内容正文:
第八章
平面解析几何
第三讲 圆的方程 直线与圆的位置关系
知识梳理·双基自测
名师讲坛·素养提升
考点突破·互动探究
提能训练 练案[49]
知识梳理 · 双基自测
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知 识 梳 理
知识点一 圆的定义及方程
定点
定长
(a,b)
r
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第八章 平面解析几何
知识点二 点与圆的位置关系
1.圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r2,点M(x0,y0),
(1)(x0-a)2+(y0-b)2______r2⇔点在圆上;
(2)(x0-a)2+(y0-b)2______r2⇔点在圆外;
(3)(x0-a)2+(y0-b)2______r2⇔点在圆内.
=
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第八章 平面解析几何
知识点三 直线与圆的位置关系
设直线l:Ax+By+C=0(A2+B2≠0),
圆:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),
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第八章 平面解析几何
方法
位置关系 几何法 代数法
相交 d_____r Δ_____0
相切 d_____r Δ_____0
相离 d_____r Δ_____0
<
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=
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第八章 平面解析几何
归 纳 拓 展
1.圆心在过切点且垂直于切线的直线上.
2.圆心在任一弦的垂直平分线上.
3.以A(x1,y1),B(x2,y2)为直径的两端点的圆的方程是(x-x1)(x-x2)+(y-y1)(y-y2)=0.
注:几类特殊位置的圆的方程
标准方程的设法 一般方程的设法
圆心在原点 x2+y2=r2 x2+y2-r2=0
过原点 (x-a)2+(y-b)2=a2+b2 x2+y2+Dx+Ey=0
圆心在x轴上 (x-a)2+y2=r2 x2+y2+Dx+F=0
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第八章 平面解析几何
5.(1)过圆x2+y2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为x0x+y0y=r2.
过圆(x-a)2+(y-b)2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
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(2)过圆x2+y2=r2外一点M(x0,y0)作圆的两条切线,则两切点所在的直线方程为x0x+y0y=r2.
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第八章 平面解析几何
双 基 自 测
题组一 走出误区
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)圆心为(1,-1)且过原点的圆的方程为(x+1)2+(y-1)2=2.( )
(3)若A(2,0),B(0,-4),则以AB为直径的圆的方程为(x-1)2+(y+2)2=5.( )
(4)方程(x+a)2+(y+b)2=t2(t∈R)表示圆心为(a,b),半径为t的圆.( )
(5)已知方程x2+y2-2mx+4y+5=0表示圆,则m的取值范围是(1,+∞).( )
[答案] (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)×
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第八章 平面解析几何
题组二 走进教材
2.(选择性必修1P88T4)圆C的圆心在x轴上,并且过点A(-1,1)和B(1,3),则圆C的方程为___________________________________.
[答案] (x-2)2+y2=10
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3.(选择性必修1P98T2(1))以点(2,-1)为圆心且与直线3x-4y+5=0相切的圆的方程为( )
A.(x-2)2+(y+1)2=3
B.(x+2)2+(y-1)2=3
C.(x-2)2+(y+1)2=9
D.(x+2)2+(y-1)2=9
[答案] C
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第八章 平面解析几何
题组三 走向考场
4.(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
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[答案] B
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考点突破 · 互动探究
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圆的方程——自主练透
1.(2026·云南玉溪一中月考)已知圆C与直线l1:x-y+1=0和l2:x-y+5=0都相切,且圆心在y轴上,则圆C的方程为( )
A.x2+(y+3)2=8 B.x2+(y+3)2=2
C.x2+(y-3)2=8 D.x2+(y-3)2=2
[答案] D
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2.(2022·高考全国乙卷)过四点(0,0),(4,0),(-1,1),(4,2)中的三点的一个圆的方程为________________.
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3.(2026·湖北武汉部分学校调研)圆心在直线x+y-1=0上且与直线2x-y-1=0相切于点(1,1)的圆的方程是________________.
[答案] (x+1)2+(y-2)2=5
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第八章 平面解析几何
名师点拨:求圆的方程的两种方法
1.直接法:根据圆的几何性质,直接求出圆心坐标和半径,进而写出方程.
2.待定系数法
根据条件设出圆的方程,再由题目给出的条件,列出等式,求出相关量.一般的,与圆心和半径有关,选择标准式,否则,选择一般式.不论是哪种形式,都要确定三个独立参数,所以应该有三个独立等式.
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第八章 平面解析几何
【变式训练】
1.(2025·河南模拟预测)已知圆C的圆心在直线x+3y-8=0上,且圆C经过点(6,0),(0,-2),则圆C的方程是________.
[答案] (x-2)2+(y-2)2=20
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第八章 平面解析几何
2.(2026·河南安阳调研)过点(0,2)且与直线y=x-2相切,圆心在x轴上的圆的方程为( )
A.(x+1)2+y2=3 B.(x+1)2+y2=5
C.(x+2)2+y2=4 D.(x+2)2+y2=8
[答案] D
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第八章 平面解析几何
直线与圆的位置关系——自主练透
A.相交 B.相切
C.相离 D.不确定
[答案] C
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[答案] B
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3.(2025·湖北部分学校质检)若圆C:x2+y2-2x-6y+1=0上恰有三点到直线l:y=kx的距离为2,则k的值为( )
[答案] C
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第八章 平面解析几何
[引申1](1)本例2中若直线l与圆C只有一个公共点,则k的取值范围为____________;
(2)本例3中,若圆C上到直线l距离为2的点只有两个,则k的取值范围为____________;若有四个,则k的取值范围为____________.
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[引申2]本例3中,若圆C上到直线m:x-2y+c=0的距离为2的点至少有三个,则c的取值范围为____________.
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第八章 平面解析几何
名师点拨:判断直线与圆的位置关系的常见方法
1.几何法:利用圆心到直线的距离d与半径r的关系.
2.代数法:利用直线方程与圆的方程联立得一元二次方程利用Δ判断.
3.点与圆的位置关系法:若直线恒过定点且定点在圆内,可判断直线与圆相交.
4.判断圆上到定直线的距离为定值的点的个数问题的关键是比较定值、圆心到直线的距离、半径的大小.
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第八章 平面解析几何
【变式训练】
1.(多选题)(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
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[答案] B
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圆的切线——师生共研
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第八章 平面解析几何
2.(2026·四川达州外国语学校测试)已知圆C:(x+1)2+(y-2)2=4,则过点P(1,3)与圆C相切的直线l的方程为____________.
[答案] x=1或3x+4y-15=0
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第八章 平面解析几何
[引申]本例2中过两切点的直线方程为____________.
[答案] 2x+y-4=0
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第八章 平面解析几何
名师点拨:解决直线与圆相切问题的策略
1.过圆C1(x-a)2+(y-b)2=r2上一点P(x0,y0)的切线方程,利用“切线垂直于过切点的半径”求解.
注:切线方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
2.过圆外一点或与定直线平行的切线方程,“利用”圆心到直线的距离等于半径求解,此时切线有两条,谨防丢解.
注:若过点P(x0,y0)的圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2的切线的切点分别为A,B,则直线AB的方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
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【变式训练】
(2025·河南郑州阶段测试)平行于直线2x+y+1=0且与圆x2+y2=5相切的直线的方程是( )
A.2x+y+5=0或2x+y-5=0
[答案] A
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与圆有关的最值问题——多维探究
角度1 与距离相关的最值
1.(2025·陕西铜川三模)已知圆C:(x-a)2+(y-b)2=1经过点A(3,4),则其圆心到原点的距离的最大值为( )
A.4 B.5
C.6 D.7
[答案] C
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2.(多选题)(2025·湖北武汉江夏一中、汉阳一中联考)已知实数x,y满足曲线C的方程x2+y2-2x-2=0,则下列选项正确的是( )
[答案] BD
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角度2 线段和、差的最值
(2026·江苏镇江二模)已知⊙C:(x-1)2+(y-1)2=3,点A为直线l:y=-1上的动点,过点A作直线与⊙C相切于点P,若Q(-2,0),则|AP|+|AQ|的最小值为____________.
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角度3 面积最值
(2025·云南昆明一中双基检测)已知圆O:x2+y2=2,点Q为直线l:x+y-4=0上的一个动点,QE,QF是圆O的两条切线,E,F是切点,当四边形OEQF面积最小时,直线EF的方程为( )
A.x+y-1=0 B.x-y+1=0
C.x+2y-1=0 D.x-2y+1=0
[答案] A
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名师点拨:与圆有关最值问题的解法
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2.形如(x-a)2+(y-b)2形式的最值问题,可转化为动点到定点的距离的平方的最值问题.
3.圆上的点到定点(定直线)距离的最大值与最小值可转化为圆心到定点(定直线)距离与半径的和与差.
外离两圆上两点间距离的最大(小)值为圆心距加(减)两圆半径的和.
4.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.
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【变式训练】
1.(角度1)(2026·广东八校质检)P是圆(x-a)2+(y-a2)2=1上的动点,Q是直线y=x-2上的动点,则|PQ|的最小值为( )
[答案] C
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3.(角度2)(2025·江苏徐州铜山区调研)已知圆C1:(x-1)2+(y-2)2=1,圆C2:(x-3)2+(y+4)2=4,M,N分别是圆C1,C2上两个动点,P是x轴上动点,则|PN|-|PM|的最大值是( )
[答案] A
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4.(角度3)(2026·北京清华附中开学考试)已知⊙C:x2+y2-4x+4y+6=0,点A(1,1),O是坐标原点.若点B在⊙C上,则△OAB面积的最大值为( )
[答案] B
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名师讲坛 · 素养提升
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圆系的方程
(2025·河北保定部分学校月考)圆心在直线x-y-4=0上,且过两圆x2+y2-4x-6=0和x2+y2-4y-6=0的交点的圆的方程为____________.
[分析] 此题若求两圆交点坐标,运算繁琐,注意到两圆交点坐标满足方程x2+y2-4x-6+λ(x2+y2-4y-6)=0,故只需根据题意求出λ,并判断其为圆的方程即可.
[答案] (x-3)2+(y+1)2=16
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名师点拨:两个圆系方程
1.过直线Ax+By+C=0与圆x2+y2+Dx+Ey+F=0交点的圆系方程为x2+y2+Dx+Ey+F+λ(Ax+By+C)=0(λ∈R);
2.过圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0和圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0交点的圆系方程为x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(λ≠-1)(其中不含圆C2,所以注意检验C2是否满足题意,以防丢解).
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【变式训练】
经过直线x-2y=0与圆x2+y2-4x+2y-4=0的交点,且过点(1,0)的圆的方程为____________.
[答案] x2+y2+3x-12y-4=0
[解析] 设过已知直线和圆的交点的圆系方程为:x2+y2-4x+2y-4+λ(x-2y)=0,∵所求圆过点(1,0),∴-7+λ=0,解得λ=7,所以圆的方程为x2+y2-4x+2y-4+7(x-2y)=0,即x2+y2+3x-12y-4=0.
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提能训练 练案[49]
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A组基础巩固
一、单选题
1.(2025·湖北云学名校联盟调研)如果直线ax+by=4与圆x2+y2=4有两个不同的交点,那么点P(a,b)与圆的位置关系是( )
A.P在圆外
B.P在圆上
C.P在圆内
D.P与圆的位置关系不确定
[答案] A
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2.(2026·山西临汾模拟)已知直线l过圆x2-2x+y2=0的圆心,且与直线2x+y-3=0垂直,则l的方程为( )
A.x-2y+1=0 B.x+2y-1=0
C.2x+y-2=0 D.x-2y-1=0
[答案] D
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3.(2025·吉林长春三模)经过A(1,1),B(-1,1),C(0,2)三个点的圆的方程为( )
A.(x+1)2+(y-1)2=2
B.(x-1)2+(y-1)2=2
C.x2+(y-1)2=1
D.x2+(y+1)2=1
[答案] C
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4.已知直线3x+4y-4=0与圆C相切于点T(0,1),圆心C在直线x-y=0上,则圆C的方程为( )
A.(x-3)2+(y-3)2=13
B.(x-3)2+(y+3)2=25
C.(x+3)2+(y-3)2=13
D.(x+3)2+(y+3)2=25
[答案] D
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[答案] A
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[答案] C
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[答案] C
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8.(2026·河南郑州外国语学校月考)一条光线从点(-2,-3)射出,经y轴反射后与圆(x+3)2+(y-2)2=1相切,则反射光线所在直线的斜率为( )
[答案] D
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[答案] B
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二、多选题
10.(2025·贵州贵阳摸底)在同一平面直角坐标系中,直线mx-y+1=0与圆x2+y2=2的位置可能为( )
[答案] ABD
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[解析] 直线mx-y+1=0过定点(0,1),显然点(0,1)在圆x2+y2=2内,因此直线mx-y+1=0与圆x2+y2=2必相交,C错误;而直线mx-y+1=0表示平面内过点(0,1)的除直线x=0外的任意直线,因此选项ABD都可能.故选ABD.
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11.(2026·湖南部分学校联考)已知直线l:(m+1)x+2y+2m-2=0与圆C:x2+y2-2y-8=0,则( )
A.直线l与圆C一定相交
B.直线l过定点(-2,2)
D.使得圆心C到直线l的距离为2的直线l有2条
[答案] AB
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三、填空题
12.(2026·广东摸底联考)已知直线l:4x-3y-4=0,请写出一个满足以下条件的圆M的方程______________________.
①圆M与x轴相切;
②圆M与直线l相切;
③圆M的半径为2.
[答案] x2+(y-2)2=4或(x-5)2+(y-2)2=4或(x-2)2+(y+2)2=4或(x+3)2+(y+2)2=4(写出其中的一个即可)
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13.(2026·江西九江一中等“领军计划”联考)若半径为3的圆经过点(6,8),则其圆心到原点的距离的最小值为________.
[答案] 7
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14.(2022·新课标Ⅱ卷)设点A(-2,3),B(0,a),直线AB关于直线y=a的对称直线为l,已知l与圆C:(x+3)2+(y+2)2=1有公共点,则a的取值范围为____________.
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四、解答题
15.(2026·河南许昌中学定位考试)已知圆C过点M(0,-2),N(3,1),且圆心C在直线x+2y+1=0上.
(1)求圆C的方程;
(2)设直线ax-y+1=0与圆C交于A,B两点,是否存在实数a,使得过点P(2,0)的直线l垂直平分弦AB?若存在,求出实数a的值;若不存在,请说明理由.
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(2)不存在这样的实数a,使得过点P(2,0)的直线l垂直平分弦AB.
理由如下:假设符合条件的实数a存在.
由(1)得圆心C为(3,-2),因为直线l垂直平分弦AB,
所以圆心C(3,-2)必在直线l上,
所以直线l的斜率kPC=-2.
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B组能力提升
1.过A(0,1)、B(0,3)两点,且与直线y=x-1相切的圆的方程可以是( )
A.(x+1)2+(y-2)2=2
B.(x-2)2+(y-2)2=5
C.(x-1)2+(y-2)2=2
D.(x+2)2+(y-2)2=5
[答案] C
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[答案] D
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[答案] C
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4.(2026·江苏常州调研)已知点P在直线y=-x-3上运动,M是圆O:x2+y2=1上的动点,N是圆C:(x-9)2+(y-2)2=16上的动点,则|PM|+|PN|的最小值为( )
A.13 B.11
C.9 D.8
[答案] D
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5.(2026·江苏南京外国语学校调研)已知圆C:(x+1)2+(y-1)2=4,若直线y=kx+5上总存在点P,使得过点P的圆C的两条切线夹角为60°,则实数k的取值范围是____________.
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C组拓展应用(选作)
(2026·天津五所重点高中联考)已知圆C经过点A(1,3)和B(5,1),且圆心C在直线x-y+1=0上.
(1)求圆C的方程;
(2)设直线l经过点(0,3),且l与圆C相切,求直线l的方程;
(3)P为圆上任意一点,在(1)的条件下,求(x+1)2+(y+2)2的最小值.
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[解析] (1)因为圆心C在直线x-y+1=0上,
所以设圆C的圆心C(a,a+1),半径为r(r>0),
所以圆的方程为(x-a)2+(y-a-1)2=r2,
因为圆C经过点A(1,3)和B(5,1),
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(2)由题意设直线l的方程为y=kx+3或x=0,
当l的方程为x=0时,验证可知l与圆C相切;
当l的方程为y=kx+3,即kx-y+3=0时,
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(3)由(1)知圆心为C(5,6),半径为5,
因为(x+1)2+(y+2)2可以看作圆上任意一点P(x,y)与点(-1,-2)的距离的平方,
所以(x+1)2+(y+2)2的最小值为(10-5)2=25.
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第八章 平面解析几何
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定义
平面内到________的距离等于________的点的集合(轨迹)叫做圆
标准
方程
(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)
圆心C:______
半径:______
一般
方程
x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)
圆心:
半径:r=________________
2.圆的一般方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,点M(x0,y0).
(1)x+y+Dx0+Ey0+F=0⇔点在圆上;
(2)x+y+Dx0+Ey0+F______0⇔点在圆外;
(3)x+y+Dx0+Ey0+F______0⇔点在圆内.
d=为圆心(a,b)到直线l的距离,联立直线和圆的方程,消元后得到的一元二次方程的判别式为Δ.
标准方程的设法
一般方程的设法
圆心在
y轴上
x2+(y-b)2=r2
x2+y2+Ey+F=0
与x轴
相切
(x-a)2+(y-b)2=b2
x2+y2+Dx+Ey+D2=0
与y轴相切
(x-a)2+(y-b)2=a2
x2+y2+Dx+Ey+E2=0
4.二元二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的条件:
(3)过圆外一点P(x0,y0)引圆(x-a)2+(y-b)2=r2(x2+y2+Dx+Ey+F=0)的切线,则点P到切点的切线长为d=(d=).
[解析] 设圆心坐标为C(a,0),∵点A(-1,1)和B(1,3)在圆C上,∴|CA|=|CB|,即=,解得a=2,∴圆心为C(2,0),半径|CA|==,∴圆C的方程为(x-2)2+y2=10.
[解析] 因为圆心(2,-1)到直线3x-4y+5=0的距离d==3,所以圆的半径为3,即圆的方程为(x-2)2+(y+1)2=9.故选C.
[解析] 解法一:∵点M在直线2x+y-1=0上,∴设点M为(a,1-2a),又因为点(3,0)和(0,1)均在⊙M上,∴点M到两点的距离相等且为半径R,∴==R,a2-6a+9+4a2-4a+1=5a2,解得a=1,∴M(1,-1),R=,∴⊙M的方程为(x-1)2+(y+1)2=5.
解法二:记A(3,0),B(0,1),则kAB=-.从而可知AB中垂线的方程为3x-y-4=0,由可求得M(1,-1),又r2=|MA|2=5.∴⊙M的方程为(x-1)2+(y+1)2=5.
5.(2025·新课标Ⅰ卷)若圆x2+(y+2)2=r2(r>0)上到直线y=x+2的距离为1的点有且仅有2个,则r的取值范围是( )
A.(0,1) B.(1,3)
C.(3,+∞) D.(0,+∞)
[解析] 由题意,在圆x2+(y+2)2=r2(r>0)中,圆心E(0,-2),半径为r,到直线y=x+2的距离为1的点有且仅有2个,∵圆心E(0,-2)到直线y=x+2的距离为:
d==2,
故由图可知,当r=1时,圆x2+(y+2)2=r2(r>0)上有且仅有一个点(A点)到直线y=x+2的距离等于1;当r=3时,圆x2+(y+2)2=r2(r>0)上有且仅有三个点(B,C,D点)到直线y=x+2的距离等于1;当r的取值范围为(1,3)时,圆x2+(y+2)2=r2(r>0)上有且仅有两个点到直线y=x+2的距离等于1.故选B.
[解析] 设所求圆的方程为x2+(y-b)2=r2(r>0),则==r,解得b=3,r=.所以圆的方程为x2+(y-3)2=2.故选D.
[答案] (x-2)2+(y-3)2=13或2+2=或2+(y-1)2=或(x-2)2+(y-1)2=5(写出其中一个即可)
[解析] 依题意设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,若过(0,0),(4,0),(-1,1),则解得所以圆的方程为x2+y2-4x-6y=0,即(x-2)2+(y-3)2=13;同理可求过(0,0),(4,0),(4,2)的圆的方程为x2+y2-4x-2y=0,即(x-2)2+(y-1)2=5;过(0,0),(4,2),(-1,1)的圆的方程为x2+y2-x-y=0,即2+2=;过(-1,1),(4,0),(4,2)的圆的方程为x2+y2-x-2y-=0,即2+(y-1)2=.
[解析] 依题意,过切点(1,1)的圆的半径所在直线方程为y-1=-(x-1),即x+2y-3=0,由解得因此所求圆的圆心为(-1,2),半径r==,所以所求圆的方程为(x+1)2+(y-2)2=5.
[解析] 点(6,0)和点(0,-2)的中点为(3,-1),点(6,0)和点(0,-2)的斜率为=,则点(6,0)和点(0,-2)的垂直平分线的斜率为-3,可得点(6,0)和点(0,-2)的垂直平分线的方程为3x+y-8=0,设圆心为(x,y),由题意联立方程解得x=2,y=2,半径r==2,圆方程(x-2)2+(y-2)2=20.
[解析] 设圆心坐标为(a,0),则=,解得a=-2,又r2=(-2-0)2+(0-2)2=8,故圆的方程为(x+2)2+y2=8,故选D.
1.(2026·陕青宁晋金太阳联考)直线l:x+2y-4r-2=0与圆C:x2+(y-1)2=r2(r>0)的位置关系为( )
[解析] 由C:x2+(y-1)2=r2(r>0),可知:圆心(0,1),半径为r,圆心(0,1)到直线l:x+2y-4r-2=0的距离d==>r,所以直线与圆的位置关系为相离,故选C.
2.(2025·辽宁三校质检)若直线l:y=kx+3-k与曲线C:y=恰有两个交点,则实数k的取值范围是( )
A. B.
C. D.
[解析] 由l:y-3=k(x-1)知直线l过定点P(1,3),曲线C:y=两边平方得x2+y2=1(y≥0),所以曲线C是以(0,0)为圆心,半径为1且位于直线x轴上方的半圆,当直线l过点A(-1,0)时,直线l与曲线C有两个不同的交点,此时0=-k+3-k⇒k=,当直线l与曲线C相切时,直线和圆有一个交点,圆心(0,0)到直线l的距离d==1,解得k=,所以结合图形可知直线l与曲线C恰有两个交点,则<k≤.故选B.
A. B.
C. D.2
[解析] 由x2+y2-2x-6y+1=0得(x-1)2+(y-3)2=9,所以圆心C(1,3),半径r=3,因为圆上恰有三点到直线y=kx的距离为2,所以圆心C(1,3)到直线y=kx的距离为1,即d==1,解得k=,故选C.
[答案] (1)
(2)
[解析] (1)由图显然.
(2)若圆C上到直线l距离为2的点只有两个,则d=>1,解得k<;若有四个,则d=<1,解得k>.
[答案] [5-,5+]
[解析] 由题意知圆心C(1,3)到直线m的距离d=≤1,解得5-≤c≤5+.
[解析] ∵点A在圆C上,∴a2+b2=r2,∵圆心C(0,0)到直线l的距离为d===r,∴直线与圆C相切,故A正确;∵点A在圆C内,∴a2+b2<r2,∵圆心C(0,0)到直线l的距离为d==>r,∴直线与圆C相离,故B正确;∵点A在圆C外,∴a2+b2>r2,∵圆心C(0,0)到直线l的距离为d==<r,∴直线与圆C相交,故C错误;
∵点A在直线l上,∴a2+b2=r2,∵圆心C(0,0)到直线l的距离为d===r,∴直线与圆C相切,故D正确.故选ABD.
2.(2026·湖南永州一中模拟)直线l:y=kx+2与圆O:x2+y2=4交于A,B两点,·=-2,则k为( )
A. B.±
C. D.±1
[解析] 设A(x1,y1),B(x2,y2),由得,(k2+1)x2+4kx=0,则x1+x2=-,x1x2=0,y1y2=(kx1+2)(kx2+2)=k2x1x2+2k(x1+x2)+4=,由·=-2得,x1x2+y1y2==-2⇒k=±,故选B.
1.(2026·浙江强基联盟联考)过圆x2+y2=1上点P的切线方程为____________.
[答案] y=x+
[解析] 由题知,kOP=-1,则k切线=1,所以切线方程为y=+,即y=x+.
[解析] 当过点P的直线斜率不存在时,其方程为x=1,显然到圆心C(-1,2)的距离等于半径2,故是圆的一条切线;当过点P的直线斜率存在时,设其方程为y-3=k(x-1),即kx-y-k+3=0,由=2得k=-,故切线的方程为3x+4y-15=0.
[解析] 解法一:设两切点为A、B,由CA⊥PA,CB⊥PB知P、A、C、B四点共圆且其方程为x2+2=,两圆方程相减得AB方程为2x+y-4=0.
解法二:kPC=,故可设过切点A、B的直线的方程为2x+y+c=0,设AB交PC于H,由AC=2,PC=知CH==.即C到AB的距离=,解得c=-4或4(舍去),故AB方程为2x+y-4=0.
B.2x+y+=0或2x+y-=0
C.2x-y+5=0或2x-y-5=0
D.2x-y+=0或2x-y-=0
[解析] 设所求直线为2x+y+c=0,由直线与圆相切得,=,解得c=±5.所以直线方程为2x+y+5=0或2x+y-5=0.故选A.
[解析] 由圆C:(x-a)2+(x-b)2=1经过点(3,4),可得(3-a)2+(4-b)2=1,即(a-3)2+(b-4)2=1,故圆心(a,b)的轨迹是以A(3,4)为圆心,1为半径的圆,又|AO|==5,所以圆心到原点的距离的最大值为5+1=6.故选C.
A.x2+y2的最大值是+1
B..的最大值是2+
C.|x-y+3|的最小值是2-
D.过点(0,)作曲线C的切线,则切线方程为x-y+2=0
[解析] 由圆C:x2+y2-2x-2=0可化为(x-1)2+y2=3,可得圆心(1,0),半径为r=,由x2+y2表示圆C上的点到定点O(0,0)的距离的平方,所以它的最大值为[+]2=4+2,所以A错误;(换元法:令=cos θ,=sin θ,即0≤θ<2π,则x2+y2=3cos2θ+2cos θ+1+3sin2θ=2cos θ+4≤4+2,当θ=0时取等号,即x2+y2的最大值为4+2.∴A错误)
设=k,即y+1=k(x+1),由圆心(1,0)到直线的距离d=≤,解得2-≤k≤2+,所以的最大值为2+,所以B正确;令x-y=c,则由圆心C到直线x-y-c=0的距离≤,知1-≤c≤1+,∴|x-y+3|=|c+3|∈[4-,4+],即|x-y+3|的最小值为4-,所以C错误;(由|x-y+3|表示圆上任意一点到直线x-y+3=0的距离的倍,圆心到直线的距离d==2,所以其最小值为(2-)=4-,所以C错误;)
因为点(0,)满足圆C的方程,即点(0,)在圆C上,则点C与圆心连线的斜率为k1=-,可得切线的斜率为k=-=,所以切线方程为y-=(x-0),即x-y+2=0,所以D正确.故选BD.
[答案]
[解析] Q关于直线l的对称点为M(-2,-2),过M的直线与圆C切于N,交直线l于A′,则|AP|+|AQ|≥|A′M|+|A′N|=|MN|===.
[解析] 由题意知SOEQF=2S△OQE=EQ=,∴当|OQ|最小时SOEQF最小,此时OQ⊥l,又OQ⊥EF,∴EF∥l,∴kEF=kl=-1,又|OQ|==2,∴|OH|==,设EF:y=-x+C,则由=知C=1或-1(舍去),故所求直线方程为x+y-1=0,故选A.
注:①SOEQF最小⇔切线长|EQ|最小⇔∠EQF最大⇔|EF|最小,且SOEQF最小为2.
②由OQ⊥l知kOQ=1,∴OQ:y=x,由知Q(2,2),又OE⊥EQ,OF⊥FQ,∴O、E、Q、F四点共圆,其方程为(x-1)2+(y-1)2=2.由两圆方程相减得EF:x+y-1=0.故选A.
1.形如(a、b、c、d、e、f为常数)的最值问题,可令其为k,转化为直线与圆(或圆弧)的位置关系问题,用圆心到直线的距离与半径的关系(或直线所经过的特殊点)解决.
特别的:可视为点A(x,y)与点B(a,b)连线的斜率,可利用其几何意义求得最值.
A.-1 B.
C.-1 D.
[解析] 由题意得,圆(x-a)2+(y-a2)2=1的圆心为(a,a2),半径r=1.因为(a,a2)到直线y=x-2的距离d==≥>1,当且仅当a=时等号成立,所以直线与该圆相离,所以|PQ|的最小值为d-r=-1.故选C.
2.(角度1)(2025·贵州联考)若点P在曲线C:x2+y2-2x-6y+1=0上运动,则的最大值为________.
[答案]
[解析] 曲线C方程化为(x-1)2+(y-3)2=9,是以(1,3)为圆心,3为半径的圆,设=k,即直线l:kx-y+3k=0,又P在圆上运动,故直线与圆C有公共点,则≤3,化简得7k2-24k≤0,解得0≤k≤,故的最大值为.
A.2+3 B.2+5
C.2+3 D.2+5
[解析] 由题意知,圆C1的圆心为C1(1,2),半径r1=1,圆C2的圆心为C2(3,-4),半径r2=2,作C2(3,-4)关于x轴的对称点C3(3,4),如图所示,|PN|-|PM|≤(|PC2|+r2)-(|PC1|-r1)=|PC2|-|PC1|+r2+r1=|PC3|-|PC1|+r2+r1≤|C1C3|+r2+r1=+2+1=3+2,当P,C1,C3共线时等号成立,所以|PN|-|PM|的最大值为3+2.故选A.
A.3 B.3
C.2 D.2
[解析] 由⊙C:x2+y2-4x+4y+6=0,即(x-2)2+(y+2)2=2,则圆心C(2,-2),半径为r=,因为A(1,1),O(0,0),则|OA|=,|OC|=2,又kOA==1,kOC==-1,则kOA·kOC=-1,即OA⊥OC,要使△OAB面积最大,则B在OC延长线上,且在圆上,如图,此时|OB|=|OC|+r=3,则△OAB面积的最大值为××3=3.故选B.
[解析] 由题意设圆的方程为x2+y2-4x-6+λ(x2+y2-4y-6)=0(λ≠-1),整理得x2+y2-x-y-6=0,圆心坐标为,所以--4=0,解得λ=-,所以圆的方程为x2+y2-6x+2y-6=0,即(x-3)2+(y+1)2=16.
[解析] 由题意得<2,∴a2+b2>4,所以点(a,b)在圆外,故选A.
[解析] 由x2-2x+y2=0⇒(x-1)2+y2=1,所以圆心坐标为(1,0),因为直线2x+y-3=0的斜率为-2,所以与直线2x+y-3=0垂直的直线l的斜率为,所以l的方程为:y=(x-1),即x-2y-1=0,故选D.
[解析] 解法一:直接法:设经过A,B,C三个点的圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),由题意可得解得且满足D2+E2-4F=4>0,所以经过A,B,C三个点的圆的方程为x2+y2-2y=0,即为x2+(y-1)2=1.故选C.
解法二:排除法:将点A的坐标代入各选项方程,可排除A,B,D,故选C.
[解析] 由题意知,设C(a,a)(a≠0),圆C的半径为r,∴kCT==,解得a=-3,所以圆心C(-3,-3),半径r=|CT|==5,所以圆C的方程为(x+3)2+(y+3)2=25.故选D.
5.(2025·湘豫名校联考)已知直线l:y=2x+b与圆C:(x-1)2+(y+1)2=9相切,则实数b=( )
A.8-2或-10-2
B.-11或9
C.11或-9
D.-8+2或10+2
[解析] 依题知圆心C(1,-1),半径为3,则=3,解得b=8-2或b=-10-2.故选A.
6.(2026·云南德宏开学考试)过直线l:y=kx+4(k≠0)上一点P作圆M:(x-2)2+y2=4的两条切线,切点分别为A,B,若∠APB的最大值为,则k=( )
A.- B.-
C. D.
[解析] 当MP⊥l时,圆心M(2,0)到直线l的距离最短,∠APB最大,因为∠APB的最大值为,在Rt△MPA,Rt△MPB中,∠MPA=∠MPB=,|MA|=|MB|=2,所以|MP|=4,当∠APB最大时,圆心M到直线l的距离为4,即=4,解得k=0(舍)或k=.故选C.
7.(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.7
[解析] 解法一:由x2+y2-4x-2y-4=0可得(x-2)2+(y-1)2=9,设x-y=k,则圆心到直线x-y=k的距离d=≤3,解得1-3≤k≤1+3,故选C.
解法二:x2+y2-4x-2y-4=0,整理得(x-2)2+(y-1)2=9,令x=3cos θ+2,y=3sin θ+1,其中θ∈[0,2π],则x-y=3cos θ-3sin θ+1=3cos+1,∵θ∈[0,2π],所以θ+∈,则θ+=2π,即θ=时,x-y取得最大值3+1.故选C.
A.-或- B.-或-
C.-或- D.-或-
[解析] 圆(x+3)2+(y-2)2=1的圆心为C(-3,2),半径r=1.如图,作出点A(-2,-3)关于y轴的对称点B(2,-3).由题意可知,反射光线的反向延长线一定经过点B.设反射光线的斜率为k,则反射光线所在直线的方程为y-(-3)=k(x-2),即kx-y-2k-3=0.由反射光线与圆相切可得=1,即|5k+5|=,整理得12k2+25k+12=0,即(3k+4)(4k+3)=0,解得k=-或k=-,故选D.
9.(2025·湖北武汉江夏一中、汉阳一中联考)若圆x2+y2+4x-4y-10=0上至少有三个不同的点到直线l:ax+by=0的距离为2,则直线l的斜率的取值范围是( )
A.[2-,2+] B.[-2-,-2+]
C.[-2-,2+] D.[-2-,2-]
[解析] 根据题意,圆x2+y2+4x-4y-10=0的标准方程为(x+2)2+(y-2)2=18,其圆心为(-2,2),半径r=3,若圆x2+y2+4x-4y-10=0上至少有三个不同的点到直线l:ax+by=0的距离为2,则圆心(-2,2)到直线l的距离d≤3-2=,直线l:ax+by=0的斜率k=-,∴直线l:kx-y=0,则有≤,解得-2-≤k≤-2+,故选B.
C.圆心C到直线l距离的最大值是2
[解析] 由题意可知直线l过定点A(-2,2),圆心C的坐标为(0,1),半径为3,则点A在圆C内,从而直线l与圆C一定相交,故A,B正确;设圆心C到直线l的距离为d,则d≤|AC|=,则C错误;因=2得m=-,所以使得圆心C到直线l的距离为2的直线l有且仅有1条,则D错误.
[解析] 当圆心为M(a,2)时,圆M与直线l相切,即=2,解得a=0或a=5.当圆心为M(a,-2)时,圆M与直线l相切,即=2,解得a=2或a=-3.所以圆的方程为x2+(y-2)2=4或(x-5)2+(y-2)2=4或(x-2)2+(y+2)2=4或(x+3)2+(y+2)2=4.
[解析] 设圆心坐标为(x,y),则=3,即(x-6)2+(y-8)2=9,即圆心轨迹是以(6,8)为圆心,以3为半径的圆,(6,8)到原点距离为=10,故圆(x-6)2+(y-8)2=9上的点到原点距离的最小值为10-3=7,即半径为3的圆经过点(6,8),则其圆心到原点的距离的最小值为7.
[答案] ≤a≤
[解析] 因为kAB=,所以直线AB关于直线y=a的对称直线为(3-a)x-2y+2a=0,由题意得≤1,整理解得≤a≤.
[解析] (1)解法一:∵kMN=1,
∴MN中垂线的方程为y+=-,
即x+y-1=0,
由得C(3,-2),又r2=|CM|2=9,
∴圆C的方程为(x-3)2+(y+2)2=9,
即x2+y2-6x+4y+4=0.
解法二:设圆C的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
依题意得解得
所以圆C的方程为x2+y2-6x+4y+4=0.
又kAB=a=-,所以a=.
又圆C的半径r=3,圆心C到直线x-y+1=0的距离d==>3,
所以不存在这样的实数a,使得过点P(2,0)的直线l垂直平分弦AB.
[解析] 因为A(0,1),B(0,3),则线段AB的垂直平分线所在直线的方程为y=2,设圆心为C(t,2),则圆C的半径为r==,又因为r=|AC|==,所以=,整理可得t2+6t-7=0,解得t=1或t=-7,当t=1时,r=|AC|=,此时圆的方程为(x-1)2+(y-2)2=2;当t=-7时,r=|AC|=5,此时圆的方程为(x+7)2+(y-2)2=50.综上所述,满足条件的圆的方程为(x-1)2+(y-2)2=2或(x+7)2+(y-2)2=50.故选C.
2.(2025·湖北八校联考)已知点A(-1,0),B(0,3),点P是圆(x-3)2+y2=1上任意一点,则△PAB面积的最小值为( )
A.6 B.
C. D.6-
[解析] 两点A(-1,0),B(0,3),则|AB|==,直线AB方程为y=3x+3,圆(x-3)2+y2=1的圆心C(3,0),半径r=1,点C到直线AB:3x-y+3=0的距离d==,因此点P到直线AB距离的最小值为d-r=-1,所以△PAB面积的最小值是××=6-.故选D.
3.(2026·江西稳派上进名校联盟联考)“太极图”因其形状如对称的阴阳两鱼互抱在一起,故也被称为“阴阳鱼太极图”.如图是放在平面直角坐标系中的“太极图”,图中曲线为圆或半圆,已知点P(x,y)是阴影部分(包括边界)的动点,则的最小值为( )
A.- B.-
C.- D.-1
[解析] 记A(2,0),则k=为直线AP的斜率,故当直线AP与半圆x2+(y-1)2=1(x>0)相切时,得k最小,此时设AP:y=k(x-2),故=1,解得k=-或k=0(舍去),即kmin=-.故选C.
[解析] 根据圆的性质可得|PM|+|PN|≥|PO|+|PC|-5,又O(0,0)关于直线y=-x-3的对称点为G(-3,-3),C(9,2),|PM|+|PN|≥|GC|-5=-5=8,当P,G,C三点共线时,等号成立.故选D.
[答案] k≥0或k≤-
[解析] 圆C:(x+1)2+(y-1)2=4,则圆心为C(-1,1),半径r=2,设两切点为A,B,则|PA|=|PB|,因为∠APB=60°,在Rt△PAC中∠APC=∠APB=30°,|AC|=r=2,所以|PC|=4,因此只要直线l上存在点P,使得|PC|=4即可满足题意.圆心C(-1,1),所以圆心到直线的距离d=≤4,解得k≥0或k≤-.
所以
即解得
所以圆C的方程为(x-5)2+(y-6)2=25.
圆心C到直线l的距离为d==5,
解得k=-,
所以l的方程为y=-x+3,即8x+15y-45=0.
所以直线l的方程为x=0或8x+15y-45=0.
则圆心与点(-1,-2)的距离为d==10,
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