直线与圆、圆与圆的位置关系 课件-2027届高三数学一轮复习
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内容正文:
直线与圆、圆与圆的位置关系考点分类
01
PART
考点一 直线与圆的位置关系
目 录
直线Ax+By+C=0(A、B不同时为0)与圆(x-a)2+(y-b)2=
r2(r>0)的位置关系的判断
位置关系 相交 相切 相离
图形
判定
方法 几何法:设圆心到直线的距离d= d r d r d r
<
=
>
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位置关系 相交 相切 相离
判定
方法 代数法:由
消元得到一元二次方程根的判别
式Δ Δ 0 Δ 0 Δ 0
>
=
<
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结论:圆的切线方程常用结论
(1)过圆x2+y2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为x0x+y0y=
r2;
(2)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;
(3)过圆x2+y2=r2外一点P(x0,y0)作圆的两条切线,则两切点所在
直线方程为x0x+y0y=r2.
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题组练透
1. 〔一题多解〕直线l:mx-y+1-m=0与圆C:x2+(y-1)2=5的
位置关系是( )
A. 相交 B. 相切
C. 相离 D. 不确定
√
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解析:法一(代数法) 由 消去y,整理得(1+m2)x2-2m2x+m2-5=0,因为Δ=16m2+20>0,所以直线l与圆相交.
法二(几何法) 由题意知,圆心(0,1)到直线l的距离d= <1
< ,故直线l与圆相交.
法三(点与圆的位置关系法) 直线l:mx-y+1-m=0过定点(1,
1),因为点(1,1)在圆x2+(y-1)2=5的内部,所以直线l与圆
相交.
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2. (2025·全国Ⅰ卷7题)已知圆x2+(y+2)2=r2(r>0)上到直线y=
x+2的距离为1的点有且仅有两个,则r的取值范围是( )
A. (0,1) B. (1,3)
C. (3,+∞) D. (0,+∞)
√
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解析: 易得圆心(0,-2)到直线y= x+2的距离d=2.当r=d-
1=1时,圆x2+(y+2)2=r2(r>0)上到直线y= x+2的距离为1的
点有且仅有一个,当r=d+1=3时,圆x2+(y+2)2=r2(r>0)上到
直线y= x+2的距离为1的点有且仅有三个,故当1<r<3时,圆x2+
(y+2)2=r2(r>0)上到直线y= x+2的距离为1的点有且仅有两
个.故选B.
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3. 若直线x-y+1=0与圆(x-a)2+y2=2有公共点,则实数a的取值
范围是 .
解析:由题意可得,圆的圆心为(a,0),半径为 ,∴
≤ ,即|a+1|≤2,解得-3≤a≤1.
[-3,1]
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练后悟通
判断直线与圆的位置关系的常见方法
(1)几何法:利用d与r的关系判断;
(2)代数法:联立方程之后利用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.
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02
PART
考点二 圆与圆的位置关系
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设圆O1,O2的半径分别为R,r(R>r),两圆圆心间的距离为d,则两
圆的位置关系可用下表表示:
位置关系 外离 外切 相交 内切 内含
图形
数量的关系
公切线条数 4 3 2 1 0
d>R+
r
d=R
+r
R-r<d
<R+r
d=R
-r
d<R
-r
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结论:两圆相交时公共弦的方程
设圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0,
圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0,
若两圆相交,则有一条公共弦,其公共弦所在直线方程为(D1-D2)x+
(E1-E2)y+(F1-F2)=0.
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〔多选〕已知圆C1:x2+y2=9与圆C2:(x-3)2+(y-4)2=
16,下列说法正确的是( )
A. C1与C2的公切线恰有4条
B. C1与C2相交弦的方程为3x+4y-9=0
C. C1与C2相交弦的弦长为
D. 若P,Q分别是圆C1,C2上的动点,则|PQ|max=12
√
√
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解析:由已知得圆C1的圆心C1(0,0),半径r1=3,圆C2的圆心C2(3,4),半径r2=4,d=|C1C2|= =5,r2-r1<d<r1+r2,故两圆相交,所以C1与C2的公切线恰有2条,C1与C2相交弦的方程为3x+4y-9=0,C1到相交弦的距离为 ,故相交弦的弦长为2 = .若P,Q分别是圆C1,C2上的动点,则|PQ|max=|
C1C2|+r1+r2=12.故选B、D.
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规律方法
圆与圆位置关系相关问题的求解策略
(1)判断两圆的位置关系时常用几何法,即利用两圆圆心之间的距离与
两圆半径之间的关系;
(2)若两圆相交,则两圆公共弦所在直线的方程可由两圆的方程作差消
去x2,y2得到.
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练1 (1)(2026·广东广州模拟)若直线ax+by=1与圆O:x2+y2=1
相切,则圆(x-a)2+(y-b)2= 与圆O( B )
B
A. 外切 B. 相交
C. 内切 D. 没有公共点
解析:直线ax+by=1与圆O:x2+y2=1相切,则圆心O(0,0)到直线
ax+by=1的距离等于圆O的半径1,即d= =1,解得a2+b2=1.
圆(x-a)2+(y-b)2= 的圆心坐标为(a,b),半径为 ,其圆
心在圆O上,所以两圆相交.故选B.
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(2)(2026·宁夏吴忠期中)若圆C1:(x-2)2+y2=1与圆C2:x2+
y2+4x+6y+m=0有且仅有三条公切线,m= .
解析:易知圆C1:(x-2)2+y2=1的圆心为C1(2,0),半径为r1=1,由x2+y2+4x+6y+m=0,得(x+2)2+(y+3)2=13-m,则13-m>0,即m<13,圆C2的圆心为C2(-2,-3),半径为r2= ,因为圆C1与圆C2有且仅有三条公切线,所以圆C1与圆C2外切,则|C1C2|=r1+r2,即 =1+ ,解得m=-3<13.
-3
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03
PART
提能点一 弦长问题
目 录
(2025·天津高考12题)l1:x-y+6=0与x轴交于点A,与y轴交
于点B,与圆(x+1)2+(y-3)2=r2(r>0)交于C,D两点,|
AB|=3|CD|,则r= .
2
解析:对于直线l1:x-y+6=0,令x=0,得y=6,令y=0,得x=-
6,所以A(-6,0),B(0,6),所以|AB|=6 .因为|AB|=
3|CD|,所以|CD|=2 .圆(x+1)2+(y-3)2=r2的圆心为
(-1,3),圆心到直线l1的距离d= = ,所以r=
= =2.
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规律方法
直线被圆截得的弦长的两种求法
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练2 (2024·全国甲卷12题)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
√
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,故选C.
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04
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提能点二 切线问题
目 录
教材母题:〔人A选一P92例2〕过点P(2,1)作圆O:x2+y2=1的切线
l,求切线l的方程.
细研教材:求过某点的圆的切线问题时,应首先确定点与圆的位置关系,
再求切线方程.若点在圆上(即为切点),则过该点的切线只有一条;若
点在圆外,则过该点的切线有两条,此时注意斜率不存在的切线.
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(2023·新高考Ⅰ卷6题)过点(0,-2)与圆x2+y2-4x-1=0相切
的两条直线的夹角为α,则 sin α=( )
A. 1 B. C. D.
√
解析: 由x2+y2-4x-1=0,得(x-2)2+y2=5,所
以圆心为点(2,0),半径为 .如图易知点(2,0)与
点(0,-2)的距离为2 ,所以点(0,-2)与切点的
距离为 = ,所以 sin = ,
cos = ,所以 sin α=2 sin cos =2× × = .故选B.
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练3 由直线x+y+3=0上一点P向圆C:(x-2)2+(y+3)2=1引切
线,则切线长的最小值为( )
A. B.
C. D. 1
解析: 点P为直线上到圆心C距离最小的点时,切线长最小,故有|
PC|min= = .切线长的最小值为 =1.故选D.
√
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圆系方程
教材母题:〔人A选一P98习题8题〕求圆心在直线x-y-4=0上,并且
经过圆x2+y2+6x-4=0与圆x2+y2+6y-28=0的交点的圆的方程.
细研教材:题目除了常规解法,还可以用圆系方程求解.圆系方程的
设法:
1. 同心圆系方程:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),其中a,b是
定值,r是参数.
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2. 过直线Ax+By+C=0与圆x2+y2+Dx+Ey+F=0交点的圆系方程:
x2+y2+Dx+Ey+F+λ(Ax+By+C)=0(λ∈R).
3. 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:x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+
F2)=0(λ≠-1)(该圆系不含圆C2,解题时注意检验圆C2是否满足题
意,以防漏解).
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(1)过直线2x-y+1=0和圆x2+y2-2x-15=0的交点且过原点的圆
的方程是 ;
解析:设所求圆的方程为x2+y2-2x-15+λ(2x-y+1)=0,因为该圆
过原点,所以可得-15+λ=0,解得λ=15,将λ=15代入所设方程并化简
可得所求圆的方程为x2+y2+28x-15y=0.
x2+y2+28x-15y=0
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(2)过圆x2+y2+2x-4y-4=0和圆x2+y2-4x+2y+2=0的交点,且
圆心在直线x+2y+2=0上的圆的方程为 ;
解析:设所求圆的方程为x2+y2+2x-4y-4+λ(x2+y2-4x+2y+2)
=0,则(1+λ)x2+(1+λ)y2+(2-4λ)x-(4-2λ)y-4+2λ=
0,则圆心坐标为( , ),代入直线x+2y+2=0,可解得λ=-
.故所求圆的方程为- x2- y2+12x-9y-9=0,即x2+y2-8x+6y+
6=0.
x2+y2-8x+6y+6=0
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(3)与圆x2+y2-4x-8y+15=0相切于点A(3,6),且过点B(5,
6)的圆的方程为 .
解析:设与圆x2+y2-4x-8y+15=0切于点A(3,6)的圆系方程为:
x2+y2-4x-8y+15+λ[(x-3)2+(y-6)2]=0.将点B(5,6)代
入,求得λ=-2.∴x2+y2-4x-8y+15-2(x2-6x+9+y2-12y+36)=0,化简得所求圆的方程为x2+y2-8x-16y+75=0.
x2+y2-8x-16y+75=0
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05
PART
课时跟踪检测
(时间:60分钟,满分:90分)
[备注:单选、填空题5分,多选题6分]
目 录
1. 圆(x-1)2+(y+2)2=6与直线2x+y-5=0的位置关系是( )
A. 相切 B. 相离
C. 相交过圆心 D. 相交但直线不过圆心
解析:由题意知圆心(1,-2)到直线2x+y-5=0的距离d= = < ,且2×1+(-2)-5≠0,所以直线与圆相交但不过圆心.
√
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2. (2026·浙江绍兴模拟)直线x=2被圆(x-1)2+(y-2)2=5截得
的弦长为( )
A. 2 B. 4
C. 2 D. 2
解析:圆(x-1)2+(y-2)2=5的圆心为(1,2),半径r= ,又圆心(1,2)到直线x=2的距离d=|2-1|=1,所以弦长为2 =2 =4.故选B.
√
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3. (2026·吉林长春模拟)已知圆E:(x-2)2+(y-4)2=25,圆
F:(x-2)2+(y-2)2=1,则这两圆的位置关系为( )
A. 内含 B. 相切
C. 相交 D. 外离
解析: 圆E:(x-2)2+(y-4)2=25的圆心E为(2,4),半径r1
=5;圆F:(x-2)2+(y-2)2=1的圆心F为(2,2),半径r2=1,
则|EF|= =2,故|EF|<r1-r2,所以两
圆内含.故选A.
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4. 圆C:x2+(y-2)2=R2(R>0)上恰好存在2个点到直线y= x-
2的距离为1,则R的一个取值可能为( )
A. 1 B. 2
C. 3 D. 4
解析: 圆C:x2+(y-2)2=R2的圆心C(0,2),半径R,点C到
直线y= x-2的距离为 =2,又圆C上恰好存在2个点到直
线y= x-2的距离为1,则1<R<3,故选B.
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5. 〔多选〕设圆C:(x-1)2+y2=4,直线l:y=kx+1(k∈R),则
下列结论正确的为( )
A. C的半径为2
B. l恒过定点(0,1)
C. l可能与C相切
D. 当k=1时,l被C截得的弦长最短
√
√
√
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解析:对A,∵(x-1)2+y2=22,∴C的半径为2,故A正确;对B,当x=0时,y=1,故直线l恒过定点(0,1),故B正确;对C,将(0,1)代入圆的方程有(0-1)2+12=2<4,故定点(0,1)在圆内,故直线与圆一定相交,故C错误;对D,圆心C(1,0),设直线l恒过定点M(0,1),则当直线CM与直线l相互垂直时,l被C截得的弦长最短,故kCM·k=-1,即 ·k=-1,则k=1,故D正确.故选A、B、D.
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6. 〔多选〕已知圆O1:x2+y2-2x-3=0和圆O2:x2+y2-2y-1=0的
交点为A,B,则( )
A. 两圆的圆心距|O1O2|=2
B. 直线AB的方程为x-y+1=0
C. 圆O2上存在两点P和Q使得|PQ|>|AB|
D. 圆O1上的点到直线AB的最大距离为2+
√
√
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解析:由圆O1:x2+y2-2x-3=0和圆O2:x2+y2-2y-1=0,可得圆O1:(x-1)2+y2=4和圆O2:x2+(y-1)2=2,则圆O1的圆心坐标为(1,0),半径为2,圆O2的圆心坐标为(0,1),半径为 ,对于A,两圆的圆心距|O1O2|= = ,故A错误;对于B,将两圆方程作差可得-2x+2y-2=0,即得公共弦AB的方程为x-y+1=0,故B正确;对于C,直线AB经过圆O2的圆心(0,1),所以线段AB是圆O2的直径,故圆O2中不存在比AB长的弦,故C错误;对于D,圆O1的圆心坐标为(1,0),半径为2,圆心到直线AB:x-y+1=0的距离为 = ,所以圆O1上的点到直线AB的最大距离为2+ ,故D正确.故选B、D.
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7. 已知过点P(3,3)作圆O:x2+y2=2的切线,则切线长为 .
解析:由圆O:x2+y2=2,可得圆心O(0,0),半径r= ,设切点
为C,因为P(3,3),可得|PO|=3 ,所以切线长为|PC|=
= =4.
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8. 已知圆O:x2+y2=4与圆C:x2+y2-x+ y-3=0相交于A,B两
点,则|AB|= .
解析:因为圆O:x2+y2=4与圆C:x2+y2-x+ y-3=0相交于A,
B两点,所以直线AB的方程为(x2+y2-4)-(x2+y2-x+ y-3)
=0,即x- y-1=0,圆心O(0,0)到弦AB的距离d= =
,所以|AB|=2 = .
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9. (2026·浙江嘉兴模拟)已知直线y=2x-m与圆C:(x-m)2+y2
=4交于A,B两点,写出满足“|AB|=2 ”的实数m的一个值
.
解析:圆心为C(m,0),C到直线y=2x-m的距离为d=
= ,又|AB|=2 ,圆半径为2,则 +( )2=4,解得m
=± .
-
或 (写出其中一个即可)
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10. (13分)已知圆C:x2+y2=25,点P(3,4).
(1)求过点P的圆C的切线方程;
解:当直线斜率不存在时,直线方程为x=3,
圆心到直线的距离为d=3≠5=r,不成立;
当直线的斜率存在时,设直线方程为y-4=k(x-3),即kx-y+4-
3k=0,
圆心到直线的距离等于半径,即d= =5,解得k=- ,
所以直线方程为y-4=- (x-3),即3x+4y-25=0.
所以过点P的圆C的切线方程为3x+4y-25=0.
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(2)若直线m过点P且被圆C截得的弦长为8,求直线m的方程.
解:当直线斜率不存在时,直线方程为x=3,
圆心到直线的距离为d=3,则直线被截得弦长为l=2 =8,成立;当直线的斜率存在时,设直线方程为y-4=k(x-3),即kx-y+4-3k=0,
圆心到直线的距离为d= ,
直线被截得弦长为l=2 =8,即d=3,则 =3,解得k
= ,故直线m的方程为7x-24y+75=0.
综上所述,直线m的方程为x=3或7x-24y+75=0.
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11. 已知圆C:(x-1)2+y2=9,直线l:x+y+m=0,P为直线l上
的动点.过点P作圆C的切线PM,PN,切点为M,N. 若使得四边形
PMCN为正方形的点P有且只有一个,则正实数m=( )
A. 1 B. 3
C. 5 D. 7
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解析:由题意可知:圆C:(x-1)2+y2=9的圆心为C(1,0),半径r=3,因为四边形PMCN为正方形,可知|CP|= r=3 ,若使得四边形PMCN为正方形的点P有且只有一个,可知CP⊥l,则 =3 ,解得m=5或m=-7(舍去),所以正实数m=5.故选C.
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12. (2026·河北沧州模拟)过点P(1,2)作圆O:x2+y2=10相互垂直
的两条弦AB与CD,则四边形ACBD的面积的最大值为( )
A. 6 B. 2
C. 9 D. 15
√
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解析:如图所示,OP= ,记OM=m,ON=n,则m2+n2=5,AB=2 ,CD=2 ,S四边形ACBD= AB·CD= ·
≤2× =15,当且仅当 = ,即m=n= 时,取等号.所以四边形ACBD的面积的最大值为15,故选D.
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13. 〔一题多解〕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
.
解析:法一 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
x=-1或7x-24y-25=0或3x+4y-5=0(答案不
唯一)
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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
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(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.
法二 根据题意,精确作出两圆(需用到尺规),由图形可直观快速
看出直线x=-1是两圆的一条公切线,经验证符合题意.求公切线l2,
l3同法一.
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14. (15分)已知圆C:(x-3)2+(y-4)2=4.
(1)若直线l:(m-2)x+(1-m)y+m+1=0(m∈R),证明:
无论m为何值,直线l都与圆C相交;
解:证明:转化l的方程(m-2)x+(1-m)·y+m+1=0,可
得m(x-y+1)-2x+y+1=0,
由 解得x=2,y=3,所以直线l恒过点(2,3),
由(2-3)2+(3-4)2=2<4,故点(2,3)在圆内,即直线l恒过圆内一点,所以无论m为何值,直线l都与圆C相交.
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(2)若过点P(1,0)的直线与圆C相交于A,B两点,求△ABC的面积
的最大值,并求此时直线的方程.
解:由C的圆心为(3,4),半径r=2,
易知直线的斜率存在且不为0,
故设直线方程为x=ny+1(n≠0),一般方程为ny-x+1=0,
圆心到直线的距离d= = ,
所以|AB|=2 =2 ,
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所以S2=( |AB|·d)2= · ,
令t= ,
可得S2=4t-t2,当t=2时 =4,
所以△ABC的面积的最大值为2,
此时由2= ,得7n2-8n+1=0,
解得n=1或n= ,符合题意,
此时直线方程为x-y-1=0或7x-y-7=0.
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