§2.4~§2.5 周末练 课件-2026-2027学年高二上学期数学人教A版选择性必修第一册
2026-08-08
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普通
摘要:
该高中数学课件聚焦圆的方程、直线与圆及圆与圆的位置关系,通过基础题回顾圆的标准方程、圆心半径计算等旧知,逐步过渡到切线方程、轨迹问题等综合应用,构建从基础到复杂的学习支架。
其亮点在于分层设计题型(单选至拓广探究),解答题提供多种方法(如第13题中垂线法与方程联立法)培养数学思维的推理能力,拓广探究题(如第16题中点轨迹)发展数学眼光的抽象与创新意识,解析步骤清晰助力数学语言表达。学生能巩固基础提升能力,教师可获分层教学资源。
内容正文:
范围:§2.4~§2.5
第二章 周末练5
答案
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对一对
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题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C C D B D B AD ABD
题号 9 10 11 12 15
答案 ACD 外切 2 D
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(1)方法一 由题可知kAB==,AB的中点坐标为(2,1),
所以线段AB的中垂线方程为y-1=-2(x-2),即2x+y-5=0,
所以圆心C在直线2x+y-5=0上,
又圆心C在直线x+y-3=0上,所以由解得即C(2,1).
又点A(0,0)在圆C上,所以|AC|==,
所以圆C的方程为(x-2)2+(y-1)2=5.
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方法二 设C(x,y),圆C的半径为r,
由题意得解得r2=22+12=5,故圆C
的方程为(x-2)2+(y-1)2=5.
(2)由|MN|=4,得圆心C(2,1)到直线l的距离d==1.
当l的斜率不存在时,点C(2,1)到直线x=3的距离为1,此时l的方程为x=3;
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当l的斜率存在时,设l的方程为y+1=k(x-3),即kx-y-3k-1=0,
则=1,解得k=-,所以l的方程为3x+4y-5=0.
故直线l的一般式方程为x-3=0或3x+4y-5=0.
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(1)设MN的中点为B(x,y),N(x0,y0),
∵M(3,1),∴即
∵点N在圆(x+1)2+(y-1)2=4上,
∴+=4,即(2x-3+1)2+(2y-1-1)2=4,
化简得(x-1)2+(y-1)2=1,
∴轨迹方程E为(x-1)2+(y-1)2=1.
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(2)设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由直线l过点A(-1,0)且与圆E有两个交点,所以直线l的斜率存在且不为0.
设直线l的方程为x=my-1,
联立可得(m2+1)y2-(4m+2)y+4=0,
∴Δ=(4m+2)2-4×4(m2+1)>0,解得m>,y1+y2=,y1y2=,
由·=1得x1x2+y1y2=1,即(my1-1)(my2-1)+y1y2=1,
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化简得(m2+1)y1y2-m(y1+y2)=0,
则(m2+1)·-m·=0,解得m=2,符合题意.
此时直线l的方程为x-2y+1=0,
由圆E的方程知,圆E的圆心坐标为(1,1),半径r=1,
又在直线l的方程中,当x=1时,y=1,即直线l过圆心,
∴|PQ|=2r=2.
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(1)解 由题可知,圆O的圆心O(0,0),半径为2,当PA
⊥x轴时,不妨设P(2,4),A(2,0),如图所示,
所以|AP|=4,|OA|=2,且OA⊥AP,
连接OP,由切线长定理可得|PA|=|PB|,|PO|=|PO|,|OA|
=|OB|,故△PAO≌△PBO,
则S四边形OAPB=2S△OAP=2××|OA|×|AP|=2××2×4=8.
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(2)证明 设P(2t,4),因为M(m,0),
所以直线PM的方程为4(x-m)=(2t-m)y,即4x-(2t-m)y-4m=0,
因为直线PM与圆O相切,所以=2,
整理得3m2+4tm-4t2-16=0,同理有3n2+4tn-4t2-16=0,
所以m,n是关于x的方程3x2+4tx-4t2-16=0的两个实根,
所以m+n=-,mn=-,
所以9m2+9n2+30mn=9(m+n)2+12mn=16t2-4(4t2+16)=-64为定值.
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(3)解 由题知OA⊥AP,OB⊥BP,
所以点A,B在以OP为直径的圆上,
由O(0,0),P(2t,4)得该圆的方程为(x-t)2+(y-2)2=t2+4,
将(x-t)2+(y-2)2=t2+4与x2+y2=4相减,得直线AB的方程为tx+2y-2=0.
取x=0,得y=1,所以直线AB过定点R(0,1),
又因为Q为AB的中点,所以OQ⊥AB,当Q不与R重合时,OQ⊥RQ,又Q可与R重合,
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所以点Q在以OR为直径的圆上,该圆的方程为x2+=.
又AB不可能是该圆的直径,所以点Q不可能与原点重合,
所以点Q的轨迹方程为x2+=(y≠0).
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一、单项选择题
1.圆x2+y2-2x+6y=0的圆心坐标和半径分别为
A.(-1,3),10 B.(-1,3),
C.(1,-3), D.(1,-3),10
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圆的标准方程为(x-1)2+(y+3)2=10,故该圆的圆心为(1,-3),半径为.
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√
2.若点P(1,2)在圆x2+y2+2x-4y+k-2=0外,则实数k的取值范围为
A.(-∞,7) B.(3,+∞)
C.(3,7) D.(0,7)
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由题意可知x2+y2+2x-4y+k-2=0表示圆,
可得4+16-4(k-2)>0,解得k<7,
又P(1,2)在圆外,所以12+22+2-4×2+k-2>0,得k>3,
所以实数k的取值范围为(3,7).
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3.直线y=x+1与圆O:x2+y2=1相交于A,B两点,则△ABO的面积为
A.1 B. C. D.
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方法一 点O到直线y=x+1的距离d==,
又|AB|=2×=,所以S△ABO=××=.
方法二 根据图象可知A(0,1),B(-1,0),所以S△ABO
=×1×1=.
4.一条光线从点(-2,3)射出,经x轴反射后与圆x2+y2-6x-4y+12=0相切,则反射光线所在直线的斜率为
A.或 B.或
C.-或- D.或-
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点(-2,3)关于x轴的对称点Q的坐标为(-2,-3),
圆x2+y2-6x-4y+12=0的圆心为(3,2),半径r=1.
设过点(-2,-3)且与已知圆相切的切线方程为y=k(x+2)-3,即kx-y+2k-3=0,
所以圆心(3,2)到切线的距离d==1,
解得k=或k=.
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5.过圆x2+y2=4外一点P(4,2)作圆的两条切线,切点为A,B,则△ABP的外接圆方程是
A.(x-2)2+(y-1)2=4 B.(x-2)2+(y+1)2=5
C.(x-4)2+(y-2)2=4 D.(x-2)2+(y-1)2=5
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圆x2+y2=4的圆心O(0,0),半径r=2,
由圆的几何性质可知△OPA≌△OPB,
且均为直角三角形,
∴以OP为直径的圆就是△ABP的外接圆,
∵P(4,2),
∴|OP|==2,
且线段OP的中点坐标为(2,1),
∴△ABP的外接圆方程是(x-2)2+(y-1)2=5.
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6.已知M,N是圆C:x2+y2-2y-3=0上的两个点,且|MN|=2,P为MN的中点,Q为直线l:x-y-3=0上的一点,则|PQ|的最小值为
A.2 B. C.2- D.-1
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圆C的标准方程为x2+(y-1)2=4,圆心C(0,1),半径为2,
由|MN|=2,可得|CP|==,
所以点P在以C(0,1)为圆心,为半径的圆上,
又点C到直线l:x-y-3=0的距离d==2,
所以|PQ|的最小值为2-=.
二、多项选择题
7.若点P在圆C1:x2+y2=1上,点Q在圆C2:(x-3)2+(y+4)2=16上,则
A.两个圆的圆心所在直线的斜率为-
B.两个圆的相交弦所在直线的方程为3x-4y-5=0
C.两圆的公切线有两条
D.|PQ|的最小值为0
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圆C1:x2+y2=1的圆心为C1(0,0),半径r1=1,圆C2:(x-3)2+(y+4)2=16的圆心为C2(3,-4),半径r2=4.
两个圆的圆心所在直线的斜率为=-,所以A选项正确;
因为|C1C2|==5,r1+r2=5,所以两圆外切,故没有相交弦,两圆的公切线有三条,当点P、点Q运动到切点时,|PQ|取最小值0,所以BC选项不正确,D选项正确.
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8.设有一组圆Ck:(x-1)2+(y-k)2=k4(k∈N*),则下列四个命题正确的是
A.存在k,使圆与x轴相切
B.存在一条直线与所有的圆均相交
C.存在一条直线与所有的圆均不相交
D.所有的圆均不经过原点
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根据题意得圆的圆心为(1,k),半径为k2,
选项A,当k=k2,即k=1时,圆的方程为(x-1)2+(y-1)2=1,圆与x轴相切,故A正确;
选项B,直线x=1过圆的圆心(1,k),所以直线x=1与所有圆都相交,故B正确;
选项C,圆Ck:圆心(1,k),半径为k2,圆:圆心(1,k+1),半径为(k+1)2,两圆的圆心距d=1,两圆的半径之差R-r=2k+1,即R-r>d,所以Ck含于Ck+1之中,若k取无穷大,则可以认为所有直线都与圆相交,故C错误;
选项D,将(0,0)代入圆的方程,则有1+k2=k4,不存在k∈N*使上式成立,即所有圆均不过原点,故D正确.
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9.已知圆的圆心在直线x=-2上,且与直线l1:x+y-2=0相切于点Q(-1,),过点D(-1,0)作该圆两条互相垂直的弦AE,BF,线段AE,BF的中点分别为M,N,则下列结论正确的是
A.圆的方程为(x+2)2+y2=4
B.弦AE的长度的最大值为2
C.直线MN恒过定点
D.存在点G,使得|NG|为定值
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对于A,设圆心为C(-2,b),圆的半径为r,
由题设可知=,
解得b=0,所以r==2,
故圆的方程为(x+2)2+y2=4,故A正确;
对于B,当AE过圆心C时,AE长度最长,为圆的直径4,故B错误;
对于C,当AE与BF均不是直径时,如图,
解析:
线段AE,BF的中点分别为M,N,
所以CM⊥AE,CN⊥BF,
又AE⊥BF,所以四边形MDNC为矩形,
所以MN与CD互相平分,
即MN过CD的中点,当AE与BF一条为直径时,直线MN即为直线CD,也过点,故C正确;
对于D,存在G,使|NG|=|CD|=,为定值,故D正确.
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三、填空题
10.已知圆C1:x2+y2-2x+2my+1=0(m∈R)的面积被直线x+2y+1=0平分,圆C2:(x+3)2+(y-2)2=16,则圆C1与圆C2的位置关系是 .
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由圆C1的方程知,圆心C1(1,-m),半径r1==|m|,
由圆C2的方程知,圆心C2(-3,2),半径r2=4.
∵圆C1的面积被直线x+2y+1=0平分,∴直线x+2y+1=0过圆心C1(1,-m),
∴1-2m+1=0,解得m=1,∴r1=1.
∵圆心距|C1C2|==5=r1+r2,
∴圆C1与圆C2的位置关系是外切.
11.已知圆C1:(x-1)2+y2=1和圆C2:x2+y2-4x-4y+4=0,则圆C1与C2公切线的长度为 .
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方法一 圆C1:(x-1)2+y2=1的圆心为C1(1,0),半径r1=1,
则y轴为圆C1的切线,切点为O(0,0),
圆C2:x2+y2-4x-4y+4=0的圆心C2(2,2),半径r2=2,
则y轴为圆C2的切线,切点为A(0,2),
如图所示,
又|C1C2|==,r1+r2=3,r2-r1=1,
则r2-r1<|C1C2|<r1+r2,故两圆相交,则y轴为圆C1与C2的一条公切线,
公切线的长度为|OA|=2.
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方法二 圆C1:(x-1)2+y2=1,圆心C1(1,0),半径r1=1,
圆C2:x2+y2-4x-4y+4=0,圆心C2(2,2),半径r2=2,
如图,圆C1,C2与公切线的切点分别为P,Q,作C1M⊥C2Q于M.
∴|C1M|=|PQ|,|C1P|=|MQ|.
又|C1P|=1,|C2Q|=2,∴|C2M|=1.
∵|C1C2|==,
∴|C1M|==2,
∴公切线的长度为|PQ|=2.
12.已知直线l:x+y-4=0与圆C:(x-3)2+y2=4交于A,B两点,与y轴交于点P,
H为AB的中点,则PH的长为 .
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方法一 联立得2x2-14x+21=0,解得x=,所以不妨令A,B,则中点H的横坐标为×=
,纵坐标为×=,所以H,
又直线l:x+y-4=0,
当x=0时,y=4,所以P(0,4),
所以|PH|==.
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方法二 由方法一联立直线与圆的方程得2x2-14x+21=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=7,
所以y1+y2=4-x1+4-x2
=8-(x1+x2)=1,
所以H,下同方法一.
方法三 直线l:x+y-4=0,令x=0,则y=4,
所以P(0,4),圆C的圆心C(3,0),
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|PC|==5,又CH⊥AB,
所以|CH|==,
所以|PH|==.
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四、解答题
13.已知圆C经过A(0,0),B(4,2)两点,且圆心C在直线x+y-3=0上.
(1)求圆C的方程;
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方法一 由题可知kAB==,AB的中点坐标为(2,1),
所以线段AB的中垂线方程为y-1=-2(x-2),即2x+y-5=0,
所以圆心C在直线2x+y-5=0上,
又圆心C在直线x+y-3=0上,所以由解得即C(2,1).
又点A(0,0)在圆C上,所以|AC|==,
所以圆C的方程为(x-2)2+(y-1)2=5.
解:
四、解答题
13.已知圆C经过A(0,0),B(4,2)两点,且圆心C在直线x+y-3=0上.
(1)求圆C的方程;
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方法二 设C(x,y),圆C的半径为r,
由题意得解得r2=22+12=5,故圆C
的方程为(x-2)2+(y-1)2=5.
解:
四、解答题
13.已知圆C经过A(0,0),B(4,2)两点,且圆心C在直线x+y-3=0上.
(2)已知直线l经过点(3,-1),l与圆C相交于M,N两点,|MN|=4,求l的一般式方程.
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由|MN|=4,得圆心C(2,1)到直线l的距离d==1.
当l的斜率不存在时,点C(2,1)到直线x=3的距离为1,此时l的方程为x=3;
当l的斜率存在时,设l的方程为y+1=k(x-3),即kx-y-3k-1=0,
则=1,解得k=-,所以l的方程为3x+4y-5=0.
故直线l的一般式方程为x-3=0或3x+4y-5=0.
解:
14.已知线段MN的端点M(3,1),端点N在圆(x+1)2+(y-1)2=4上运动,线段MN的中点的轨迹方程为E.
(1)求轨迹方程E;
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设MN的中点为B(x,y),N(x0,y0),
∵M(3,1),∴即
∵点N在圆(x+1)2+(y-1)2=4上,
∴+=4,即(2x-3+1)2+(2y-1-1)2=4,化简得(x-1)2+(y-1)2=1,
∴轨迹方程E为(x-1)2+(y-1)2=1.
解:
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14.已知线段MN的端点M(3,1),端点N在圆(x+1)2+(y-1)2=4上运动,线段MN的中点的轨迹方程为E.
(2)过点A(-1,0)的直线l与曲线E交于P,Q两点,若·=1,其中O为坐标原点,求|PQ|.
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设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由直线l过点A(-1,0)且与圆E有两个交点,所以直线l的斜率存在且不为0.
设直线l的方程为x=my-1,
联立可得(m2+1)y2-(4m+2)y+4=0,
解:
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14.已知线段MN的端点M(3,1),端点N在圆(x+1)2+(y-1)2=4上运动,线段MN的中点的轨迹方程为E.
(2)过点A(-1,0)的直线l与曲线E交于P,Q两点,若·=1,其中O为坐标原点,求|PQ|.
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∴Δ=(4m+2)2-4×4(m2+1)>0,解得m>,y1+y2=,y1y2=,
由·=1得x1x2+y1y2=1,即(my1-1)(my2-1)+y1y2=1,
化简得(m2+1)y1y2-m(y1+y2)=0,
则(m2+1)·-m·=0,解得m=2,符合题意.
解:
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14.已知线段MN的端点M(3,1),端点N在圆(x+1)2+(y-1)2=4上运动,线段MN的中点的轨迹方程为E.
(2)过点A(-1,0)的直线l与曲线E交于P,Q两点,若·=1,其中O为坐标原点,求|PQ|.
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此时直线l的方程为x-2y+1=0,
由圆E的方程知,圆E的圆心坐标为(1,1),半径r=1,
又在直线l的方程中,当x=1时,y=1,即直线l过圆心,
∴|PQ|=2r=2.
解:
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15.★★已知A,B是圆C:x2+y2-2x-4y+1=0上的两点,且|AB|=2,点O为坐标原点,则|+|的最小值为
A.2 B.4 C.- D.2-2
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拓广探究
√
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解析:
由于圆C:x2+y2-2x-4y+1=0,即(x-1)2+(y-2)2=4,
故圆C的圆心为C(1,2),半径为2,设H为AB的中点,则CH⊥AB,
又|AB|=2,得|CH|==,即点H在以C为圆心,半径为的圆上,
又+=2,则|+|=2||,
而|OC|==,
则||的最小值为-,
则|+|的最小值为2-2.
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16.★★如图,已知圆O:x2+y2=4,P是直线y=4上的动点,过点P作圆O的两条切线,切点分别为A,B.
(1)若PA⊥x轴,求四边形OAPB的面积;
解:
由题可知,圆O的圆心O(0,0),半径为2,当PA⊥x轴时,不妨设P(2,4),A(2,0),如图所示,
所以|AP|=4,|OA|=2,且OA⊥AP,
连接OP,由切线长定理可得|PA|=|PB|,|PO|=|PO|,|OA|=
|OB|,故△PAO≌△PBO,
则S四边形OAPB=2S△OAP=2××|OA|×|AP|=2××2×4=8.
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16.★★如图,已知圆O:x2+y2=4,P是直线y=4上的动点,过点P作圆O的两条切线,切点分别为A,B.
(2)若直线PA,PB与x轴分别交于点M(m,0),N(n,0),证明:9m2+9n2+30mn为定值;
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设P(2t,4),因为M(m,0),
所以直线PM的方程为4(x-m)=(2t-m)y,即4x-(2t-m)y-4m=0,
因为直线PM与圆O相切,所以=2,
整理得3m2+4tm-4t2-16=0,同理有3n2+4tn-4t2-16=0,
证明:
16.★★如图,已知圆O:x2+y2=4,P是直线y=4上的动点,过点P作圆O的两条切线,切点分别为A,B.
(2)若直线PA,PB与x轴分别交于点M(m,0),N(n,0),证明:9m2+9n2+30mn为定值;
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所以m,n是关于x的方程3x2+4tx-4t2-16=0的两个实根,
所以m+n=-,mn=-,
所以9m2+9n2+30mn=9(m+n)2+12mn=16t2-4(4t2+16)=-64为定值.
证明:
16.★★如图,已知圆O:x2+y2=4,P是直线y=4上的动点,过点P作圆O的两条切线,切点分别为A,B.
(3)求线段AB的中点Q的轨迹方程.
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由题知OA⊥AP,OB⊥BP,
所以点A,B在以OP为直径的圆上,
由O(0,0),P(2t,4)得该圆的方程为(x-t)2+(y-2)2=t2+4,
将(x-t)2+(y-2)2=t2+4与x2+y2=4相减,得直线AB的方程为tx+2y-2=0.
取x=0,得y=1,所以直线AB过定点R(0,1),
解:
16.★★如图,已知圆O:x2+y2=4,P是直线y=4上的动点,过点P作圆O的两条切线,切点分别为A,B.
(3)求线段AB的中点Q的轨迹方程.
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又因为Q为AB的中点,所以OQ⊥AB,当Q不与R重合时,OQ⊥RQ,又Q可与R重合,
所以点Q在以OR为直径的圆上,该圆的方程为x2+=.
又AB不可能是该圆的直径,所以点Q不可能与原点重合,
所以点Q的轨迹方程为x2+=(y≠0).
解:
THANKS
本课结束
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