第2章 2.5.2 圆的一般方程(课件PPT)-【步步高】2025-2026学年高二数学选择性必修第一册学习笔记(湘教版)
2026-08-14
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教辅
山东金榜苑文化传媒有限责任公司
进店逛逛 摘要:
该高中数学课件聚焦圆的一般方程,涵盖方程特点、化标准方程、待定系数法及实际应用。导入通过类比直线一般方程,引导思考二元二次方程与圆的关系,搭建前后知识联系的学习支架。
其亮点在于融入数学眼光(如赵州桥拱圆问题)、数学思维(配方法推理圆的条件)、数学语言(方程描述几何特征),通过例题、跟踪训练和实际应用,培养学生抽象能力与推理意识。小结归纳知识清单与方法,助力学生系统掌握,教师可高效实施教学。
内容正文:
第2章 §2.5 圆的方程
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2.5.2
圆的一般方程
1.掌握圆的一般方程及其特点.
2.会将圆的一般方程化为圆的标准方程,并能熟练地指出圆心的坐标和半径.
3.能根据某些具体条件,运用待定系数法确定圆的方程.
学习目标
导 语
在平面直角坐标系中,我们用二元一次方程的一般形式Ax+By+C=0(A,B不同时为0)代表直线,实现了代数与几何的相互融合,那么,我们不禁要问,对于二元二次方程的一般形式Ax2+By2+Cxy+Dx+Ey+F=0(A,B,C不同时为0),它是否也代表什么曲线类型呢?事实上,圆的方程就是其中一类二元二次方程,仔细想想,它的系数A,B,C有什么要求吗?
一、圆的一般方程的辨析
二、求圆的一般方程
课时对点练
三、圆的一般方程的实际应用
随堂演练
内容索引
圆的一般方程的辨析
一
圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,能否化为二元二次方程的一般形式?
问题1
提示 展开(x-a)2+(y-b)2=r2为x2+y2-2ax-2by+a2+b2-r2=0,令D=-2a,E=-2b,F=a2+b2-r2,则x2+y2+Dx+Ey+F=0,它是二元二次方程的一般形式.
如果方程x2+y2+Dx+Ey+F=0能表示圆的方程,需满足什么条件?
问题2
提示 将方程x2+y2+Dx+Ey+F=0配方可得,+=
,当D2+E2-4F>0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示圆.
1.当D2+E2-4F>0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0叫作圆的一般方程.
2.方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示的图形
条件 图形
D2+E2-4F<0 不表示任何图形
D2+E2-4F=0 表示一个点
D2+E2-4F>0 表示以____________为圆心,以__________为半径的圆
知识梳理
(1)二元二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆,需x2和y2的系数相同且不为0,没有xy这样的二次项,且+-4·>0,即A=C≠0,B=0,D2+E2-4AF>0.
(2)二元二次方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示圆的充要条件是D2+E2-4F>0.
注 意 点
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9
若方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0表示圆.
(1)求实数m的取值范围;
例 1
由表示圆的充要条件,
得(2m)2+(-2)2-4(m2+5m)>0,
解得m<,即实数m的取值范围为.
解
10
(2)写出圆心坐标和半径.
将方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0写成标准方程为(x+m)2+(y-1)2=1-5m,故圆心坐标为(-m,1),半径r=.
解
11
方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示圆的两种判断方法
(1)配方法:将方程配方后,根据圆的标准方程的特征,观察是否表示圆.
(2)由圆的一般方程的定义,判断D2+E2-4F是否为正,确定它是否表示圆.
反
思
感
悟
12
(1)当圆C:x2+y2-4x-2my+2m=0的面积最小时,m的值为
A.4 B.3
C.2 D.1
跟踪训练1
解析
因为圆C:x2+y2-4x-2my+2m=0,所以圆C的标准方程为(x-2)2+(y-m)2=m2-2m+4,从而对于圆C的半径r有r2=m2-2m+4=(m-1)2+3≥3,所以当m=1时,r2取得最小值,从而圆C的面积在m=1时取得最小值.
√
13
(2)点M,N在圆x2+y2+kx+2y-4=0上,且点M,N关于直线x-y+1=0对称,则该圆的面积为 .
解析
圆x2+y2+kx+2y-4=0的圆心坐标是,
由圆的性质,知直线x-y+1=0经过圆心,
∴-+1+1=0,得k=4,
圆x2+y2+4x+2y-4=0的半径为=3,
∴该圆的面积为9π.
9π
14
二
求圆的一般方程
(课本例4) 已知A(0,0),B(6,0),C(-1,7),求△ABC的外接圆的圆心坐标和半径.
例 2
16
设外接圆的一般方程为
x2+y2+Dx+Ey+F=0. ①
将圆上三点的坐标依次代入方程①,得到一个关于D,E,F的三元一次方程组
解这个方程组,得D=-6,E=-8,F=0.
因此,外接圆的方程为x2+y2-6x-8y=0.
整理得(x-3)2+(y-4)2=52.
所以外接圆的圆心坐标为(3,4),半径为5.
解
17
已知A(2,2),B(5,3),C(3,-1).
(1)求△ABC的外接圆的一般方程;
例 2
18
设△ABC外接圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
由题意,得
解得
即△ABC的外接圆的一般方程为x2+y2-8x-2y+12=0.
解
19
(2)若点M(a,2)在△ABC的外接圆上,求a的值.
由(1)知,△ABC的外接圆的方程为x2+y2-8x-2y+12=0,
∵点M(a,2)在△ABC的外接圆上,
∴a2+22-8a-2×2+12=0,
即a2-8a+12=0,解得a=2或a=6.
解
20
求圆的方程的策略
(1)几何法:由已知条件通过几何关系求得圆心坐标、半径,得到圆的方程.
(2)待定系数法:选择圆的一般方程或标准方程,根据条件列关于D,E,F或a,b,r的方程组解出系数得到圆的方程.
反
思
感
悟
21
已知圆C:x2+y2+Dx+Ey+3=0,圆心在直线x+y-1=0上,且圆心在第二象限,半径长为,求圆的一般方程.
跟踪训练 2
22
圆心C,
∵圆心在直线x+y-1=0上,∴---1=0,
即D+E=-2. ①
又∵半径长r==,
∴D2+E2=20. ②
由①②可得
解
23
又∵圆心在第二象限,
∴-<0,即D>0.则
故圆的一般方程为x2+y2+2x-4y+3=0.
解
24
圆的一般方程的实际应用
三
赵州桥,又名安济桥,位于河北省石家庄市赵县的洨河上,距今已有1 400多年的历史,是保存最完整的古代单孔敞肩石拱桥,其高超的技术水平和不朽的艺术价值,彰显了中国劳动人民的智慧和力量.2023年以来,中国文旅市场迎来强劲复苏,某地一旅游景点为吸引游客,参照赵州桥的样式在景区兴建圆拱桥,该圆拱桥的圆拱跨度为16 m,拱高为4 m,在该圆拱桥的示意图中建立如图所示的平面直角坐标系.
例 3
(1)求这座圆拱桥的拱圆的方程;
26
设这座圆拱桥的拱圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,D2+E2-4F>0,
因为该拱圆过A(-8,0),B(8,0),C(0,4),
所以
所以拱圆的一般方程为x2+y2+12y-64=0,
即x2+(y+6)2=100.
解
27
(2)若该景区游船宽10 m,水面以上高3 m,试判断该景区游船能否从桥下通过,并说明理由.(≈1.732)
当x=5时,52+(y+6)2=100,
得y=5-6≈2.66<3,
所以该景区游船不能从桥下通过.
解
28
解应用题的步骤
(1)建模.
(2)转化为数学问题求解.
(3)回归实际问题,给出结论.
反
思
感
悟
29
如图是某圆拱形桥一孔圆拱的示意图.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).
跟踪训练 3
30
建立如图所示的直角坐标系,使线段AB所在直线为x轴,O为坐标原点,由题意知,
解
P(0,4),B(10,0),A(-10,0),
设圆拱所在圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,因为点A,B,P在圆上,
所以
故圆拱所在圆的方程为x2+y2+21y-100=0,
将P2的横坐标x=-2代入圆的方程得y≈3.86.
故支柱A2P2的高度约为3.86 m.
31
1.知识清单:
(1)圆的一般方程.
(2)圆的一般方程的实际应用.
2.方法归纳:待定系数法、几何法、定义法、代入法.
3.常见误区:忽视圆的一般方程表示圆的条件.
课堂小结
随堂演练
四
1
2
3
4
1.若x2+y2-x+y-2m=0是一个圆的方程,则实数m的取值范围是
A. B.
C. D.
√
根据题意,得(-1)2+12-4×(-2m)>0,
所以m>-.
解析
1
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3
4
2.已知圆x2+y2+Dx+Ey+F=0的圆心坐标为(-2,3),则D,E分别为
A.4,-6 B.-4,-6 C.-4,6 D.4,6
圆x2+y2+Dx+Ey+F=0的圆心坐标为,
又已知该圆的圆心坐标为(-2,3),
∴-=-2,-=3,∴D=4,E=-6.
解析
√
1
2
3
4
3.(多选)圆x2+y2-4x-1=0
A.关于点(2,0)对称
B.关于直线y=0对称
C.关于直线x+3y-2=0对称
D.关于直线x-y+2=0对称
√
√
√
1
2
3
4
x2+y2-4x-1=0⇒(x-2)2+y2=5,
即圆心为(2,0).
圆是关于圆心对称的中心对称图形,而点(2,0)是圆心,故A正确;
圆是关于直径所在直线对称的轴对称图形,直线y=0,x+3y-2=0过圆心,直线x-y+2=0不过圆心,故B,C正确,D不正确.
解析
1
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4.过三点O(0,0),M(1,1),N(4,2)的圆的一般方程为 .
设过三点O(0,0),M(1,1),N(4,2)的圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+
F=0,
则
故所求圆的一般方程为x2+y2-8x+6y=0.
解析
x2+y2-8x+6y=0
课时对点练
五
题号 1 2 3 4 5 6 7
答案 C C C A B ABC 2
题号 8 11 12 13 14 15
答案 5(不唯一,取m>4的整数即可) D
ABC x2+y2+4x-6y+8
=0 -2 A
对一对
答案
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(1)圆的方程可化为[x-(t+3)]2+[y+(1-4t2)]2=1+6t-7t2.
由7t2-6t-1<0,得-<t<1.
故t的取值范围是.
(2)由(1)知,圆的圆心坐标为(t+3,4t2-1),半径为.
9.
答案
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(3)r==≤.
所以当t=时,r的最大值为,
此时圆的标准方程为
+=.
10.
答案
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(1)设直线l的方程为x-y+c=0,
∵直线l经过点B(2,4),
∴2-4+c=0,∴c=2,
即直线l的方程为x-y+2=0.
10.
答案
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(2)设C(x0,y0),则kAC·kl=-1,
即=-1, ①
又∵线段AC的中点D在直线l上,
即-+2=0, ②
由①②可得,x0=-1,y0=3,
∴C(-1,3),
设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
10.
答案
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∵A(1,1),B(2,4),C(-1,3)都在圆上,
∴
解得
故△ABC外接圆的方程为x2+y2-x-y+5=0.
16.
答案
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(1)令x=0得f(x)的图象与y轴的交点是(0,b),
令f(x)=x2+2x+b=0,
由题意b≠0,且Δ=4-4b>0,解得b<1,且b≠0.
即实数b的取值范围为{b|b<1,且b≠0}.
(2)设圆C的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
由题意得函数f(x)=x2+2x+b(x∈R)的图象与两坐标轴的三个交点即为圆x2+y2+Dx+Ey+F=0和坐标轴的交点,
16.
答案
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令y=0得,x2+Dx+F=0,由题意可得,这与x2+2x+b=0是同一个方程,故D=2,F=b.
令x=0得,y2+Ey+F=0,由题意可得,此方程有一个根为b,代入此方程得E=-b-1,
所以圆C的方程为x2+y2+2x-(b+1)y+b=0(b<1,且b≠0).
把圆C的方程改写为x2+y2+2x-y-b(y-1)=0,令
解得故圆C过定点(0,1)和(-2,1).
基础巩固
1.若方程x2+y2+2ax+2ay+2a2+a-1=0表示圆,则a的取值范围为
A.R B.a≤1
C.a<1 D.a>1
根据题意,若方程表示圆,则有(2a)2+(2a)2-4(2a2+a-1)>0,解得a<1.
解析
答案
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√
2.圆x2+y2-2x+6y+8=0的面积为
A.8π B.4π
C.2π D.π
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原方程可化为(x-1)2+(y+3)2=2,
∴半径r=,∴圆的面积为S=πr2=2π.
解析
√
3.圆x2+y2-4x-4y-10=0上的点到直线x-y-6=0的最大距离是
A.36 B.8
C.6 D.18
答案
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圆x2+y2-4x-4y-10=0,即(x-2)2+(y-2)2=18,其圆心为(2,2),半径为3,
则圆x2+y2-4x-4y-10=0上的点到直线x-y-6=0的最大距离是+3=
6.
解析
√
4.已知直线l:x+my+2=0,若圆C:x2+y2-6x+4y-3=0上存在两点P,Q关于直线l对称,则m的值为
A. B.
C. D.5
答案
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√
因为圆C:x2+y2-6x+4y-3=0,所以圆C的圆心为(3,-2),又圆C上存在两点P,Q关于直线l对称,所以直线l经过圆C的圆心,从而3-2m+2=0,解得m=.
解析
答案
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5.一辆卡车宽1.6 m,要经过一个半圆形隧道(半径为3.6 m),则这辆卡车的平顶车篷篷顶距地面高度不得超过
A.1.4 m B.3.5 m
C.3.6 m D.2.0 m
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√
建立如图所示的平面直角坐标系,设篷顶距地面的高度为h,则A(0.8,h),半圆所在圆的方程为x2+y2=3.62,
把点A的坐标代入上式可得,0.82+h2=3.62,
解得h=4≈3.5(m).
解析
答案
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6.(多选)若方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示以(2,-4)为圆心,4为半径的圆,则下列结论正确的是
A.的最大值为9
B.圆关于直线y=-2x对称
C.F=4
D.圆与y轴相切
√
√
√
答案
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表示圆上动点(x,y)到定点(2,1)的距离,因为圆心(2,-4)到点(2,1)的距离为5,所以圆上动点(x,y)到定点(2,1)的距离的最大值为5+4=9,A正确;
因为圆心(2,-4)在直线y=-2x上,
所以圆关于直线y=-2x对称,B正确;
由题知
解析
答案
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解得D=-4,E=8,F=4,C正确;
由题知圆心纵坐标的绝对值等于半径,
故该圆与x轴相切,与y轴相交,D错误.
解析
7.若方程x2+y2-ax+by+c=0表示圆心为(1,2),半径为1的圆,则a+b+c= .
答案
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根据题意,得方程x2+y2-ax+by+c=0表示圆心为(1,2),半径为1的圆,
则
∴a+b+c=2.
解析
8.已知函数y=1+loga(2-x)(a>0且a≠1)的图象恒过定点P,且点P在圆x2+y2+
mx+m=0外,则符合条件的整数m的取值可以为______________________
________.(写出一个值即可)
答案
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5(不唯一,取m>4的整数
因为函数y=1+loga(2-x)的图象恒过定点(1,1),所以P(1,1),因为点P在圆x2+y2+mx+m=0外,
所以12+12+m+m>0且m2-4m>0,
解得-1<m<0或m>4,
又m为整数,所以m的取值可以为5,6,7,….
解析
即可)
9.已知方程x2+y2-2(t+3)x+2(1-4t2)y+16t4+9=0表示一个圆.
(1)求t的取值范围;
答案
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圆的方程可化为[x-(t+3)]2+[y+(1-4t2)]2=1+6t-7t2.
由7t2-6t-1<0,得-<t<1.
故t的取值范围是.
解
(2)求这个圆的圆心坐标和半径;
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由(1)知,圆的圆心坐标为(t+3,4t2-1),半径为.
解
(3)求该圆半径r的最大值及此时圆的标准方程.
答案
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r==≤.
所以当t=时,r的最大值为,
此时圆的标准方程为+=.
解
10.已知△ABC的顶点坐标分别为A(1,1),B(2,4),直线l过点B且与直线x-y+1=0平行,点A和点C关于直线l对称.
(1)求直线l的方程;
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设直线l的方程为x-y+c=0,
∵直线l经过点B(2,4),
∴2-4+c=0,∴c=2,
即直线l的方程为x-y+2=0.
解
(2)求△ABC外接圆的方程.
答案
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设C(x0,y0),则kAC·kl=-1,
即=-1, ①
又∵线段AC的中点D在直线l上,
即-+2=0, ②
由①②可得,x0=-1,y0=3,
∴C(-1,3),
设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
解
答案
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∵A(1,1),B(2,4),C(-1,3)都在圆上,
∴
解得
故△ABC外接圆的方程为x2+y2-x-y+5=0.
解
11.若曲线C:x2+y2+2ax-4ay+5a2-4=0上所有的点均在第二象限内,则a的取值范围为
A.(-∞,-2) B.(-∞,-1)
C.(1,+∞) D.(2,+∞)
综合运用
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√
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由题意得,曲线C的标准方程为(x+a)2+(y-2a)2=4,
因此曲线C是圆心为(-a,2a),半径为2的圆.
∵曲线C上所有的点均在第二象限内,
∴解得a>2,
∴a的取值范围是(2,+∞).
解析
12.(多选)已知三角形的三个顶点分别为O(0,0),M(1,1),N(4,2),则
A.边MN的垂直平分线的方程是3x+y-9=0
B.△OMN的面积为1
C.△OMN外接圆的方程为(x-4)2+(y+3)2=25
D.△OMN外接圆的圆心坐标为(-4,3)
答案
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对于A,因为O(0,0),M(1,1),N(4,2),
所以kMN==,MN的中点为,
所以边MN的垂直平分线的方程为y-=-3,即3x+y-9=0,故A正确;
对于B,|MN|==,
边MN所在直线方程为y-1=(x-1),即x-3y+2=0,
则顶点O到边MN的距离为d==,
所以△OMN的面积为|MN|·d=××=1,故B正确;
解析
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对于C,D,设△OMN外接圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
所以
所以△OMN外接圆的方程为x2+y2-8x+6y=0,化为标准方程得(x-4)2+
(y+3)2=25,
所以△OMN外接圆的圆心坐标为(4,-3),故C正确,D错误.
解析
13.圆C:x2+y2-4x+2y=0关于直线y=x+1对称的圆的一般方程为__________
.
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x2+y2+4x-
6y+8=0
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把圆C的方程化为标准方程为(x-2)2+(y+1)2=5,∴圆心C(2,-1).
设圆心C关于直线y=x+1的对称点为C'(x0,y0),则
解得故C'(-2,3),
∴圆C关于直线y=x+1对称的圆的方程为(x+2)2+(y-3)2=5,
即x2+y2+4x-6y+8=0.
解析
14.已知圆C经过点(4,2),(1,3)和(5,1),则圆C与两坐标轴的四个截距之和为 .
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-2
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设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
将(4,2),(1,3),(5,1)代入方程中,
得
解得
所以圆的方程为x2+y2-2x+4y-20=0.
令x=0,则y2+4y-20=0,
解析
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由根与系数的关系得y1+y2=-4;
令y=0,则x2-2x-20=0,
由根与系数的关系得x1+x2=2,
故圆C与两坐标轴的四个截距之和为
y1+y2+x1+x2=-4+2=-2.
解析
15.由曲线x2+y2=|x|+|y|(x,y不同时为0)围成的图形面积为
A.π+2 B.π+4
C. D.π
拓广探究
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当x>0,y>0时,曲线为+=,
当x>0>y时,曲线为+=,
当x<0,y<0时,曲线为+=,
当x<0<y时,曲线为+=,
同时点(±1,0),(0,±1)均在曲线上,如图所示,
解析
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所以曲线围成的图形是由4个半径均为的半圆与1个边长为的正方形组成,
故图形面积为4××π×+=π+2.
解析
16.在平面直角坐标系xOy中,已知二次函数f(x)=x2+2x+b(x∈R)的图象与两坐标轴有三个交点,经过这三个交点的圆记为C.
(1)求实数b的取值范围;
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令x=0得f(x)的图象与y轴的交点是(0,b),
令f(x)=x2+2x+b=0,
由题意b≠0,且Δ=4-4b>0,解得b<1,且b≠0.
即实数b的取值范围为{b|b<1,且b≠0}.
解
(2)圆C是否经过某定点(其坐标与b无关)?请证明你的结论.
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设圆C的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
由题意得函数f(x)=x2+2x+b(x∈R)的图象与两坐标轴的三个交点即为圆x2+y2+Dx+Ey+F=0和坐标轴的交点,
令y=0得,x2+Dx+F=0,由题意可得,这与x2+2x+b=0是同一个方程,故D=2,F=b.
令x=0得,y2+Ey+F=0,由题意可得,此方程有一个根为b,代入此方程得E=-b-1,
所以圆C的方程为x2+y2+2x-(b+1)y+b=0(b<1,且b≠0).
解
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把圆C的方程改写为x2+y2+2x-y-b(y-1)=0,令
解得故圆C过定点(0,1)和(-2,1).
解
第2章 §2.5 圆的方程
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