内容正文:
第50讲 圆的方程
1
课前基础巩固
课堂考点探究
课时作业
2
1.回顾确定圆的几何要素,在平面直角坐标系中,探索并掌握圆的标准
方程与一般方程.
2.能够根据不同的情境,建立圆的方程.
课 标 要 求
3
◆ 知识聚焦 ◆
1.圆的定义及方程
定义 平面上到________的距离等于______的点的集合是圆
标准
方程 _______________________
圆心为______,半径为___
一般
方程 _________________________
圆心为 ,半径为
一定点
定长
课 前 基 础 巩 固
4
2.点与圆的位置关系
平面上的一点与圆 之间存在着
下列关系:
(1)在圆外,即_________________________ 在
圆外;
(2)在圆上,即_________________________ 在
圆上;
(3)在圆内,即_________________________ 在
圆内.
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5
常用结论
1.常见圆的方程的设法:#1.2.1
标准方程的设法 一般方程的设法
圆心在原点
过原点
圆心在 轴上
圆心在 轴上
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6
2.以, 为直径的两端点的圆的方程是
.
3.圆心在过切点且与切线垂直的直线上.
4.圆心在任一弦的垂直平分线上.
5.圆心到圆上任一点的距离等于半径.
6.平面内到两定点的距离之比为定值(不等于1)的点的轨迹是圆.#1.2.6
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◆ 对点演练 ◆
题组一 常识题
1.[教材改编]圆 的圆心坐标为______,半
径为___.
1
[解析] 由,得 ,所以
圆心坐标为 ,半径为1.
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8
2.[教材改编]圆心为 且过原点的圆的标准方程是__________
________________,一般方程为_____________________.
[解析] 为圆心,且圆经过原点, 半径,
所求圆的标准方程为 ,化为一般方程,可
得 .
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9
3.[教材改编]已知圆心为的圆经过, 两点,且圆
心在直线 上,则此圆的标准方程为______________
_________.
[解析] 方法一:设圆心的坐标为 .
因为圆心在直线 上,所以.
因为, 是圆上两点,所以 ,根据两点间的距离公式,
有 ,即 .
课 前 基 础 巩 固
10
由①②可得,,所以圆心 的坐标是 ,圆的
半径 ,所以所求圆的标准方程是
.
方法二:如图,设线段的中点为.
由, 两点的坐标分别为,,
可得点 的坐标为,直线的斜率 ,
因此线段的垂直平分线 的方程是,即 .
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由垂径定理可知,圆心 也在线段的垂直平分线上,由 解得
所以圆心的坐标是 ,圆的半径
,所以所求
圆的标准方程是 .
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题组二 常错题
4.[忽视方程表示圆的条件]已知点 在圆
外,则实数 的取值范围为
____________________.
[解析] 由题意得解得 或
,故实数的取值范围为 .
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13
5.[对圆心位置可能的情况考虑不全]半径为2,圆心的横、纵坐标互
为相反数且与轴、 轴都相切的圆的方程为_____________________
________________________.
或
[解析] 由题意知圆心的坐标为或 ,所以圆的方程为
或 .
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14
6.[忽略圆的方程中变量的取值范围]已知点 为圆
上的动点,则 的最小值为____.
[解析] 因为点为圆 上的动点,所以
.
因为 ,所以当时,取得最小值 .
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15
探究点一 求圆的方程
例1(1)[2022·全国甲卷] 设点在直线上,点
和均在上,则 的方程为______________________.
[解析]方法一: 点在直线上, 可设点 为,
又点和均在上, 点到点, 的距离相等,
,即
,解得,, 的半
径,的方程为 .
课 堂 考 点 探 究
16
方法二:点和点连线的中点为,点和点 连
线所在直线的斜率为,则点和点 连线的垂直平分
线的斜率为3,可得点和点 连线的垂直平分线的方程为
,即.
由 解得 圆心为 ,
半径,
的方程为 .
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17
(2)[2022·全国乙卷] 过四点,,, 中的三点
的一个圆的方程为 __________________________________________
_____________________________________________________.
(或
或 或 )
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18
[解析] 方法一(圆的一般方程) 依题意设圆的方程为
.
①若过,,三点,则 解得
所以圆的方程为 .
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19
②若过,,三点,则
解得 所以圆的方程为 .
③若过,,三点,则
解得 所以圆的方程为 .
课 堂 考 点 探 究
20
④若过,,三点,则
解得 所以圆的方程为 .
课 堂 考 点 探 究
21
方法二(圆的标准方程)设点,,, ,
圆的半径为 .
①若圆过,,三点,则圆心在直线上,设圆心坐标为 ,
则,解得,则 ,所以圆
的方程为,即 .
②若圆过,,三点,则圆心在直线上,设圆心坐标为 ,
则,解得,则 ,所以圆
的方程为,即 .
课 堂 考 点 探 究
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③若圆过,,三点,则线段的中垂线方程为 ,线段
的中垂线方程为,联立得,,故 ,
所以圆的方程为,即 .
④若圆过,,三点,则线段的中垂线方程为,线段
的中垂线方程为,联立得,,故 ,所以圆
的方程为,即 .
课 堂 考 点 探 究
[总结反思]
求圆的方程有两种方法:
(1)几何法:通过研究圆的性质,直线和圆、圆和圆的位置关系,进而
求得圆的基本量(圆心、半径),从而得到方程.常用到的圆的三个
性质:①圆心在过切点且垂直于切线的直线上;②圆心在任一弦的中垂
线上;③两圆内切或外切时,切点与两圆的圆心三点共线.
(2)待定系数法:①根据题意选择方程的形式——标准方程或一般
方程;②利用条件列出关于,,(或,,)的方程组;③解出,,
(或,, ),代入标准方程(或一般方程).选择方程的形式的关键:
若已知圆上三点,则选用圆的一般方程;若已知条件与圆心及半径有关,
则选用圆的标准方程.#1.1.2
课 堂 考 点 探 究
24
变式题(1)已知点,,则以 为直径的圆的方程为
( )
A. B.
C. D.
[解析] 根据题意,以为直径的圆的圆心为线段的中点 ,
半径 ,所以圆的方程为
.故选B.
√
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25
(2)经过,, 三点的圆的标准方程为( )
A. B.
C. D.
√
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26
[解析] 根据题意可知,,,则 ,线段
的中点坐标为,可知圆心在线段的垂直平分线 上.
由,,可知,线段 的中点坐标为
,所以线段的垂直平分线的方程为 ,即
,由解得
故圆心坐标为 ,圆的半径为 ,
所以圆的标准方程为 .故选B.
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(3)已知圆经过两点,,且圆心 在直线
上,则圆 的方程为( )
A. B.
C. D.
√
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[解析] 因为圆心在直线 上,所以设圆心,
又圆经过两点,,所以 ,故
,解得 ,
所以圆心,半径 ,
则圆的方程为 ,
化为一般方程为 .故选C.
课 堂 考 点 探 究
29
探究点二 与圆有关的轨迹问题
例2 已知为圆上一定点,为圆内一点,, 为
圆上的动点.
(1)求线段 中点的轨迹方程;
[思路点拨]设出线段的中点坐标,利用中点坐标公式求出 的
坐标,根据在圆上,将 的坐标代入圆的方程,即可求出中点的轨
迹方程;
课 堂 考 点 探 究
30
解:设线段的中点为 ,
由中点坐标公式可知,点的坐标为.
因为点 在圆上,所以,
故线段 的中点的轨迹方程为 .
课 堂 考 点 探 究
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(2)若 ,求线段 中点的轨迹方程.
[思路点拨]设线段的中点为 ,利用直角三角形斜边上的中线
等于斜边长的一半得到 ,再由圆心与弦中点的连线垂直
弦,结合勾股定理得到 ,利用两点间的距离
公式即可求出中点的轨迹方程.
课 堂 考 点 探 究
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解:设线段的中点为,连接,在中, ,
设为坐标原点,连接,,则 ,所以
,
所以 ,
故线段中点的轨迹方程为 .
课 堂 考 点 探 究
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[总结反思]
求与圆有关的轨迹问题时,根据题设条件的不同常采用以下方法:
(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、直线等定义列出方程;
(3)几何法,利用圆的几何性质列出方程;
(4)代入法,找到要求点与已知点的关系,代入已知点的坐标满足的
关系式列出方程.
课 堂 考 点 探 究
34
变式题(1)[2024· 新课标Ⅱ卷]已知曲线 ,从
上任意一点向轴作垂线,为垂足,则线段的中点 的轨
迹方程为( )
A. B.
C. D.
[解析] 设,则,,因为 在曲线
上,所以 ,整理得点的轨迹方程为
.故选A.
√
课 堂 考 点 探 究
35
(2)(多选题)在平面直角坐标系中,已知, ,
点满足,设点的轨迹为 ,则下列结论正确的是( )
A.的方程为
B.在轴上存在异于,的两个定点,,使得
C.当,,三点不共线时,
D.若点,则在上存在点,使得
√
√
√
课 堂 考 点 探 究
36
[解析] 设,由条件可得 ,
即,所以的方程为 ,故A错误;
由对称性可知存在, 满足条件,故B正确;
,
,
,
,所以 ,即
,所以,故C正确;
课 堂 考 点 探 究
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连接 , 则,所以线段的垂直平分线的斜率,
的中点坐标为,则线段的垂直平分线的方程为
,即圆的圆心到直线的距离 ,
所以直线与圆相交,故在上存在点,使得 ,故D正确.
故选 .
课 堂 考 点 探 究
探究点三 与圆有关的最值问题
角度1 借助几何性质求最值(斜率型、截距型、距离型)
例3 已知为圆 上任意一点,
且点 .
(1)求 的最大值和最小值;
[思路点拨]利用点与圆的位置关系即可得结果;
课 堂 考 点 探 究
39
解:圆,即 ,
圆心为,半径,易知点在圆外,连接,直线 交
圆于,两点位于,之间,
则当与重合时, 取得最小值,最小值为
,
当与重合时,取得最大值,最大值为,
故 的最大值为,最小值为 .
课 堂 考 点 探 究
40
(2)求 的最大值和最小值;
[思路点拨]将问题转化为斜率的最值即可;
解:易知,易知当与圆相切时, 取得最值.
当与圆相切时,可设直线的方程为,则由
到该直线的距离为,解得,故 的最大值为
,最小值为 .
课 堂 考 点 探 究
41
(3)求 的最大值和最小值.
[思路点拨]将问题转化为直线与圆的位置关系即可.
解:设,则表示过点的直线在 轴上的截距,
易知当该直线与圆相切时取得最值.由圆心 到该直线的距离为
,可得或9,故 的最大值为9,最小值为1.
课 堂 考 点 探 究
42
[总结反思]
借助几何性质求最值的三种情况:
①形如 的最值问题,可转化为动直线斜率的最值问题;
②形如 的最值问题,可转化为动直线截距的最值问题;
③形如 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.
课 堂 考 点 探 究
43
变式题 设实数,满足方程 .
解:将方程 变形可得,
则点是以点 为圆心,2为半径的圆上任意一点.
(1)当时,求 的取值范围;
根据题意,当时, 的几何意义为圆上任意一点与点
连线的斜率.
设,过点的圆的切线斜率为 ,则切线方程为
即则点 到切线的距离,
解得,故 的取值范围为 .
课 堂 考 点 探 究
44
(2)求 的最大值与最小值;
解:由,得 ,该方程表示一条直线,
易知当直线与圆相切时, 取得最大值和最小值.
当直线与圆相切时,,解得或 ,则
的最小值为,最大值为 .
课 堂 考 点 探 究
45
(3)求 的取值范围.
解: ,
设,则的几何意义为圆 上任意一点与点
间的距离,
设,则,则有 ,所以
,故 的取值范围为
.
课 堂 考 点 探 究
46
角度2 建立函数关系式求最值
例4 在平面直角坐标系中,已知两点,,设 是
圆上的动点,则 的最大值为___.
5
[思路点拨]思路一:设 ,则 ,
利用换元法即可求出的最大值;
思路二:取的中点 ,则 ,
由余弦定理得,根据阿氏圆的性质可得 ,
故,即可得 的最大值.
课 堂 考 点 探 究
47
[解析] 方法一:设,则 ,
,令 ,则 ,
则,
当 时等号成立,故 的最大值为5.
课 堂 考 点 探 究
48
方法二:如图,设为圆与 轴正半轴的交点,取
的中点,连接,,,则,
则
.
在 中,由余弦定理得 ,
在 中,由余弦定理得 ,其中 ,
故 ,
课 堂 考 点 探 究
49
两式相加得
,
即,即 ,
根据阿氏圆的性质可得 ,
, 其中,
故当时, 取到最大值,最大值为5.
课 堂 考 点 探 究
[总结反思]
建立函数关系式求最值,就是根据题目条件列出关于所求目标表达式
的函数关系式,然后根据关系式的特征选用适当的方法(如参数法、
配方法、不等式法)求最值.
课 堂 考 点 探 究
51
变式题 若点为圆上的一个动点,点, 为两
个定点,则 的最大值为( )
A.2 B. C.4 D.
[解析] 方法一:易得 ,可得,
当且仅当 时取等号,所以 .故选B.
√
课 堂 考 点 探 究
52
方法二:当与或重合时,;
当不与和 重合时,易得,
设,则 , ,
则 ,
又,所以 .
综上, .故选B.
课 堂 考 点 探 究
53
角度3 利用对称性求最值
例5 [2025·江苏南通期末]若为直线 上的动点,
,在圆上,则 的最小值
为( )
A. B.3 C. D.2
[思路点拨]先求出点关于直线对称的点 ,
再数形结合得 ,
即可求最小值.
√
课 堂 考 点 探 究
54
[解析] 设点关于直线的对称点为 ,
则解得 即,
圆的圆心为 ,半径为1,则
,当且仅
当,,,四点共线,且在线段上时, 取得最
小值,最小值为 .故选D.
课 堂 考 点 探 究
55
[总结反思]
利用对称性求最值的关键是通过对称变换将复杂的距离问题转化为
简单的距离问题,从而利用两点之间线段最短等几何原理找到最值.
课 堂 考 点 探 究
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变式题 [2025·河南周口模拟] 已知为圆 上的
动点,为圆上的动点,为直线 上的动点,
则 的最小值为_ __.
课 堂 考 点 探 究
57
[解析] 易知关于直线的对称点为,则圆 关于
直线对称的圆的方程为,
要使 的值最小,则,,(其中为圆关于直线的
对称圆 上的点)三点共线,且该直线过,两点,,在线段 上,
所以 的最小值为
.
课 堂 考 点 探 究
课时作业
59
◆ 基础热身 ◆
1.圆 的圆心坐标为( )
A. B. C. D.
[解析] 圆的圆心为,
又 , ,故圆 的圆心坐标为
.故选B.
√
课 时 作 业
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2.[2025·河北保定期末]过三点,, 的圆的标准方
程为( )
A. B.
C. D.
[解析] 因为 ,所以
是直角三角形,其外接圆圆心为线段的中点 ,
半径为,故所求标准方程为 .
√
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3.[2025·四川绵阳模拟]“或”是“定点 在圆
的外部”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充要条件 D.既不充分也不必要条件
√
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[解析] 定点在圆 的外部,
化简得
的取值范围为或,
“或 ”是“定点在圆
的外部”的必要不充分条件.故选B.
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4.已知线段的端点的坐标是,端点在圆 上运动,
则线段的中点 的轨迹方程为( )
A. B.
C. D.
√
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[解析] 设,,由为线段的中点,得 即
由点在圆上,得 ,即
,化简可得 .故选D.
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5.当方程 所表示的圆取得最大面积时,
直线 的倾斜角为( )
A. B. C. D.
[解析] 方程 可化为
(其中),
所以当 时,圆的半径最大,即圆的面积最大,此时直线
的斜率为1,即倾斜角为 .故选B.
√
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6.(多选题)[2025·广东深圳期末]已知圆 ,
则下列说法正确的是( )
A.的最大值为3 B. 的最大值为7
C.的最大值为 D.的最大值为
[解析] 因为圆 ,所以,
设, , .
对于A,,
所以当 时, 取得最大值,为3,故A正确;
√
√
√
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对于B,,
所以当 时,取得最大值,为9,故B错误;
对于C,设,则 ,圆,
圆心为,半径为 ,则圆心到直线的距离小于或等于半径,
即 ,所以,得,
所以 的最大值为,故C正确;
对于D,可以看作是圆上某点 到原点的距离的平方,
,故D正确.故选 .
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7.若点在圆的内部,则实数 的取
值范围是_ ____________.
[解析] 方法一:由题意得 ,半径为1,则
,所以 .
方法二:由在圆内,得 ,所以
,即 .
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8.[2025·黑龙江哈尔滨模拟] 若圆 经过坐标原点,且圆心在直线
上运动,当半径最小时,圆的方程为________________
_________.
[解析] 由题意知圆心在直线 上运动,设圆心坐标为
.又圆经过坐标原点,即 ,
整理得.
当半径最小时, ,则圆心为,,
故圆的方程为 .
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9.已知圆经过点,,且圆 恒被直线
平分.
(1)求圆 的一般方程;
解:直线恒过点.
因为圆 恒被直线()平分,所以直线
恒过圆心,所以圆心坐标为,
又圆经过点 ,所以圆的半径,此时在圆上,
所以圆 的方程为,即 .
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(2)设,是圆上的动点,求线段的中点 的轨迹方程,
并说明表示何曲线?
解:设,因为为线段的中点,所以 ,
因为点是圆 上的动点,所以 ,
即,可化为 ,
所以 的轨迹是一个圆.
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◆ 综合提升 ◆
10.若直线 经过圆
的圆心,则 的最小值为( )
A. B. C. D.
√
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[解析] 由,可得圆心坐标为 .
因为直线过圆心,所以 ,
即,所以 ,
当且仅当,即,时取等号,所以 的最
小值为 .故选B.
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11.某圆拱桥的水面跨度为12米,拱高为4米,现有一条船宽8米,若
这条船能从桥下通过,则这条船在水面以上的最大高度约为
(参考数据, )( )
A.2.65米 B.2.75米 C.2.56米 D.3.15米
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[解析] 如图,以圆拱桥在水面上的正投
影所在直线为 轴,过桥的最高点垂直于
轴的直线为 轴,建立平面直角坐标系,
设图中矩形 为船刚好能通过桥下时
的位置,则,,, ,
设圆拱桥所在圆的方程为 ,
由已知得可得
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故圆的方程为,
令 ,可得 ,
故这条船在水面以上的最大高度约为
2.56米,故选C.
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12.在平面直角坐标系中,存在圆,点 和点
,为圆 上的动点,则下列说法中正确的是( )
A.的最大值为
B.的最小值为
C.的最大值为
D.的最小值为
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[解析] 设点,由圆 ,
其中,点在圆外,点在圆 内,如图所示,可得
,
和点,可得,
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当且仅当为的延长线与圆 的交点时,
取得等号,所以的最大值为 .
因为 ,
当且仅当为线段与圆的交点 时,取得
等号,所以的最小值为 .故选C.
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13.[2025·贵州安顺模拟] 已知,,三点,点
在圆上运动,则 的最大值与最
小值之和为_____.
102
[解析] 由题意设,则 ,
因为 ,所以原式的最大值为57,最小值为45,
所以最大值与最小值的和为102.
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14.已知圆经过点和,圆心在直线 上.
(1)求圆 的方程;
解:已知点和 ,则线段的中垂线的方程为,
由 解得
故圆的圆心为,半径,
即圆 的方程为 .
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(2)若,分别是圆和圆 上的点,
点是直线上的点,求的最小值以及此时点
的坐标.
解:点和点 ,且 ,
故点和点在直线的两侧,点 到直
线的距离为,点到直线的距离为 ,
所以直线 与两圆分别相离,
则 .
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直线的方程为,即 ,
由解得 故 ,
即的最小值为,此时 .
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◆ 能力拓展 ◆
15.[2026·江苏宿迁质检]在平面直角坐标系中,为定圆 上一动
点,为平面内一定点, , 为非零常数,若点 满足
,则 的轨迹为( )
A.圆 B.椭圆 C.部分双曲线 D.部分抛物线
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[解析] 设,,,,定圆的半径为 ,
则定圆的方程为 ,
由向量的坐标表示可知
,故解得
代入圆 的方程得 ,整理得
,所以点 的轨迹
是以为圆心, 为半径的圆.故选A.
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16.(多选题)[2025·四川凉山三模]已知 ,则下列选项正
确的是( )
A.的最小值是
B.的最小值是
C.的最小值是
D.的最大值是
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[解析] 圆的圆心为,半径 .
对于A,表示圆上一点到点 的距离,
,所以 的最小值是
,故A正确;
对于B,圆上一点 到直线的距离,
即 ,所以求的最小值,
即求,即为 到直线的距离减半径,
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到直线 的距离,所以
,所以的最小值为 ,故B错误;
对于C,因为,所以
表示圆上一点到点, 的距离之和,
又,当,,三点在一条直线上且在,
之间时取等号,故的最小值是 ,故C正确;
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对于D,因为 ,所以
,
表示圆上一点到点, 的距离之差的2倍,
又,当,,三点在一条直线上且 在
,之间时取等号,故的最大值是 ,
故D正确.故选 .
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