2.3.1 圆的标准方程(课件PPT)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中数学选择性必修第一册(人教B版)
2026-09-14
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教辅
摘要:
该高中数学课件聚焦“圆的标准方程”,通过“南昌之星”摩天轮情境导入,引导学生从几何要素(圆心、半径)出发,结合自我诊断夯实定义与方程基础,为典例研析中求方程、位置关系判断等题型搭建学习支架。
其特色在于以数学眼光观察现实(摩天轮问题),通过一题多解(待定系数法与几何法)培养数学思维,结合拱桥等实际应用强化数学语言表达。分层训练覆盖基础到综合,助力学生提升直观想象与运算能力,也为教师提供系统教学资源。
内容正文:
2.3 圆及其方程
2.3.1 圆的标准方程
第二章 平面解析几何
1
课标要求
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(直观想象、数学运算).
目 录
CONTENTS
基础落实
典例研析
课时作业
基础落实 >>
目录
4
“南昌之星”摩天轮是目前世界上第二高的摩天轮,它位于江西省南昌市红谷滩新区红角洲赣江边上的赣江市民公园,是南昌市标志性建筑.该摩天轮总高度为160米,转盘直径为153米,比位于英国泰晤士河边的135米高的“伦敦之眼”摩天轮还要高.
【问题】 (1)游客在摩天轮转动过程中离摩天轮中心的距离一样吗?
(2)若以摩天轮中心所在位置为原点,建立平面直角坐标系,游客在任
一点(x,y)的坐标满足什么关系?
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目录
知识点一 圆的标准方程
1. 圆的定义:平面内到 的距离等于 的点的集合叫作圆,
定点称为圆心,定长称为圆的半径.
2. 确定圆的要素是 和 ,如图所示.
定点
定长
圆心
半径
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3. 圆的标准方程:圆心为A(a,b),半径长为r的圆的标准方程
是 .
当a=b=0时,方程为x2+y2=r2,表示以 为圆心、半径为r的
圆.
提醒:(1)圆的标准方程体现了圆的集合性质,突出了圆的几何意义:
圆心位置和半径;(2)当圆心在坐标原点时,圆的方程为x2+y2=r2.
(x-a)2+(y-b)2=r2
原点
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知识点二 点与圆的位置关系
点M(x0,y0)与圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2的位置关系及判断方
法:
位置关系 利用距离判断 利用方程判断
点M在圆上 |CM|=r (x0-a)2+(y0-b)2=r2
点M在圆外 |CM|>r (x0-a)2+(y0-b)2>r2
点M在圆内 |CM|<r (x0-a)2+(y0-b)2<r2
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1. 判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)方程(x-a)2+(y-b)2=m2一定表示圆. ( × )
(2)确定一个圆的几何要素是圆心和半径. ( √ )
(3)圆(x+1)2+(y+2)2=4的圆心坐标是(1,2),半径是4.
( × )
×
√
×
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2. 点(1,1)在圆(x-a)2+(y+a)2=4的内部,则a的取值范围是
( )
A. -1<a<1 B. a<-1
C. a<-1或a>1 D. a>1
解析: ∵点(1,1)在圆(x-a)2+(y+a)2=4的内部,∴(1
-a)2+(1+a)2<4,解得-1<a<1.故选A.
√
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3. 已知圆的方程:(x-2)2+(y+8)2=9,则圆心坐标
,半径为 .
4. 经过原点,圆心在x轴的负半轴上,半径为2的圆的方程是
.
解析:圆心是(-2,0),半径是2,所以圆的方程是(x+2)2+y2=4.
(2,-
8)
3
(x+2)2
+y2=4
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典例研析 >>
目录
12
题型一 求圆的标准方程
(链接教科书第104页例1)(1)求圆心为点C(-2,1),且过点A
(2,-2)的圆的方程;
解: 将圆心(-2,1)代入圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=
r2(r>0),
有(x+2)2+(y-1)2=r2,再将点A(2,-2)代入方程有r2=(2+
2)2+(-2-1)2=52.
从而圆的方程为(x+2)2+(y-1)2=25.
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(2)〔一题多解〕求经过点P(1,1)和坐标原点,并且圆心在直线2x
+3y+1=0上的圆的方程.
解:法一(待定系数法) 设圆的标准方程为(x-a)2+(y-
b)2=r2,
则有 解得
∴圆的标准方程是(x-4)2+(y+3)2=25.
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法二(几何法) 由题意知OP是圆的弦,其垂直平分线为x+y-1=0.
∵弦的垂直平分线过圆心,
∴由 得
即圆心坐标为(4,-3),半径r= =5.
∴圆的标准方程是(x-4)2+(y+3)2=25.
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规律方法
求圆的标准方程的方法
确定圆的标准方程就是设法确定圆心C(a,b)及半径r,其求解的
方法:一是待定系数法,建立关于a,b,r的方程组,进而求得圆的方
程;二是借助圆的几何性质直接求得圆心坐标和半径,一般地,在解决有
关圆的问题时,有时利用圆的几何性质作转化较为简捷.三是已知圆的直
径的两端点A(x1,y1),B(x2,y2),直接写出圆的方程为(x-x1)
(x-x2)+(y-y1)(y-y2)=0,再化简成标准方程.
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1. 〔一题多解〕已知点A(1,-1),B(-1,1),则以线段AB为直
径的圆的方程是( )
A. x2+y2=2 B. x2+y2=
C. x2+y2=1 D. x2+y2=4
解析: 法一 AB的中点坐标为(0,0),|AB|=
=2 ,所以圆的方程为x2+y2=2.
√
法二 以AB为直径的圆的方程为(x-1)(x+1)+(y+1)(y-1)
=0,即x2+y2=2.
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2. 若直线2x+y-1=0是圆x2+(y+a)2=1的一条对称轴,则圆心坐标
为 .
解析:圆x2+(y+a)2=1的圆心为(0,-a),因为直线2x+y-1=0
是圆的一条对称轴,所以圆心(0,-a)在直线2x+y-1=0上,所以
2×0+(-a)-1=0,解得a=-1,故圆心坐标为(0,1).
(0,1)
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题型二 点与圆的位置关系
(链接教科书第106页练习A3题)已知圆N的标准方程为(x-5)2+
(y-6)2=a2(a>0).
(1)若点M(6,9)在圆上,求a的值;
解: 因为点M在圆上,
所以(6-5)2+(9-6)2=a2,
又a>0,可得a= .
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(2)已知点P(3,3)和点Q(5,3),线段PQ(不含端点)与圆N有
且只有一个公共点,求a的取值范围.
解: 由两点间距离公式可得,
|PN|= = ,
|QN|= =3.
因为线段PQ(不含端点)与圆有且只有一个公共点,即P,Q两点一个
在圆N内,另一个在圆N外,又3< ,所以3<a< .即a的取值范
围是(3, ).
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规律方法
判断点与圆的位置关系的方法
(1)确定圆的方程:化为(x-a)2+(y-b)2=r2;
(2)将点的坐标(x0,y0)代入代数式(x-a)2+(y-b)2,比较代
数式的值与r2的大小关系;
(3)下结论:若(x0-a)2+(y0-b)2=r2,表示点在圆上;若(x0-
a)2+(y0-b)2>r2,表示点在圆外;若(x0-a)2+(y0-b)2<
r2,表示点在圆内.
此外,也可以利用点与圆心的距离d与半径r的大小关系来判断.当d
>r时,点在圆外;当d=r时,点在圆上;当d<r时,点在圆内.
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1. 已知a,b是方程x2-x- =0的两个不相等的实数根,则点P(a,
b)与圆C:x2+y2=8的位置关系是( )
A. 点P在圆C内 B. 点P在圆C外
C. 点P在圆C上 D. 无法确定
解析: 由题意,得a+b=1,ab=- ,∴a2+b2=(a+b)2-
2ab=1+2 <8,∴点P在圆C内.
√
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2. 已知点P(2,1)和圆C:(x+ )2+(y-1)2=1,若点P在圆C
上,则实数a= ;若点P在圆C外,则实数a的取值范围
为 .
解析:由题意,得(x+ )2+(y-1)2=1,当点P在圆C上时,(2+
)2+(1-1)2=1,解得a=-2或-6.当点P在圆C外时,(2+ )2+
(1-1)2>1,解得a<-6或a>-2.
-2或-6
(-∞,-6)∪(-2,+∞)
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题型三 圆的方程的应用
为了开发古城旅游观光,某市决定在护城河上建一座圆形拱桥,河面
跨度AB为32米,拱桥顶点C离河面8米.
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(1)如果以跨度AB所在直线为x轴,以AB中垂线为y轴建立如图所示的
直角坐标系,试求出该圆形拱桥所在圆的方程;
解:B(16,0),C(0,8),设圆心(0,b),圆的方程为x2+(y-b)2=r2,
由圆过点B、C可得 解得b=-12,r=20,
所以拱桥所在圆的方程是x2+(y+12)2=400.
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(2)现有游船船宽8米,船顶离水面7米,为保证安全,要求行船顶部与
拱桥顶部的竖直方向高度差至少要0.5米.问这条船能否顺利通过这座拱
桥,并说出理由.
解:可设船右上角竖直方向0.5米处点
为P(4,7.5),
代入圆方程左端得396.25<400,所以点P在
圆内,故船可以通过.
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规律方法
坐标法解决此类问题的“三步曲”
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如图是某圆拱形桥一孔圆拱的示意图.这个圆的圆拱跨度AB=20 m,拱
高OP=4 m,建造时每间隔4 m需要用一根支柱支撑,求支柱A2P2的高度
(精确到0.01 m).
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目录
解:建立如图所示的平面直角坐标系,使圆心
在y轴上.设圆心的坐标是(0,b),圆的半径
是r,那么圆的方程是x2+(y-b)2=r2.
因为P,B都在圆上,所以它们的坐标(0,
4),(10,0)都满足方程x2+(y-b)2=
r2.于是,得到方程组 解得b=-10.5,r2=14.52.
所以圆的方程是x2+(y+10.5)2=14.52.
把点P2的横坐标x=-2代入圆的方程,得(-2)2+(y+10.5)2=14.52,
即y+10.5= (P2的纵坐标y>0,平方根取正值).所以y= -10.5≈14.36-10.5=3.86(m).
故支柱A2P2的高度约为3.86 m.
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1. 圆心为(-1,0),半径为5的圆的方程是( )
A. (x+1)2+y2= B. (x+1)2+y2=25
C. (x-1)2+y2= D. (x-1)2+y2=25
解析: 因为圆心为(-1,0),半径为5,则圆的方程是(x+1)2+
y2=25.故选B.
√
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2. 点P(a,10)与圆(x-1)2+(y-1)2=2的位置关系是( )
A. 在圆内 B. 在圆上
C. 在圆外 D. 不确定
解析:∵(a-1)2+(10-1)2=81+(a-1)2>2,∴点 P在圆外.
√
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3. 若直线y=ax+b经过第一、二、三象限,则圆C:(x+a)2+(y
+b)2=1的圆心位于( )
A. 第一象限 B. 第二象限
C. 第三象限 D. 第四象限
解析: 因为直线y=ax+b经过第一、二、三象限,所以a>0,b>
0,因为圆C:(x+a)2+(y+b)2=1的圆心为(-a,-b),所以
圆心位于第三象限,故选C.
√
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4. 经过点(-2,0),(-2,2)且圆心在直线l:x+y=0上的圆的标
准方程为 .
解析:若经过点(-2,0),(-2,2),则圆心在直线y=1上,又圆心
在直线l:x+y=0上,令y=1,则x=-1,故圆心坐标为(-1,1),
半径为r= = ,故所求圆的标准方程为
(x+1)2+(y-1)2=2.
(x+1)2+(y-1)2=2
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课时作业 >>
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34
1. 圆C:(x-2)2+(y+1)2=3的圆心坐标为( )
A. (2,1) B. (2,-1)
C. (-2,1) D. (-2,-1)
解析: 结合圆的标准形式可知,圆C的圆心坐标为(2,-1).
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2. 已知圆C的圆心为(2,-3),且过点(0,0),则圆的方程为
( )
A. (x+2)2+(y-3)2=5
B. (x-2)2+(y+3)2=5
C. (x+2)2+(y-3)2=13
D. (x-2)2+(y+3)2=13
解析: 根据题意可设圆的方程为(x-2)2+(y+3)2=r2(r>
0),因为圆C过点(0,0),所以(0-2)2+(0+3)2=r2,解得r2=
13,所以圆的方程为(x-2)2+(y+3)2=13.故选D.
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3. 方程(x+a)2+(y-a)2=2a2(a≠0)表示的圆( )
A. 关于x轴对称
B. 关于y轴对称
C. 关于直线x-y=0对称
D. 关于直线x+y=0对称
解析: 易得圆心C(-a,a),即圆心在直线y=-x上,所以该圆
关于直线x+y=0对称,故选D.
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4. 已知圆C1:(x-1)2+(y-2)2=9与圆C2关于x轴对称,则C2的方
程为( )
A. (x-1)2+(y+2)2=9
B. (x+1)2+(y-2)2=9
C. (x+1)2+(y+2)2=9
D. (x-2)2+(y-1)2=9
解析: 圆C1:(x-1)2+(y-2)2=9的圆心(1,2)关于x轴对称
的点(1,-2),故圆C2的方程为(x-1)2+(y+2)2=9.故选A.
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5. 〔一题多解〕过点A(1,-1),B(-1,1),且圆心在直线x+y-
2=0上的圆的方程是( )
A. (x-3)2+(y+1)2=4
B. (x+3)2+(y-1)2=4
C. (x-1)2+(y-1)2=4
D. (x+1)2+(y+1)2=4
解析: 法一 设圆心C的坐标为(a,b),半径为r.因为圆心C在直
线x+y-2=0上,所以b=2-a.又|CA|2=|CB|2,所以(a-1)2
+(2-a+1)2=(a+1)2+(2-a-1)2,所以a=1,b=1,所以r
=2.所以方程为(x-1)2+(y-1)2=4.
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法二 由已知条件得AB的垂直平分线方程l1:y=x,由
解得 所以圆心坐标为(1,1),所以r2=(1-1)2+[1-(-
1)]2=4,所以圆的方程为(x-1)2+(y-1)2=4.
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A. (x-3)2+(y+1)2=4
B. (x-1)2+(y-1)2=4
C. (x+1)2+(y+1)2=4
D. (x+3)2+(y-1)2=4
6. 〔多选〕过点A(1,-1)与B(-1,1)且半径为2的圆的方程可以
为( )
√
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解析: 因为圆过点A(1,-1)与B(-1,1),所以圆心在线段
AB的垂直平分线上,其中kAB= =-1,设圆心所在的直线为l,
则kAB·kl=-1,解得kl=1,又因为A(1,-1)与B(-1,1)的中点
坐标为(0,0),所以直线l为y=x,设圆心坐标为(m,m),因为半
径为2,所以圆的方程为(x-m)2+(y-m)2=4,代入A(1,-1)
得(1-m)2+(-1-m)2=4,解得m=±1,综上圆的方程为(x-
1)2+(y-1)2=4或(x+1)2+(y+1)2=4.故选B、C.
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7. 已知点A(2,1),B(-2,3),C(0,1),则△ABC的外接圆方
程为 .
解析:设△ABC外接圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,因为A
(2,1),B(-2,3),C(0,1)在圆上,所以
解得 因此△ABC外接圆的
方程为(x-1)2+(y-4)2=10.
(x-1)2+(y-4)2=10
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8. 已知半径为1的圆C关于直线2x-y-4=0对称,写出圆C的一个标准
方程 .
解析:由题可知,圆C关于直线2x-y-4=0对称,半径为1,则圆心C在
直线2x-y-4=0上,则当x=2时,y=0,所以当圆心C为(2,0)时,
圆C的标准方程为(x-2)2+y2=1.
(x-2)2+y2=1(答案不唯一)
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9. 已知圆C:(x-2)2+(y+m-4)2=1,当m变化时,圆C上的点
到原点的最短距离是 .
解析:由题意可得,圆C的圆心坐标为(2,4-m),半径为1,圆C上的
点到原点的最短距离是圆心到原点的距离减去半径1,即dmin=
-1,当m=4时,dmin最小,此时dmin=1.
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10. 已知圆过点A(1,-2),B(-1,4).
(1)求周长最小的圆的方程;
解: 当线段AB为圆的直径时,过点A,B的圆的半径最小,从而周
长最小,即圆心为线段AB的中点(0,1),半径r= |AB|= .
则所求圆的方程为x2+(y-1)2=10.
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(2)求圆心在直线2x-y-4=0上的圆的方程.
解: 直线AB的斜率k= =-3,
即线段AB的垂直平分线的方程是y-1= x,即x-3y+3=0.
由 解得
即圆心的坐标是C(3,2).
∴r2=|AC|2=(3-1)2+(2+2)2=20.
∴所求圆的方程是(x-3)2+(y-2)2=20.
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11. 若直线l:ax+by-5=0(ab>0)始终平分圆C:(x-3)2+(y
-2)2=25的周长,则 + 的最小值为 .
解析:∵直线l:ax+by-5=0(ab>0)始终平分圆C:(x-3)2+
(y-2)2=25的周长,∴圆心C(3,2)在直线l上,可得3a+2b=5,
又ab>0,∴a>0,b>0,则 + = (3a+2b)= ≥ =5,当且仅当a=b=1时等号成立.∴ +
的最小值为5.
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12. 已知两点A(-1,0),B(0,2),点P是圆(x-1)2+y2=1上任
意一点,则△PAB面积的最大值为 (4+ ) ,最小值为 (4-
.
(4+ )
(4-
)
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数学·选择性必修第一册(B 版)
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解析:点A(-1,0),B(0,2)所在的直线方程为2x-y+2=0,圆
(x-1)2+y2=1的圆心到直线的距离为 = ,又|AB|
= ,所以△PAB面积的最大值为 × × = (4+ ),最
小值为 × × = (4- ).
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13. 已知实数x,y满足y= ,则t= 的取值范围是 t≤- 或
.
解析:曲线y= 表示x2+y2=9(y≥0)的上半圆,
t可以看成该上半圆上的动点P(x,y)与定点A(-1,
-3)连线的斜率kAP,如图所示,A(-1,-3),
B(3,0),C(-3,0),则kAB= ,kAC=- ,
AQ⊥x轴,Q点在上半圆上,当动点P由Q点运动到C点时,-∞<AP≤kAC,当动点P由B点运动到Q点时,kAB≤kAP<+∞,所以t≤- 或t≥ .
t≤- 或
t≥
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14. 已知圆C:(x-3)2+(y-3)2=10,直线l:x+y-6=0.
(1)若从点M(4,1)发出的光线经过直线y=-x反射,反射光线l1恰
好平分圆C的圆周,求反射光线l1的一般方程;
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解:因为l1恰好平分圆C的圆周,所以l1经过圆心C(3,3),
设点M(4,1)关于直线y=-x的对称点为N(x,y),
则直线MN与直线y=-x垂直,且线段MN的中点在y=-x上,
即 解得 所以N(-1,-4),
所以直线CN即为直线l1,且 =kCN= = ,
所以直线l1方程为y-3= (x-3),即7x-4y-9=0.
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(2)若点Q在直线l上运动,A(4,0),B(0,4),求|QA|2+|
QB|2的最小值.
解: 由点Q在直线l:x+y-6=0上,设Q(m,6-m),
则|QA|2+|QB|2=(4-m)2+(-6+m)2+(-m)2+(4-6
+m)2=4m2-24m+56=4(m-3)2+20,
所以当m=3时,|QA|2+|QB|2取得最小值为20.
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