切即圆心到y=x的距离等于圆心到A点距离时,圆M的面积最小, 可得=, 解得a=或-, 当a=时,M,圆M的半径为|MA|==,圆M的面积为; 当a=-时,M,圆M的半径为|MA|==, 圆M的面积为, 所以圆M面积的最小值为. 学科网(北京)股份有限公司 $

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第八章 §8.3 圆的方程(教师用书word)-【步步高】2025年高考数学大一轮复习讲义(北师大版 皖赣桂豫陕)
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第八章 §8.3 圆的方程(教师用书word)-【步步高】2025年高考数学大一轮复习讲义(北师大版 皖赣桂豫陕)
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