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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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? 数学·选择性必修第一册(B 版) 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  数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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  数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. ( × ) × √ × 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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  数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 (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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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) 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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= . 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 (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, ). 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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,+∞)  数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 (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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 (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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 规律方法 坐标法解决此类问题的“三步曲” 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录  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). 数学·选择性必修第一册(B 版) 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. 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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  数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 课时作业 >> 目录 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). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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(  ) √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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)  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 1  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 (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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 5  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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- )  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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- ). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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≥   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 (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. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 数学·选择性必修第一册(B 版) 目录 $

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