专题七 直线与圆综合《真题淬炼·题型通关》期中讲义-2026-2027学年高二上学期数学人教A版选择性必修第一册
2026-10-17
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普通
内容正文:
人教A版高二上期中专项复习 · 专题七 直线与圆综合
全国各地市期中真题精选 · 6 题型讲练 + 过关检测
【学生版】
班级:______________
姓名:______________
题 型 目 录
题型
考点
例题来源
题数
弦长与切线问题
弦长与切线 · 直线与圆综合
2026华中师大一附中期中
7 题
切点弦与相关弦
直线与圆综合 · 弦长与切线
2026玉溪一中期中
5 题
直线与圆最值
直线与圆综合
2026长郡中学期中练习
6 题
直线与圆参数范围
直线与圆综合 · 直线与圆位置关系 · 圆与圆位置关系
2026长郡中学期中
6 题
直线与圆综合(定点与存在性)
直线与圆综合
2026苏州中学期中
5 题
位置关系与轨迹综合多选
直线与圆综合 · 圆的方程
2027唐河一高月考
6 题
知识清单
▍一、概念梳理
1. 直线与圆的综合问题:以位置关系为载体,综合考查弦长、切线、最值、参数范围、定点与存在性,几何意义优先是本册主线。
2. 圆的几何意义: 型是点到原点距离的平方、 型是点与原点连线的斜率、 型是两点距离——代数式都对应几何量。
▍二、法则与公式
1. 弦长:;一般曲线弦长 。
2. 切线长:;圆上两点间距离不超过 。
3. 圆上点到直线距离的最值:圆心到直线距离 加减半径,即最大 、最小 。
▍三、方法技巧
1. 最值三招:几何意义直接读(距离型、斜率型)、参数化后用二次函数(设圆上点 )、转化后再用均值不等式。
2. 参数范围:由位置关系的临界条件(相切、过定点、恰有公共点)列等式或不等式,端点能否取到逐一检验。
3. 定点与存在性:先用特殊直线(水平、竖直)猜定结论,再对一般情形联立验证;存在性最后必须回应。
▍四、易错警示
1. 几何意义看错: 的最值是圆心距与半径的运算,误用圆上坐标直接平方展开会繁且易错。
2. 参数范围丢端点:相切是相交与相离的临界,端点是否可取要依位置关系类型判断。
3. 多选题逐项独立:圆的对称性可以加速判断,但每项结论必须有计算或图形依据。
弦长与切线问题
方法要领 弦长 (垂径定理);切线用圆心到直线距离等于半径,过圆上一点只有一条、过圆外一点有两条(注意斜率不存在情形)。
【例】(2026华中师大一附中期中 15)已知圆 与直线 相切于坐标原点,且 为圆 与 轴的一个交点.
(1) 求圆 的方程;
(2) 求与圆 相切且在两坐标轴上截距相等的直线的方程.
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【练1】(2026武汉部分重点中学期中 16)已知圆 过点 和 ,且圆心 在 轴上.
(1) 求圆 的标准方程;
(2) 若直线 过点 ,且被圆 截得的弦长为 ,求直线 的方程.
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【练2】(2026长郡中学期中练习 18)已知圆 ,点 .
(1) 求过点 的圆 的切线 的方程;
(2) 若直线 过点 且被圆 截得的弦长为 ,求直线 的方程.
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【练3】(2026东北育才学校期中 15)已知圆 .
(1) 已知点 在圆 的外部,求 的取值范围;
(2) 若 ,过 作圆 的切线,求切线的方程.
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【练4】(2025钱塘联盟期中 13)已知直线 与圆 交于 , 两点,若 的面积为 2,则实数 的值为______.
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【练5】(2027唐河一高月考 16)已知圆 .
(1) 若直线 与圆 相切,且在两坐标轴上的截距相等,求直线 的方程;
(2) 过点 的直线 与圆 交于 , 两点,线段 的中点为 ,求点 的轨迹方程.
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【练6】(2026长郡中学期中 14)已知 是圆 内一点,若过点 恰好可以作 7 条长度为正整数的弦,则所有符合条件的点 构成的区域(忽略边界)面积为______.
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切点弦与相关弦
方法要领 切点弦方程用构造圆(以圆心和切点间线段为直径的圆)与已知圆联立;公共弦由两圆方程相减。
【例】(2026玉溪一中期中 9)已知点 在圆 上,点 、,则( )(多选)
A.点 到直线 的距离小于
B.点 到直线 的距离大于
C.当 最小时,
D.当 最大时,
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【练1】(2026杭州二中期中 6)自点 发出的光线 经过 轴反射,其反射光线所在直线与圆 相切,则满足条件的反射光线所在直线的斜率之积为( )
A.
B.
C.
D.
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【练2】(2025广州天河外国语期中 7)已知圆 ,直线 ,点 在直线 上运动,直线 分别与圆 相切于点 ,则四边形 的面积的最小值为( )
A.
B.
C.
D.
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【练3】(2026杭州学军中学期中 16)已知圆 ,圆 .
(1) 求圆 与圆 的公共弦长;
(2) 已知过原点的动直线与圆 相交于不同的两点 ,求线段 的中点 的轨迹方程.
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【练4】(2026南京五校共同体期中 10)已知圆 和直线 ,则下列说法正确的是( )(多选)
A.当 时,直线 被圆截得的弦长为
B.当 时,圆上到直线 的距离为 的点有 个
C.当 时,过直线 上一点 作圆 的两条切线,切点分别为 ,则四边形 面积最小值为
D.当 时,过直线 上一点 作圆 的两条切线,切点分别为 ,则直线 恒过定点
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直线与圆最值
方法要领 最值转化为圆心到直线的距离加减半径,如 型看圆心到原点距离、 型看斜率; 型先配方化为圆上动点到定点距离平方的倍数再求。
【例】(2026长郡中学期中练习 17)已知实数 , 满足方程 .
(1) 求 的最大值和最小值;
(2) 求 的最大值和最小值;
(3) 求 的最大值和最小值.
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【练1】(2025三明二中期中 7)已知点 , 为圆 上两点,,点 为线段 的中点,点 为直线 上的动点,则 的最小值为( )
A.
B.
C.
D.
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【练2】(2027唐河一高月考 6)直线 被圆 所截得的弦中,最短弦所在的直线的方程是( )
A.
B.
C.
D.
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【练3】(2026宁波六校联盟期中 17)已知圆 外有一点 ,过点 作直线 .
(1) 当直线 与圆 相切时,求直线 的方程;
(2) 点 为圆上任意一点,已知 ,求 的最小值.
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【练4】(2025钱塘联盟期中 8)已知直线 与 相交于点 ,线段 是圆 的一条动弦,且 ,则 的最小值为( )
A.
B.
C.
D.
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【练5】(2026哈尔滨三中期中 14)已知直线 ()恒过定点 ,圆 上的两点 , 满足 (),则 的最小值为______.
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直线与圆参数范围
方法要领 参数范围由位置关系的临界条件(相切、相交的 、距离恰等、到定直线距离为定值的点分布于平行线)列不等式(组),注意端点能否取到、多条件取交集。
【例】(2026长郡中学期中 18)设 ,,,圆 过 ,, 三个点.
(1) 求圆 的方程;
(2) 设点 ,若圆 上存在两个不同的点 ,使得 成立,求实数 的取值范围;
(3) 设斜率为 的直线 与圆 相交于 , 两点(, 均不与原点 重合),直线 , 的斜率分别为 ,,且 ,证明:直线 恒过定点.
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【练1】(2026雅礼教育集团期中 7)若直线 与圆 交于 , 两点,则 的取值不可能为( )
A.
B.3
C.
D.4
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【练2】(2025安岳中学期中 8)若圆 上存在两个点到直线 的距离为 ,则实数 的取值范围是( )
A.
B.
C. 或
D. 或
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【练3】(2026南京五校共同体期中 16)设 ,,,,圆 的圆心在 轴的正半轴上,且过 中的三个点.
(1) 求圆 的方程;
(2) 若圆 上存在两个不同的点 ,使得 成立,求实数 的取值范围.
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【练4】(2026辽宁七校协作体期中 18)已知圆 ,圆 的圆心在直线 上,且过点 ,.
(1) 求圆 的标准方程;
(2) 已知第二象限内的点 在圆 上,过点 作圆 的切线 恰好与圆 相切,求 的斜率;
(3) 判断是否存在斜率为 的直线 与圆 交于点 ,与圆 交于点 ,且 ,若存在,求出 ;若不存在,请说明理由.
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【练5】(2026山东省实验中学期中 17)已知圆 的圆心在直线 上,并且经过点 ,与直线 相切.
(1) 求圆 的标准方程;
(2) 若直线 与圆 相交于两个不同的点 ,,且满足 ,求实数 的取值范围.
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直线与圆综合(定点与存在性)
方法要领 定点问题先由特殊位置猜测定点,再对一般情形验证;存在性假设存在后化为方程有解问题。
【例】(2026苏州中学期中 16)在平面直角坐标系 中,已知圆 ,直线 .
(1) 求动直线 经过的定点 的坐标;
(2) 当直线 与圆 相交,截得的弦长等于 时,求直线 的方程;
(3) 当直线 与圆 相离时,求直线 的斜率 的取值范围.
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【练1】(2027唐河一高月考 18)已知圆 ,直线 的斜率为 ,与圆交于 、 两点.
(1) 若直线 经过圆 的圆心,求出直线的方程;
(2) 当直线 平行移动的时候,求 面积的最大值以及此时直线 的方程;
(3) 是否存在直线 ,使以线段 为直径的圆过原点?若存在,求出直线 的方程,若不存在,说明理由.
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【练2】(2026玉溪一中期中 18)已知圆 经过 ,, 三点.
(1) 求圆 的方程.
(2) 若经过点 的直线 与圆 相切,求直线 的方程.
(3) 已知直线 与圆 交于 (异于 点)两点,若直线 的斜率之积为 ,试问直线 是否经过定点?若经过,求出该定点坐标;若不经过,请说明理由.
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【练3】(2025抚顺四方高中期中 17)已知圆 ,直线 .
(1) 求证:直线 与圆 恒有两个交点;
(2) 若直线 与圆 交于点 ,,求 面积的最大值,并求此时直线 的方程.
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【练4】(2026苏州中学期中 18)在平面直角坐标系 中,记二次函数 的图象交 轴于 , 两点,交 轴于点 ,经过 ,, 三点的圆记为圆 .
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位置关系与轨迹综合多选
方法要领 多选题逐项独立判断:先求直线系定点并看点与圆位置关系定恒相交与最短弦;公切线条数与公共弦由两圆位置关系定;含绝对值的组合曲线先分象限去绝对值化为圆弧,再用对称性与弧长公式数形结合。
【例】(2027唐河一高月考 10)以下四个命题中表述正确的是( )(多选)
A.直线 恒过定点
B.圆 与圆 恰有三条公切线
C.两圆 与 的公共弦所在直线方程为
D.已知圆 , 为直线 上一动点,过点 向圆 引一条切线 ( 为切点),则 的最小值为 2
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【练1】(2026成都石室中学期中 9)元素 ,, 属于集合 ,,其中 ,则下列说法正确的是( )(多选)
A. 中元素个数不定
B. 表示在 轴、 轴上的截距相等的直线时,直线方程为 或
C.设 ,若点 ,则直线 的方程为
D.若 中有两个元素 ,,则线段 中点的轨迹长度为
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【练2】(2026山东省实验中学期中 9)已知直线 与圆 ,则下列说法正确的是( )(多选)
A.直线 恒过定点
B.直线 与圆 恒相交
C.直线 被圆 截得的最短线段长为
D.圆 与圆 恰有 条公切线
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【练3】(2026长郡中学期中 10)已知圆 ,圆 , 为坐标原点,动点 在 轴上,动点 在圆 上,线段 的中点为 . 则下列选项正确的是( )(多选)
A. 的轨迹方程为
B.过点 作圆 的一条切线,则切线长最短为
C.圆 和圆 有两条公切线
D. 的最大值为
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【练4】(2025钱塘联盟期中 11)数学中有许多形状优美、寓意美好的曲线,曲线 就是其中之一,下列几个结论正确的是( )(多选)
A.曲线 关于 轴对称
B.曲线 恰好经过 个整点(即横、纵坐标均为整数的点)
C.曲线 在第一象限的点的纵坐标的最大值为
D.曲线 上任意一点到原点的距离都不超过
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【练5】(2025安岳中学期中 11)已知曲线 ,则下列结论正确的是( )(多选)
A.曲线 关于 轴对称
B.曲线 关于原点对称
C.曲线 的周长为
D.直线 与曲线 恰有 个交点
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专题过关检测(限时40分钟 · 满分90分)
一、单选题(每小题6分)
1.(6分)(2025广州天河外国语期中 5)一条光线从点 射出,经 轴反射后与圆 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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2.(6分)(2026巴蜀中学期中 7)已知直线 与圆 相交于 、 两点,若 为整数,则这样的直线 有( )条.
A.
B.
C.
D.
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3.(6分)(2026东北育才学校期中 5)点 在单位圆上运动,则 点到直线 ( 为任意实数)的距离的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
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4.(6分)(2026玉溪一中期中 6)已知圆 ,直线 ,若 与圆 交于 , 两点,设坐标原点为 ,则 的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
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二、多选题(每小题6分)
5.(6分)(2026大连二十四中期中 10)已知过点 的直线 与圆 交于 , 两点, 为坐标原点,则( )(多选)
A. 的最大值为 4
B. 的最小值为
C.点 到直线 的距离的最大值为
D. 的面积为 3
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6.(6分)(2026华中师大一附中期中 10)已知圆 ,直线 ,则下列结论正确的是( )(多选)
A.直线 经过定点
B.圆 上的点到直线 的距离的最大值为
C.若圆 上有且仅有一个点到直线 的距离等于 1,则这样的直线 有 2 条
D.若 ,过直线 上一点作圆 的两条切线,切点分别为 ,,则 的中点到点 的距离的最小值为
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7.(6分)(2026重庆一中期中 9)已知直线 ,圆 ,则下列结论正确的是( )(多选)
A.直线 和圆 总有公共点
B.直线 被圆 截得的最短弦长为
C.若圆 与圆 有且只有一条公切线,则实数
D.当 时,圆 上恰有两个点到直线 的距离等于
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三、填空题(每小题6分)
8.(6分)(2026山东省实验中学期中 12)直线 与圆 交于 , 两点,则 ______.
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9.(6分)(2025安岳中学期中 13)已知圆 , 是 轴上动点, 分别是圆 的切线,切点分别为 两点,则直线 恒过定点 ______.
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10.(6分)(2026东北育才学校期中 13)已知圆 ,直线 , 为 上的动点. 过点 作圆 的切线 ,,切点为 ,,当 最小时,直线 的方程为 ______.
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四、解答题(每小题15分)
11.(15分)(2025广州中学期中 17)已知圆心为 的圆经过点 和 ,且圆心 在直线 上.
(1) 求圆 的标准方程及过点 的切线方程;
(2) 直线 与圆 相交于 , 两点,且 ,求实数 的值.
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12.(15分)(2026大连二十四中期中 19)已知圆 和圆 .
(1) 若圆 与圆 相交,求 的取值范围;
(2) 若直线 与圆 交于 , 两点,且 ,求实数 的值;
(3) 若 ,设 为平面上的点,且满足:存在过点 的无穷多对互相垂直的直线 和 ,它们分别与圆 和圆 相交,且直线 被圆 截得的弦长与直线 被圆 截得的弦长相等,试求所有满足条件的点 的坐标.
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期中专项复习 · 高二学生版
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题型
考点
例题来源
题数
弦长与切线问题
弦长与切线 · 直线与圆综合
2026华中师大一附中期中
7 题
切点弦与相关弦
直线与圆综合 · 弦长与切线
2026玉溪一中期中
5 题
直线与圆最值
直线与圆综合
2026长郡中学期中练习
6 题
直线与圆参数范围
直线与圆综合 · 直线与圆位置关系 · 圆与圆位置关系
2026长郡中学期中
6 题
直线与圆综合(定点与存在性)
直线与圆综合
2026苏州中学期中
5 题
位置关系与轨迹综合多选
直线与圆综合 · 圆的方程
2027唐河一高月考
6 题
知识清单
▍一、概念梳理
1. 直线与圆的综合问题:以位置关系为载体,综合考查弦长、切线、最值、参数范围、定点与存在性,几何意义优先是本册主线。
2. 圆的几何意义: 型是点到原点距离的平方、 型是点与原点连线的斜率、 型是两点距离——代数式都对应几何量。
▍二、法则与公式
1. 弦长:;一般曲线弦长 。
2. 切线长:;圆上两点间距离不超过 。
3. 圆上点到直线距离的最值:圆心到直线距离 加减半径,即最大 、最小 。
▍三、方法技巧
1. 最值三招:几何意义直接读(距离型、斜率型)、参数化后用二次函数(设圆上点 )、转化后再用均值不等式。
2. 参数范围:由位置关系的临界条件(相切、过定点、恰有公共点)列等式或不等式,端点能否取到逐一检验。
3. 定点与存在性:先用特殊直线(水平、竖直)猜定结论,再对一般情形联立验证;存在性最后必须回应。
▍四、易错警示
1. 几何意义看错: 的最值是圆心距与半径的运算,误用圆上坐标直接平方展开会繁且易错。
2. 参数范围丢端点:相切是相交与相离的临界,端点是否可取要依位置关系类型判断。
3. 多选题逐项独立:圆的对称性可以加速判断,但每项结论必须有计算或图形依据。
弦长与切线问题
方法要领 弦长 (垂径定理);切线用圆心到直线距离等于半径,过圆上一点只有一条、过圆外一点有两条(注意斜率不存在情形)。
【例】(2026华中师大一附中期中 15)已知圆 与直线 相切于坐标原点,且 为圆 与 轴的一个交点.
(1) 求圆 的方程;
(2) 求与圆 相切且在两坐标轴上截距相等的直线的方程.
【答案】(1) ;(2) 或 或
【分析】(1) 设圆的标准方程,由过点 、过原点、圆心与切点连线的斜率为 列方程组求解;(2) 按直线是否过原点分类,利用圆心到切线的距离等于半径求解。
【详解】(1) 解:设圆 的标准方程为 ,
∵ 圆 过点 且过切点原点,又圆心与切点连线垂直于切线 ,
∴ 可列方程组 ,
解得 ,且半径 ,
∴ 圆 的标准方程为 。
(2) 当切线过原点时,设切线方程为 ,即 ,
则圆心到切线的距离 ,解得 ,此时切线为 ;
当切线不过原点时,由两截距相等设切线方程为 ,即 ,
则 ,即 ,解得 ,
此时切线为 或 .
综上,所求切线方程为 或 或 .
【练1】(2026武汉部分重点中学期中 16)已知圆 过点 和 ,且圆心 在 轴上.
(1) 求圆 的标准方程;
(2) 若直线 过点 ,且被圆 截得的弦长为 ,求直线 的方程.
【答案】(1) ;(2) 或
【分析】(1) 设圆心 ,把 , 两点代入标准方程联立求 与半径;(2) 由垂径定理求出圆心到直线 的距离,按斜率存在与否分类求直线方程。
【详解】(1) 解:∵ 圆心 在 轴上,设圆 的标准方程为 ,
将 , 代入得 ,
两式相减得 ,即 ,解得 ,
∴ ,即 ,
∴ 圆 的标准方程为 。
(2) 解:由 (1) 知圆心 ,半径 ,
∵ 直线 被圆 截得的弦长为 ,
由垂径定理得圆心 到直线 的距离 ,
① 当直线 的斜率不存在时,直线 为 ,圆心 到它的距离为 2,符合题意;
② 当直线 的斜率存在时,设 ,即 ,
由点到直线的距离公式得 ,即 ,
两边平方得 ,解得 ,此时直线 的方程为 ,
综上,直线 的方程为 或 。
【练2】(2026长郡中学期中练习 18)已知圆 ,点 .
(1) 求过点 的圆 的切线 的方程;
(2) 若直线 过点 且被圆 截得的弦长为 ,求直线 的方程.
【答案】(1) ;(2) 或
【分析】(1) 点 在圆上,切线只有一条,由 或圆心到直线距离等于半径求解;(2) 由垂径定理求出弦心距,按斜率存在与否分类求直线。
【详解】(1) 解:∵ ,∴ 点 在圆 上(点与圆的位置关系)。
∴ 过 的切线只有一条,且 。
∵ (斜率公式),∴ 切线斜率 (垂直 ⟺ 斜率之积为 )。
由点斜式得 ,即 。
(2) 解:圆心 ,半径 。
当直线 的斜率不存在时,直线为 ,圆心到它的距离为 ,
弦长为 (垂径定理),符合题意。
当斜率存在时,设 ,即 ,
则圆心到直线的距离 (点到直线的距离公式)。
由垂径定理得弦长 ,解得 。
∴ ,两边平方得 ,解得 ,
此时直线为 ,即 。
综上,直线 的方程为 或 。
【练3】(2026东北育才学校期中 15)已知圆 .
(1) 已知点 在圆 的外部,求 的取值范围;
(2) 若 ,过 作圆 的切线,求切线的方程.
【答案】(1) ;(2) 或
【分析】(1) 方程表示圆需 ,点在圆外等价于把点代入方程左边大于 ,联立求解;(2) 按切线斜率存在与否分类,由圆心到切线的距离等于半径求解。
【详解】(1) 解:∵ 方程 表示圆,
∴ ,即 ,解得 (二元二次方程表示圆的条件)。
又点 在圆 外部,∴ (点在圆外的代数判别法),
即 ,解得 。
∴ 的取值范围为 。
(2) 解:当 时,圆 即 ,圆心 ,半径 (配方法)。
当切线斜率不存在时,直线 ,圆心到它的距离为 ,符合题意;
当斜率存在时,设切线方程为 ,即 。
由圆心到切线的距离等于半径得 (点到直线的距离公式),
两边平方得 ,解得 ,
此时切线方程为 ,即 。
综上,切线的方程为 或 。
【练4】(2025钱塘联盟期中 13)已知直线 与圆 交于 , 两点,若 的面积为 2,则实数 的值为______.
【答案】
【分析】设圆心到直线的距离为 ,由垂径定理得 ,代入三角形面积公式解出 ,再用点到直线的距离公式求 。
【详解】解:由圆 得圆心 ,半径 ,
设圆心 到直线 的距离为 ,
由垂径定理得 ,
∵ ,取 中点为 ,则 ,,
∴ 的面积 ,
由 得 ,两边平方得 ,
即 ,解得 ,
又由点到直线的距离公式得 ,
∴ ,即 ,解得 。
【练5】(2027唐河一高月考 16)已知圆 .
(1) 若直线 与圆 相切,且在两坐标轴上的截距相等,求直线 的方程;
(2) 过点 的直线 与圆 交于 , 两点,线段 的中点为 ,求点 的轨迹方程.
【答案】(1) 或 或 或 ;(2)
【分析】(1) 把圆化为标准方程,按相等截距是否为 0 分类设直线,由圆心到切线的距离等于半径求解;(2) 由垂径定理得 ,结合 ,,, 共线得 ,故点 的轨迹是以 为直径的圆。
【详解】(1) 解:圆 配方得 ,圆心 ,半径 ,
① 当相等的截距为 0 时,切线过原点,设 ,即 ,
由圆心到切线的距离等于半径得 ,
两边平方整理得 ,解得 ,
此时切线方程为 或 ;
② 当相等的截距不为 0 时,设 ,
由 得 ,解得 或 ,
此时切线方程为 或 ,
综上,所求切线方程为 或 或 。
(2) 解:∵ 为弦 的中点,由垂径定理得 ,
又 ,,, 四点共线,∴ ,即 ,
∴ 点 的轨迹是以 为直径的圆(依据:直径所对的圆周角为直角),
∵ ,,∴ 圆心为 的中点 ,半径为 ,
∴ 点 的轨迹方程为 。
【练6】(2026长郡中学期中 14)已知 是圆 内一点,若过点 恰好可以作 7 条长度为正整数的弦,则所有符合条件的点 构成的区域(忽略边界)面积为______.
【答案】
【分析】先分析过点 的最短弦长的取值范围,由垂径定理转化为 的范围,进而确定点 构成的圆环区域,再求面积。
【详解】解:圆 的半径 ,点 在圆内,直径是最长的弦,长度为 8,
由垂径定理,过点 的弦长 ,其中 为圆心 到弦 的距离,
要使弦最短,则 最大,由 知当 时 最大、弦长最短,
根据圆的对称性,这 7 条长度为正整数的弦的长度分别为 5,6,7,8,7,6,5,
要使得有两条长度为 5 的弦且没有长度为 4 的弦,则最短弦长 满足 ,
由垂径定理构造直角三角形得 ,
∴ ,即 ,
∴ 点 落在以 为圆心、半径分别为 和 的两圆所夹的圆环内(忽略边界),
∴ 所求区域的面积为 。
切点弦与相关弦
方法要领 切点弦方程用构造圆(以圆心和切点间线段为直径的圆)与已知圆联立;公共弦由两圆方程相减。
【例】(2026玉溪一中期中 9)已知点 在圆 上,点 、,则( )(多选)
A.点 到直线 的距离小于
B.点 到直线 的距离大于
C.当 最小时,
D.当 最大时,
【答案】ACD
【分析】求出圆心到直线 的距离,得圆上点到直线距离的取值范围判断 AB; 最大或最小时 与圆相切,由切线长(勾股定理)判断 CD。
【详解】解:圆的圆心为 ,半径 。
直线 的方程为 ,即 (截距式)。
圆心 到直线 的距离 (点到直线的距离公式),
∴ 直线与圆相离,圆上点 到直线 的距离的取值范围为 ,
即最小值 ,最大值 ,∴ A 正确,B 错误。
当 最大或最小时, 与圆 相切(圆的切线性质:切线与过切点的半径垂直,视角的临界在切线处取得)。
此时连接 、,则 ,
,。
由勾股定理得 ,∴ C、D 正确。
故选:ACD。
【练1】(2026杭州二中期中 6)自点 发出的光线 经过 轴反射,其反射光线所在直线与圆 相切,则满足条件的反射光线所在直线的斜率之积为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【分析】由反射原理,反射光线所在直线即过点 关于 轴的对称点的圆的切线,设斜率写出直线系,由圆心到直线距离等于半径得斜率的二次方程,用韦达定理求斜率之积。
【详解】解:点 关于 轴的对称点为 (关于 轴对称:横坐标不变,纵坐标变相反数)。
由光的反射原理,反射光线所在直线即过 且与圆 相切的直线。
圆 配方得 ,圆心 ,半径 (配方法)。
设切线方程为 ,即 。
由圆心到切线的距离等于半径得 (点到直线的距离公式),
两边平方整理得 ,即 。
由韦达定理,两切线斜率之积 。
故选:D。
【练2】(2025广州天河外国语期中 7)已知圆 ,直线 ,点 在直线 上运动,直线 分别与圆 相切于点 ,则四边形 的面积的最小值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【分析】四边形面积等于两个直角三角形面积之和,切线长 ,当 时 最小,面积最小。
【详解】解:圆心 ,半径 。
∵ 、 是圆的切线,∴ ,且 (切线长定理)。
四边形 的面积 。
由勾股定理,(半径与切线垂直)。
当 时, 最小(垂线段最短),此时 (点到直线的距离公式)。
∴ 。
∴ 。
故选:A。
【练3】(2026杭州学军中学期中 16)已知圆 ,圆 .
(1) 求圆 与圆 的公共弦长;
(2) 已知过原点的动直线与圆 相交于不同的两点 ,求线段 的中点 的轨迹方程.
【答案】(1) ;(2) ,
【分析】(1) 两圆方程相减得公共弦所在直线,用垂径定理求弦长;(2) 由垂径定理得 ,用 或参数法求中点轨迹,并按直线与圆相交的条件确定范围。
【详解】(1) 解:两圆方程相减(消去二次项)得 ,即公共弦所在直线为 。
圆 的标准方程为 ,圆心 ,半径 。
圆心到公共弦直线的距离 (点到直线的距离公式)。
∴ 公共弦长 (垂径定理)。
(2) 解:设直线 的方程为 ,,,。
联立 ,消去 得 。
由韦达定理得 ,
∴ 。
∴ 中点 满足 (中点坐标公式)。
∵ ,∴ ,得 。
又 ,代入得 ,即 ,
亦即 (消参求轨迹方程)。
再由直线与圆 相交得 ,即 。
∴ ,∴ ,结合 得 。
∴ 中点 的轨迹方程为 ,。
【练4】(2026南京五校共同体期中 10)已知圆 和直线 ,则下列说法正确的是( )(多选)
A.当 时,直线 被圆截得的弦长为
B.当 时,圆上到直线 的距离为 的点有 个
C.当 时,过直线 上一点 作圆 的两条切线,切点分别为 ,则四边形 面积最小值为
D.当 时,过直线 上一点 作圆 的两条切线,切点分别为 ,则直线 恒过定点
【答案】ACD
【分析】A 由垂径定理求弦长;B 由圆心到直线的距离与 及半径比较确定点的个数;C 切线长用勾股定理表示, 最小时面积最小;D 用切点弦方程(或以 为直径的圆与圆 的公共弦)求出 恒过的定点。
【详解】解:由圆 的方程得圆心 ,半径 。
对于 A:当 时,圆心到直线 的距离 (点到直线的距离公式),
∴ 弦长为 (垂径定理),A 正确。
对于 B:当 时,。与 平行且距离为 的两条直线到圆心的距离分别为 与 ,均小于半径 ,
∴ 这两条平行线都与圆相交,各贡献 个点,圆上到 距离为 的点共有 个,B 错误。
对于 C:当 时,。∵ ,
∴ 切线长 (勾股定理),
四边形 的面积 。
当 时 最小,为 。
∴ ,C 正确。
对于 D:设 ,切点 ,。
以 为直径的圆过 、(∵ ,,直径所对的圆周角为直角),
该圆的方程为 ,
与圆 相减得切点弦 的方程:(两圆公共弦方程)。
∵ 在 上,∴ ,代入得 ,
整理为 。
由 解得 (直线系过定点),
∴ 直线 恒过定点 ,D 正确。
故选:ACD。
直线与圆最值
方法要领 最值转化为圆心到直线的距离加减半径,如 型看圆心到原点距离、 型看斜率; 型先配方化为圆上动点到定点距离平方的倍数再求。
【例】(2026长郡中学期中练习 17)已知实数 , 满足方程 .
(1) 求 的最大值和最小值;
(2) 求 的最大值和最小值;
(3) 求 的最大值和最小值.
【答案】(1) 最大值为 ,最小值为 ;(2) 最大值为 ,最小值为 ;(3) 最大值为 ,最小值为
【分析】方程配方后表示圆, 的几何意义是圆上的点与原点连线的斜率, 可看作直线 的纵截距, 是圆上的点到原点距离的平方,分别利用斜率、截距、距离的几何意义,结合直线与圆相切及点与圆的位置关系求解。
【详解】(1) 解:原方程 配方得 ,
表示以 为圆心、 为半径的圆,
的几何意义是圆上一点与原点连线的斜率,设 ,即直线 ,
当直线 与圆相切时,斜率 取得最大值或最小值,
由圆心到切线的距离等于半径得 ,
两边平方得 ,解得 ,
∴ 的最大值为 ,最小值为 。
(2) 解: 可看作直线 在 轴上的截距,
当直线 与圆相切时,纵截距 取得最大值或最小值,
由点到直线的距离公式得 ,即 ,
解得 ,
∴ 的最大值为 ,最小值为 。
(3) 解: 表示圆上的点 与原点距离的平方,
由圆的几何性质,最值在原点与圆心的连线与圆的两个交点处取得,
圆心到原点的距离为 ,
∴ 圆上的点到原点距离的最大值为 ,最小值为 ,
∴ 的最大值为 ,
最小值为 。
【练1】(2025三明二中期中 7)已知点 , 为圆 上两点,,点 为线段 的中点,点 为直线 上的动点,则 的最小值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】A
【分析】由垂径定理得弦心距,从而确定中点 的轨迹圆,再把 的最小值转化为圆上的点到直线的距离的最小值。
【详解】解:圆的圆心 ,半径 。
∵ 为弦 的中点,由垂径定理得 ,
∴ (垂径定理)。
∴ 点 的轨迹是以 为圆心、 为半径的圆。
圆心 到直线 的距离 (点到直线的距离公式)。
∴ 圆上动点 到直线上动点 的距离的最小值为 。
故选:A。
【练2】(2027唐河一高月考 6)直线 被圆 所截得的弦中,最短弦所在的直线的方程是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【分析】先求直线系恒过的定点并判定定点在圆内,最短弦与定点和圆心的连线垂直,由斜率关系求弦所在直线。
【详解】解:将直线方程按 整理为 (分离参数法)。
由 解得 ,∴ 直线恒过定点 。
圆心 ,,
∴ 点 在圆 内(点与圆的位置关系)。
∵ 过圆内一点的各弦中,与 垂直的弦最短(弦心距最大时弦最短,而弦心距不超过 )。
由 (斜率公式),得最短弦所在直线的斜率为 (垂直 ⟺ 斜率之积为 )。
由点斜式得 ,即 。
故选:B。
【练3】(2026宁波六校联盟期中 17)已知圆 外有一点 ,过点 作直线 .
(1) 当直线 与圆 相切时,求直线 的方程;
(2) 点 为圆上任意一点,已知 ,求 的最小值.
【答案】(1) 或 ;(2)
【分析】(1) 按斜率存在与否分类,由圆心到切线的距离等于半径求解;(2) 设 ,把 配方为 ,转化为圆上动点到定点距离的最小值。
【详解】(1) 解:圆心 ,半径 。
当直线 的斜率不存在时,直线为 ,圆心到它的距离为 ,符合题意;
当斜率存在时,设 ,即 ,
由圆心到切线的距离等于半径得 (点到直线的距离公式),
两边平方得 ,解得 ,
此时切线为 ,即 。
综上,直线 的方程为 或 。
(2) 解:设 ,则 ,(两点间距离公式),
∴ (配方法)。
设 ,则 表示圆 上的点 到定点 的距离的平方(距离的几何意义)。
∵ ,∴ 点 在圆 外(点与圆的位置关系),
∴ 圆上的点 到 的距离的最小值为 (在 连线与圆的交点处取得),
∴ 。
【练4】(2025钱塘联盟期中 8)已知直线 与 相交于点 ,线段 是圆 的一条动弦,且 ,则 的最小值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【分析】直线系过定点且两直线垂直,得 的轨迹为圆;设 为弦 的中点,将数量积化为 ,由 与两圆位置关系求 的最小值。
【详解】解:依题意圆心 ,半径 ,
直线 恒过点 ,直线 恒过点 ,
且两直线斜率之积为 ,∴ ,∴ ,即 ,
设 ,得 ,
即 (除去点 ),即 在以 为圆心、 为半径的圆上,
设 为弦 的中点,由垂径定理 ,
且 ,
∵ 为 中点,∴ ,
∴ ,
∵ ,
由三角形不等式 (共线时取等),
∴ .
故选:B.
【练5】(2026哈尔滨三中期中 14)已知直线 ()恒过定点 ,圆 上的两点 , 满足 (),则 的最小值为______.
【答案】
【分析】由 知 ,, 三点共线,即 是过定点 的弦;设 的中点为 ,由垂径定理得 ,故 在以 为直径的圆上;圆 整体在直线 的同一侧,绝对值可去掉,所求式化为中点 到该直线距离的倍,进而求最小值。
【详解】解:由 得 ,∴ 直线恒过定点 (直线系过定点)。
∵ ,∴ ,, 三点共线,即 为过点 的圆 的弦。
∵ ,∴ 点 在圆 内,过 的直线与圆必交于两点(点与圆的位置关系)。
设弦 的中点为 ,则 ,(中点坐标公式)。
由垂径定理得 ,又 , 均在弦 上,∴ ,即 ,
得 ,即 (, 在以 为直径的圆上),
∴ 中点 在以 为圆心、 为半径的圆上。
设 ,圆心 到 的距离为 (点到直线的距离公式),
∴ 整个圆 位于 的同一侧,∴ ,,绝对值可直接去掉,
∴ ( 为 到 的距离)。
圆 的圆心到 的距离为 ,
∴ (圆上点到直线距离的最小值为圆心距减半径),
∴ 所求最小值为 。
直线与圆参数范围
方法要领 参数范围由位置关系的临界条件(相切、相交的 、距离恰等、到定直线距离为定值的点分布于平行线)列不等式(组),注意端点能否取到、多条件取交集。
【例】(2026长郡中学期中 18)设 ,,,圆 过 ,, 三个点.
(1) 求圆 的方程;
(2) 设点 ,若圆 上存在两个不同的点 ,使得 成立,求实数 的取值范围;
(3) 设斜率为 的直线 与圆 相交于 , 两点(, 均不与原点 重合),直线 , 的斜率分别为 ,,且 ,证明:直线 恒过定点.
【答案】(1) ;(2) ;(3) 直线 恒过定点
【分析】(1) 由 与 关于 轴对称知圆心在 轴上,由 求圆心与半径;(2) 设 ,将 化为动点轨迹圆,依题意该圆与圆 相交,由圆心距与半径的和差列不等式;(3) 联立直线与圆的方程,用韦达定理表示 ,解出截距与斜率的关系得定点。
【详解】(1) 解:∵ 与 关于 轴对称,∴ 圆心 在 轴上,设 ,
由 得 ,
展开整理得 ,解得 ,
∴ 圆心 ,半径 ,
∴ 圆 的方程为 。
(2) 解:设 ,由 得
,
整理得 ,故 ,
∴ 点 在以 为圆心、 为半径的圆 上,
依题意圆 与圆 相交(有两个不同的公共点),
又 ,
由两圆相交的充要条件得 ,
由右边不等式得 ,即 ,解得 ,
由左边不等式得 ,即 ,解得 ,
∴ 实数 的取值范围是 。
(3) 证明:设直线 的方程为 ,,,
联立 ,消去 得 ,
由韦达定理得 ,,
∵ , 均不与原点重合,∴ ,
∴ ,
其中 ,
∴ ,
由 得 ,即 ,
∴ 直线 的方程为 ,恒过定点 ,
∴ 直线 恒过定点 。
【练1】(2026雅礼教育集团期中 7)若直线 与圆 交于 , 两点,则 的取值不可能为( )
A.
B.3
C.
D.4
【答案】A
【分析】将直线方程按 整理求恒过定点 ,并判断斜率为 的直线能否取到;弦长由圆心到直线的距离决定,距离最大对应最短弦,据此得 的范围。
【详解】解:圆 的圆心为 ,半径 ,
将直线 的方程按 整理为 ,
直线过定点与 无关,由 解得 ,
∴ 直线 恒过定点 ,
由 无解知直线 不能表示直线 (即过 且斜率为 的直线取不到),
∵ (两点间距离公式),
当直线 经过圆心 时,圆心到直线的距离最小为 0,弦长最长为直径 ,
当 时,圆心到直线 的距离最大为 ,
由垂径定理,此时弦长最短为 ,
∵ ,∴ 最短弦所在直线斜率为 ,即直线 ,
而直线 不能表示该直线,∴ 最短弦长 取不到,
∴ 的取值范围是 ,
∴ 的取值不可能为 。
故选:A。
【练2】(2025安岳中学期中 8)若圆 上存在两个点到直线 的距离为 ,则实数 的取值范围是( )
A.
B.
C. 或
D. 或
【答案】C
【分析】圆上到 距离为 的点必在与 平行且距离为 的两条平行线上,问题转化为这两条平行线与圆恰有两个公共点,由直线与圆位置关系的临界条件列出 的不等式组。
【详解】解:圆 的圆心为 ,半径 (由标准方程读出)。
与 平行且距离为 的两条直线为 与 (平移量 满足 ),
这两条平行线之间的距离为 ,故它们不可能同时与圆相切(两平行线都与圆相切时其间距应为 )。
圆上到 距离为 的点即圆与 , 的公共点,
要使这样的点恰有 个,只能一条平行线与圆相交(贡献 个点)、另一条与圆相离(贡献 个点)(直线与圆位置关系的交点个数)。
圆心到两条平行线的距离分别为 ,(点到直线的距离公式)。
① 若 与圆相交且 与圆相离,则 且 ,
即 且 ,解得 且 或 ,故 ;
② 若 与圆相交且 与圆相离,则 且 ,
即 且 ,解得 且 或 ,故 。
综上,实数 的取值范围是 或 。
故选:C。
【练3】(2026南京五校共同体期中 16)设 ,,,,圆 的圆心在 轴的正半轴上,且过 中的三个点.
(1) 求圆 的方程;
(2) 若圆 上存在两个不同的点 ,使得 成立,求实数 的取值范围.
【答案】(1) ;(2)
【分析】(1) 由对称性确定圆经过的三个点,再由垂直平分线求圆心与半径;(2) 设 ,把条件化为动点轨迹圆,两圆有两个公共点等价于相交,由圆心距与半径列不等式求 。
【详解】(1) 解:若圆 同时经过 ,则圆心在 的垂直平分线 上,与圆心在 轴正半轴矛盾;同理圆 不能同时经过 。
∴ 圆 不经过点 ,只能过 三点。
的中垂线方程为 ,即 ; 的中垂线方程为 (中垂线方程)。
联立解得圆心 ,半径 。
∴ 圆 的方程为 。
(2) 解:设 ,由 得
,
化简得 (两点间距离公式并整理),故 。
∴ 点 在以 为圆心、 为半径的圆 上。
依题意圆 与圆 有两个不同的公共点,∴ 两圆相交。
圆心距 (两点间距离公式)。
由两圆相交的充要条件得 。
由右边得 ,即 ,解得 ;
由左边得 ,即 ,解得 。
∴ 实数 的取值范围是 。
【练4】(2026辽宁七校协作体期中 18)已知圆 ,圆 的圆心在直线 上,且过点 ,.
(1) 求圆 的标准方程;
(2) 已知第二象限内的点 在圆 上,过点 作圆 的切线 恰好与圆 相切,求 的斜率;
(3) 判断是否存在斜率为 的直线 与圆 交于点 ,与圆 交于点 ,且 ,若存在,求出 ;若不存在,请说明理由.
【答案】(1) ;(2) ;(3) 不存在,理由见详解
【分析】(1) 设圆心 ,由 求 ;(2) 设 ,由切线过 且圆心距为 得切点弦方程 ,再由圆 到切线的距离等于 求 ;(3) 由直线与两圆分别相交的条件确定截距范围,再由弦长条件解出截距并检验范围。
【详解】(1) 解:设圆心 ,由 得
,两边平方解得 。
∴ 圆心 ,半径 ,
圆 的标准方程为 。
(2) 解:设 (),则 。
过 的切线 的方程为 (过圆 上一点 的切线方程)。
∵ 与圆 相切,∴ 圆心 到 的距离等于 ,
即 (点到直线的距离公式)。
∴ 或 。
若 ,与 联立解得 ,与 矛盾,舍去;
若 ,联立解得 或 (舍去),∴ 。
∴ 的斜率 。
(3) 解:不存在。理由如下:
设 。由 与圆 相交得圆心 到 的距离小于 :,即 ;
由 与圆 相交得 ,即 。
∴ 需满足 。
由垂径定理,,
解得 ,即 或 。
∵ 且 ,均不满足 。
∴ 不存在满足条件的直线 。
【练5】(2026山东省实验中学期中 17)已知圆 的圆心在直线 上,并且经过点 ,与直线 相切.
(1) 求圆 的标准方程;
(2) 若直线 与圆 相交于两个不同的点 ,,且满足 ,求实数 的取值范围.
【答案】(1) ;(2)
【分析】(1) 设圆心 ,由过点 与圆心到切线的距离等于半径列方程组;(2) 联立直线与圆的方程,由 得相交条件,用韦达定理表示 ,再由 解出 ,与相交条件取交集。
【详解】(1) 解:由圆心在 上,设圆心 ,半径为 (待定系数设标准方程)。
∵ 圆 过点 ,∴ (点在圆上的代数表示);
∵ 圆 与直线 相切,∴ (圆心到切线的距离等于半径)。
联立并两边平方,整理得 ,
展开得 ,即 ,
∵ ,∴ ,
∴ 圆心 ,半径 ,圆 的标准方程为 。
(2) 解:设 ,。
联立 ,消去 得 。
由直线与圆交于两个不同点得 ,整理得 (根的判别式)。
由韦达定理得 ,(韦达定理)。
∵ ,∴ ,(圆心为原点时向量的坐标),
∴
(代入韦达定理并整理)。
由 得 ,
∵ ,∴ ,即 ,解得 ,
即 ,且 自动满足相交条件,
∴ 实数 的取值范围是 。
直线与圆综合(定点与存在性)
方法要领 定点问题先由特殊位置猜测定点,再对一般情形验证;存在性假设存在后化为方程有解问题。
【例】(2026苏州中学期中 16)在平面直角坐标系 中,已知圆 ,直线 .
(1) 求动直线 经过的定点 的坐标;
(2) 当直线 与圆 相交,截得的弦长等于 时,求直线 的方程;
(3) 当直线 与圆 相离时,求直线 的斜率 的取值范围.
【答案】(1) ;(2) 或 ;(3)
【分析】(1) 以 为主元整理直线方程,令参数项与常数项同时为零求定点;(2) 由垂径定理求出圆心到直线的距离,再用点到直线的距离公式求 ;(3) 设点斜式,由圆心到直线距离大于半径列不等式,并剔除取不到的斜率。
【详解】(1) 解:将直线 的方程按 整理为 ,
直线过定点与 无关,故 ,
解得 ,∴ 动直线 恒过定点 .
(2) 由圆 的方程知圆心 ,半径 ,
设圆心 到直线 的距离为 ,
∵ 直线 被圆 截得的弦长为 ,
由垂径定理得 ,解得 ,
∴ ,即 ,
解得 或 ,
∴ 直线 的方程为 或 .
(3) 由 (1) 知直线 恒过点 且与圆相离时斜率存在,可设 ,即 ,
∵ 直线 与圆 相离,∴ 圆心到直线的距离大于半径,即 ,
两边平方整理得 ,解得 ,
又由直线 的方程知斜率 ,
∴ 直线斜率 的取值范围为 .
【练1】(2027唐河一高月考 18)已知圆 ,直线 的斜率为 ,与圆交于 、 两点.
(1) 若直线 经过圆 的圆心,求出直线的方程;
(2) 当直线 平行移动的时候,求 面积的最大值以及此时直线 的方程;
(3) 是否存在直线 ,使以线段 为直径的圆过原点?若存在,求出直线 的方程,若不存在,说明理由.
【答案】(1) ;(2) 最大值 ,此时 或 ;(3) 存在, 或
【分析】(1) 配方求圆心,点斜式写方程;(2) 设 ,面积用弦心距表示后配方求最值;(3) 假设存在,以 为直径的圆过原点等价于 ,联立用韦达定理求解。
【详解】(1) 解:圆 配方得 ,圆心 ,半径为 (配方法)。
∵ 直线斜率为 且过圆心,∴ 的方程为 ,即 。
(2) 解:设 ,圆心到 的距离为 ,则弦长 (垂径定理)。
∴ (配方法求最值)。
当且仅当 即 时取等号。
由 ,解得 或 。
∴ 面积最大值为 ,此时直线 的方程为 或 。
(3) 解:假设存在直线 满足条件,设 ,。
以 为直径的圆过原点等价于 ,即 ,也就是 (直径所对圆周角为直角)。
联立 ,消去 得 。
由 得 ,且 ,(韦达定理)。
∴ 。
代入 得 ,
即 ,解得 或 ,均满足 。
∴ 存在直线 ,其方程为 或 。
【练2】(2026玉溪一中期中 18)已知圆 经过 ,, 三点.
(1) 求圆 的方程.
(2) 若经过点 的直线 与圆 相切,求直线 的方程.
(3) 已知直线 与圆 交于 (异于 点)两点,若直线 的斜率之积为 ,试问直线 是否经过定点?若经过,求出该定点坐标;若不经过,请说明理由.
【答案】(1) ;(2) ;(3) 经过定点
【分析】(1) 设圆的一般方程代入三点求系数;(2) 按斜率存在与否分类,由圆心到切线距离等于半径求斜率;(3) 设 联立圆的方程,把斜率之积用韦达定理表示,解出 与 的关系得定点。
【详解】(1) 解:设圆 的方程为 。
代入三点得 ,
解得 (待定系数法)。
∴ 圆 的方程为 。
(2) 解:圆心 ,半径 。
当 斜率不存在时,直线为 ,圆心到它的距离为 ,不合题意;
当斜率存在时,设 ,即 。
由圆心到切线的距离等于半径得 (点到直线的距离公式),
即 ,解得 。
∴ 直线 的方程为 。
(3) 解:当 斜率不存在时,设 ,,,
则 ,结合 解得 ,此时 经过点 ,不合题意,舍去。
当斜率存在时,设 ,联立圆的方程得 。
由韦达定理 ,。
∴
(韦达定理代入整理)。
整理得 ,
即 ,分解得 。
∴ 或 (舍去,此时 过点 )。
∴ ,恒过定点 。
综上,直线 经过定点 。
【练3】(2025抚顺四方高中期中 17)已知圆 ,直线 .
(1) 求证:直线 与圆 恒有两个交点;
(2) 若直线 与圆 交于点 ,,求 面积的最大值,并求此时直线 的方程.
【答案】(1) 见详解;(2) 最大值 ,此时 为 或
【分析】(1) 先证直线恒过定点,再说明定点在圆内;(2) 为等腰三角形,夹角为 时面积最大,由弦心距条件求对应的 。
【详解】(1) 证明:将直线方程按 整理为 (分离参数法)。
由 解得 ,∴ 直线恒过定点 。
∵ ,∴ 点 在圆 内部(点与圆的位置关系)。
过圆内一点的直线与圆必有两个交点,∴ 直线 与圆 恒有两个交点。
(2) 解:由 (1) 知 (两点间距离公式)。
∵ ,∴ 为等腰三角形,
其面积 。
当 时,面积最大为 (等腰直角三角形)。此时弦心距 。
∵ ,∴ 该情形可以取到。
此时圆心 到 的距离为 ,即
(点到直线的距离公式)。
两边平方整理得 ,
即 ,解得 或 。
当 时 ;当 时 。
∴ 面积最大值为 ,此时直线 的方程为 或 。
【练4】(2026苏州中学期中 18)在平面直角坐标系 中,记二次函数 的图象交 轴于 , 两点,交 轴于点 ,经过 ,, 三点的圆记为圆 .
【答案】(1) ;(2) ;(3)
【分析】(1) 由对称性设圆的一般方程,利用 时圆的方程与 同解定常数项,代入 求 项系数;(2) 先求 的轨迹圆,两圆有公共点等价于公共弦所在直线与轨迹圆有公共点,由圆心到直线的距离列不等式;(3) 由圆周角定理把圆心角转化为圆周角,在两个直角三角形中用二倍角正切公式构造 , 的方程。
【详解】(1) 解:当 时,,其图象关于直线 对称,且 ,∴ ,
圆 过 ,,且 , 关于 对称,∴ 圆心 在直线 上,
设圆 的方程为 (一般式),
令 得 ,它与 同解,∴ ,
将点 代入得 ,解得 ,
∴ 圆 的方程为 。
(2) 解:仿照 (1) 可得圆 ,
其圆心 ,半径 ,
设 ,由 得 ,
整理得 ,即点 在以 为圆心、2 为半径的圆 上,
∵ 圆 上存在点 满足 ,∴ 圆 与圆 有公共点,
两圆方程相减得公共弦所在直线的方程为 ,
而两圆有公共点等价于该直线与圆 有公共点(公共点必在公共弦直线上),
∴ 圆心 到该直线的距离不大于 2,即 ,
两边平方得 ,整理得 ,即 ,
∴ 实数 的取值范围是 。
(3) 解:设 ,则 ,
∵ ,∴ , 位于原点两侧,
由圆周角定理,,(同弧所对的圆周角等于圆心角的一半),
在 中,,在 中,,
由二倍角正切公式 得
,
整理得 ,
∵ , 是方程 的两根,∴ ,即 ,
∴ ,解得 ,∴ ,
∴ ,
又 ,∴ ,
∴ ,解得 ,
∴ 。
位置关系与轨迹综合多选
方法要领 多选题逐项独立判断:先求直线系定点并看点与圆位置关系定恒相交与最短弦;公切线条数与公共弦由两圆位置关系定;含绝对值的组合曲线先分象限去绝对值化为圆弧,再用对称性与弧长公式数形结合。
【例】(2027唐河一高月考 10)以下四个命题中表述正确的是( )(多选)
A.直线 恒过定点
B.圆 与圆 恰有三条公切线
C.两圆 与 的公共弦所在直线方程为
D.已知圆 , 为直线 上一动点,过点 向圆 引一条切线 ( 为切点),则 的最小值为 2
【答案】ABD
【分析】A 令 求 即得定点;B 两圆配方后求圆心距,与半径之和比较判定外切;C 两圆方程相减得公共弦所在直线方程,验证所给方程;D 由勾股定理用切线长公式把 的最小值转化为圆心到直线的距离的最小值。
【详解】解:对于 A,令 ,得 ,解得 ,
∴ 无论 取何值,直线都经过定点 ,故 A 正确;
对于 B,圆 配方得 ,圆心 ,半径 ,
圆 配方得 ,圆心 ,半径 ,
圆心距 ,
∵ ,∴ 两圆外切(两圆位置关系的判定),
外切的两圆恰有 3 条公切线,故 B 正确;
对于 C,两圆方程相减(消去二次项)得 ,
即公共弦所在直线的方程为 ,不是 ,故 C 错误;
对于 D,∵ 为圆 的切线,∴ 由勾股定理得 ,
要使 最小,只需 最小,其最小值为圆心 到直线 的距离,
即 (点到直线的距离公式),
∴ ,故 D 正确。
故选:ABD。
【练1】(2026成都石室中学期中 9)元素 ,, 属于集合 ,,其中 ,则下列说法正确的是( )(多选)
A. 中元素个数不定
B. 表示在 轴、 轴上的截距相等的直线时,直线方程为 或
C.设 ,若点 ,则直线 的方程为
D.若 中有两个元素 ,,则线段 中点的轨迹长度为
【答案】ABC
【分析】先由三点确定圆 ,再把 化为过定点的直线系;A 由定点与圆的位置关系判断;B 由截距相等列方程;C 两圆方程相减得公共弦;D 由垂径定理求中点轨迹并判断轨迹长度。
【详解】解:把三点代入圆 的方程得 ,
解得 ,,(待定系数法)。
∴ 表示圆 ,圆心 ,半径 。
又 即 ,∴ 表示过定点 的直线(直线系过定点)。
对于 A:,∴ 定点 在圆外,直线与圆可能相离、相切或相交, 中元素个数不定,A 正确。
对于 B:令 得 ;令 得 。
由截距相等得 ,即 ,解得 。
当 时直线为 ;当 时直线为 ,B 正确。
对于 C:圆 的圆心 ,半径 。∵ ,且 ,∴ 两圆相交,
两圆方程相减(消去二次项)得 (公共弦方程),∴ 直线 ,C 正确。
对于 D:设 的中点为 ,由垂径定理 ,且 过 ,∴ ,
即 ,得 ,
整理得 (相关点法求轨迹)。
∵ 圆心距 ( 为轨迹圆的圆心),满足 ,∴ 两圆相交,
∴ 轨迹是两段优弧的一部分而非整个圆,其长度不等于圆周长 ,D 错误。
故选:ABC。
【练2】(2026山东省实验中学期中 9)已知直线 与圆 ,则下列说法正确的是( )(多选)
A.直线 恒过定点
B.直线 与圆 恒相交
C.直线 被圆 截得的最短线段长为
D.圆 与圆 恰有 条公切线
【答案】BC
【分析】将 的方程按参数整理求定点,由定点与圆的位置关系判断 与圆是否恒相交;最短弦与定点、圆心连线垂直,由垂径定理求弦长;两圆位置关系由圆心距与半径的和差判定,进而确定公切线条数。
【详解】解:对于 A:将 写成 (分离参数法),
令 且 同时成立,得 ,∴ 直线 恒过定点 ,A 错误。
对于 B:圆 配方得 ,圆心 ,半径 (配方法)。
∵ (两点间距离公式),∴ 定点 在圆 内部(点与圆的位置关系),
过圆内一点的直线与圆必有两个交点,∴ 直线 与圆 恒相交,B 正确。
对于 C:过圆内定点 的弦中,弦心距最大为 (此时弦与 垂直),
由垂径定理得最短弦长为 ,C 正确。
对于 D:圆 的圆心 ,半径 ,
圆心距 (两点间距离公式),
∵ ,∴ 两圆相交(两圆位置关系的判定),
相交的两圆恰有 条公切线(内公切线因相交而不存在),D 错误。
故选:BC。
【练3】(2026长郡中学期中 10)已知圆 ,圆 , 为坐标原点,动点 在 轴上,动点 在圆 上,线段 的中点为 . 则下列选项正确的是( )(多选)
A. 的轨迹方程为
B.过点 作圆 的一条切线,则切线长最短为
C.圆 和圆 有两条公切线
D. 的最大值为
【答案】BCD
【分析】A 用相关点法求中点轨迹;B 切线长用勾股定理化为二次函数最值;C 判断两圆位置关系得公切线条数;D 把分式看作定点与动点连线的斜率,由切线的临界斜率求最值。
【详解】解:对于 A:设 ,由 为 中点得 (中点坐标公式)。
代入 得 ,即 ,A 错误。
对于 B:圆 配方得 ,圆心 ,半径 。
设 ,切线长 (勾股定理)。
当 时切线长最短为 ,B 正确。
对于 C:圆 的圆心 ,半径 ,圆心距 。
∵ ,∴ 两圆相交,有两条公切线(两圆位置关系与公切线条数),C 正确。
对于 D: 表示定点 与动点 连线的斜率(斜率的几何意义)。
∵ 在圆 上,∴ 也在圆 上(圆关于原点对称)。
设过 的直线 与圆 相切,则 (点到直线的距离公式),
两边平方得 ,解得 或 。
结合图形,斜率的最大值为 ,D 正确。
故选:BCD。
【练4】(2025钱塘联盟期中 11)数学中有许多形状优美、寓意美好的曲线,曲线 就是其中之一,下列几个结论正确的是( )(多选)
A.曲线 关于 轴对称
B.曲线 恰好经过 个整点(即横、纵坐标均为整数的点)
C.曲线 在第一象限的点的纵坐标的最大值为
D.曲线 上任意一点到原点的距离都不超过
【答案】ABD
【分析】A 用 代入检验;B 分 、 讨论整点并结合对称性计数;C 取特殊值找反例;D 由基本不等式放缩得 。
【详解】解:对于 A:将 代入方程得 ,与原方程相同,∴ 曲线关于 轴对称,A 正确。
对于 B:当 时,,得点 、。
当 时,方程化为 ,视为 的二次方程,
判别式 ,解得 (根的判别式),∴ 整数 只能取 。
当 时 ,得 或 ,即点 、。
由关于 轴的对称性,还有点 、,∴ 共经过 个整点,B 正确。
对于 C:取 ,方程化为 ,
解得 ,其中 (反例否定),
∴ 第一象限内纵坐标的最大值大于 ,C 错误。
对于 D:当 时,(基本不等式),
∴ ,即 。
由对称性,曲线上任意一点到原点的距离都不超过 ,D 正确。
故选:ABD。
【练5】(2025安岳中学期中 11)已知曲线 ,则下列结论正确的是( )(多选)
A.曲线 关于 轴对称
B.曲线 关于原点对称
C.曲线 的周长为
D.直线 与曲线 恰有 个交点
【答案】ABC
【分析】A、B 用对称点代入方程检验;C 按象限去绝对值,知曲线由四段圆弧对称组成,用圆心角与弧长公式求周长;D 由直线过曲线内部的点,结合对称性数交点个数。
【详解】解:对于 A:将 代入方程得 ,与原方程相同,∴ 曲线 关于 轴对称,A 正确。
对于 B:将 代入方程仍得同一方程(绝对值消除符号影响),∴ 曲线 关于原点对称,B 正确。
对于 C:当 , 时,方程为 ,配方得 (配方法),
表示以 为圆心、 为半径的圆在第一象限内的部分。
令 得 ,解得 或 ,∴ 这段弧的两个端点为 与 ,
,,由余弦定理 ,
∴ 圆心角 ,这段弧长为 (弧长公式)。
由对称性,曲线 由四段这样的弧组成,∴ 周长为 ,C 正确。
对于 D:直线 过点 ,
而 且 ,
∴ 点 在右侧两段弧所围封闭图形的内部(点与圆的位置关系),直线与右侧两段弧各有一个交点;
又当 时,直线上点 到圆心 的距离的平方为 ,在左侧图形内部,
∴ 直线与左侧两段弧也各有一个交点,共 个交点,D 错误。
故选:ABC。
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一、单选题(每小题6分)
1.(6分)(2025广州天河外国语期中 5)一条光线从点 射出,经 轴反射后与圆 相切,则反射光线所在直线的斜率为( )
A. 或
B. 或
C. 或
D. 或
【答案】D
【分析】由反射原理,反射光线的反向延长线过光源关于 轴的对称点,设斜率写出直线方程,由圆心到直线距离等于半径列方程求斜率。
【详解】解:点 关于 轴的对称点为 ,由光的反射原理,反射光线的反向延长线必过该对称点,
设反射光线所在直线的斜率为 ,则其方程为 ,即 ,
∵ 反射光线与圆 相切,圆心 ,半径为 1,
∴ 圆心到直线的距离等于半径,即 ,
整理得 ,两边平方得 ,
即 ,解得 或 .
故选:D.
2.(6分)(2026巴蜀中学期中 7)已知直线 与圆 相交于 、 两点,若 为整数,则这样的直线 有( )条.
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【分析】直线恒过圆内定点 ,弦长随弦心距变化,求出弦长的取值范围,确定整数值并逐一数出对应直线的条数。
【详解】解:将 整理为 ,恒过定点 (分离参数法)。
∵ ,∴ 点 在圆内(点与圆的位置关系)。
设圆心 到直线 的距离为 ,则 (弦心距不超过定点到圆心的距离),
∴ 弦长 (垂径定理)。
整数值只能为 和 。
当 时 ,直线过圆心 ,由 得 ,对应 条直线。
当 时 ,解得 。
由 得 ,即 ,
判别式 ,有 个不同实根,对应 条直线。
∴ 共 条。
故选:B。
3.(6分)(2026东北育才学校期中 5)点 在单位圆上运动,则 点到直线 ( 为任意实数)的距离的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【分析】直线系恒过定点 ,圆心到直线的距离在 时最大为 ,再加上半径即得圆上点到直线的距离的最大值。
【详解】解:将直线方程按 整理为 (分离参数法)。
由 解得 ,∴ 直线恒过定点 。
圆心为原点 ,半径 。
圆心到直线 的距离的最大值为 (此时 ),
而 (两点间距离公式)。
∴ 圆上点 到直线 的距离的最大值为 。
故选:B。
4.(6分)(2026玉溪一中期中 6)已知圆 ,直线 ,若 与圆 交于 , 两点,设坐标原点为 ,则 的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【分析】直线恒过圆心 ,故 为直径;由 求出 为定值,再用均值不等式放缩求 的最大值。
【详解】解:把 代入直线方程: 恒成立,
∴ 直线 恒过定点 ,而 恰为圆心(直线系过定点)。
∴ 是圆 的直径,,。
∴ (向量运算)。
由 得 ,
即 ,∴ (定值)。
∵ (均值不等式的变形放缩),
当且仅当 即 时取等号(此时 ,,满足条件)。
∴ 。
故选:C。
二、多选题(每小题6分)
5.(6分)(2026大连二十四中期中 10)已知过点 的直线 与圆 交于 , 两点, 为坐标原点,则( )(多选)
A. 的最大值为 4
B. 的最小值为
C.点 到直线 的距离的最大值为
D. 的面积为 3
【答案】ACD
【分析】判定点 在圆内,弦长最值为直径与 ;点 到直线 距离的最大值为 ;由斜率判定 后求三角形面积。
【详解】解:圆 的圆心 ,半径 ,
∵ ,∴ 点 在圆 内部,
过圆内一点的弦中最长的是直径,∴ 的最大值为 ,故 A 正确;
当 时弦 最短,
由垂径定理得 ,故 B 错误;
当 时,点 到直线 的距离取得最大值 ,故 C 正确;
∵ ,,∴ ,即 ,
∴ 的面积为 ,故 D 正确.
故选:ACD.
6.(6分)(2026华中师大一附中期中 10)已知圆 ,直线 ,则下列结论正确的是( )(多选)
A.直线 经过定点
B.圆 上的点到直线 的距离的最大值为
C.若圆 上有且仅有一个点到直线 的距离等于 1,则这样的直线 有 2 条
D.若 ,过直线 上一点作圆 的两条切线,切点分别为 ,,则 的中点到点 的距离的最小值为
【答案】AB
【分析】A 按 整理直线方程,令参数项与常数项同时为零求定点;B 圆上点到直线的距离最大值为圆心到直线的距离加半径;C 由条件得圆心到直线的距离为 3,再由距离公式求 判断条数;D 先求切点弦 所在直线恒过的定点,得中点轨迹圆,再由点与圆的位置关系判断最小值能否取到。
【详解】解:对于 A,将直线 的方程按 整理为 ,
直线过定点与 无关,由 解得 ,
∴ 直线 恒过定点 ,故 A 正确;
对于 B,圆 的圆心为 ,半径 ,
圆心 到直线 的距离的最大值为 (此时 ),
∴ 圆 上的点到直线 的距离的最大值为 ,故 B 正确;
对于 C,由圆 上有且仅有一个点到直线 的距离等于 1,
知圆心 到直线 的距离等于 ,
即 ,
两边平方得 ,整理得 ,
解得 ,∴ 满足条件的直线 只有 1 条,故 C 错误;
对于 D,当 时,直线 为 ,
设直线 上一点 ,则 ,
∵ ,,∴ 切点 , 在以 为直径的圆 上,
该圆与圆 的方程相减,得切点弦 所在直线的方程为 ,
又 ,消去 得 ,
由 解得 ,
∴ 直线 恒过定点 ,
设 的中点为 ,由垂径定理得 ,即 ,
∴ 点 的轨迹是以 为直径的圆(除去点 ),圆心为 ,半径为 ,
设 ,则 ,
∵ 点 恰为该轨迹圆上离 最近的点但取不到,
∴ ,即距离的最小值 取不到,故 D 错误。
故选:AB。
7.(6分)(2026重庆一中期中 9)已知直线 ,圆 ,则下列结论正确的是( )(多选)
A.直线 和圆 总有公共点
B.直线 被圆 截得的最短弦长为
C.若圆 与圆 有且只有一条公切线,则实数
D.当 时,圆 上恰有两个点到直线 的距离等于
【答案】ABD
【分析】A 求直线恒过的定点并判断其在圆内;B 最短弦与过定点的直径垂直;C 一条公切线等价于两圆内切;D 由圆心到直线的距离与 比较判断点的个数。
【详解】解:对于 A:将 整理为 ,由 得定点 (分离参数法)。
∵ ,∴ 定点 在圆内,∴ 直线与圆总有公共点,A 正确。
对于 B:最短弦与 垂直,此时弦心距 ,
最短弦长为 (垂径定理),B 正确。
对于 C:圆 配方得 (),圆心 ,半径 。
有且只有一条公切线等价于两圆内切,圆心距 。
∴ ,即 ,解得 ,C 错误。
对于 D:当 时,直线 ,圆心 到它的距离 。
∵ (点到直线距离介于 与 之间时恰有两点),
∴ 圆 上恰有两个点到 的距离等于 ,D 正确。
故选:ABD。
三、填空题(每小题6分)
8.(6分)(2026山东省实验中学期中 12)直线 与圆 交于 , 两点,则 ______.
【答案】
【分析】圆的方程化为标准方程求圆心与半径,由圆心到直线的距离结合垂径定理求弦长。
【详解】解:圆的方程配方得 ,圆心为 ,半径 (配方法)。
圆心到直线 的距离 (点到直线的距离公式)。
∴ 由垂径定理得 。
故答案为:。
9.(6分)(2025安岳中学期中 13)已知圆 , 是 轴上动点, 分别是圆 的切线,切点分别为 两点,则直线 恒过定点 ______.
【答案】
【分析】设 ,由切线的垂直关系用向量数量积写出 满足的公共方程,即切点弦 所在直线,再由直线系求定点。
【详解】解:设 ,切点 ,,圆心 ,半径为 。
∵ 是切线,∴ ,∴ (切线与半径垂直,数量积等于模的乘积)。
其中 ,。
∴ ,同理 。
∴ 点 、 都在直线 上,即切点弦 所在直线的方程为 。
该直线恒过定点 (直线系过定点:令 的系数为 )。
故答案为:。
10.(6分)(2026东北育才学校期中 13)已知圆 ,直线 , 为 上的动点. 过点 作圆 的切线 ,,切点为 ,,当 最小时,直线 的方程为 ______.
【答案】
【分析】由切线性质得 四点共圆且 ,把 转化为 ,故 最小时乘积最小;再以求 为直径的圆与圆 的公共弦得直线 。
【详解】解:圆 配方得 ,圆心 ,半径 。
∵ 是切线,∴ ,,
∴ 四点共圆(以 为直径),且 ,(切线长定理)。
设 与 交于点 。四边形 的对角线 ,且 、,为筝形,
其面积 (对角线互相垂直的四边形面积公式)。
∴ 。
又 (勾股定理),
∴ 当 最小,即 时,乘积取得最小值。
此时 的方程为 ,即 ,与 联立得 。
以 为直径的圆的方程为 (直径式圆方程),
即 。
切点弦 是该圆与圆 的公共弦,两圆方程相减(消去二次项)得
。
故答案为:。
四、解答题(每小题15分)
11.(15分)(2025广州中学期中 17)已知圆心为 的圆经过点 和 ,且圆心 在直线 上.
(1) 求圆 的标准方程及过点 的切线方程;
(2) 直线 与圆 相交于 , 两点,且 ,求实数 的值.
【答案】(1) ;切线为 或 ;(2) 或
【分析】(1) 由圆心在已知直线上设出圆心坐标,由 求圆心与半径;按切线斜率存在与否分类,由圆心到直线距离等于半径求切线;(2) 由等腰三角形 求出圆心到直线的距离,再用点到直线的距离公式求 。
【详解】(1) 解:由圆心 在直线 上,设圆心 ,
由 得 ,
两边平方整理得 ,解得 ,
∴ 圆心 ,半径 ,
∴ 圆 的标准方程为 ;
当切线斜率不存在时,过 的直线为 ,圆心到它的距离为 3 等于半径,符合题意;
当切线斜率存在时,设切线方程为 ,即 ,
由圆心到切线的距离等于半径,得 ,解得 ,
此时切线方程为 .
综上,所求切线方程为 或 .
(2) 由 (1) 知圆心 ,半径 ,
∵ 且 ,
∴ 圆心 到直线 的距离 (等腰三角形中的弦心距),
由点到直线的距离公式得 ,
∴ ,即 ,解得 或 .
12.(15分)(2026大连二十四中期中 19)已知圆 和圆 .
(1) 若圆 与圆 相交,求 的取值范围;
(2) 若直线 与圆 交于 , 两点,且 ,求实数 的值;
(3) 若 ,设 为平面上的点,且满足:存在过点 的无穷多对互相垂直的直线 和 ,它们分别与圆 和圆 相交,且直线 被圆 截得的弦长与直线 被圆 截得的弦长相等,试求所有满足条件的点 的坐标.
【答案】(1) ;(2) ;(3) 或
【分析】(1) 化为标准方程得圆心与半径,由两圆相交的充要条件 求 ;(2) 联立直线与圆得韦达定理,将 用 与 表示后解方程;(3) 设 ,由弦长相等得两圆心到直线的距离相等,再由 有无穷多解得方程组恒成立,解出 。
【详解】(1) 解:圆 配方得 ,圆心 ,半径 ,
圆 配方得 ,圆心 ,半径 ,
∴ ,
∵ 圆 与圆 相交,∴ ,
即 ,解得 .
(2) 联立 ,消去 得 ,
由直线与圆交于两点,得 ,即 ,
由韦达定理 ,,
设 ,,则 ,,
∴ ,
即 ,
由 ,得 ,
整理得 ,解得 ,
∵ 不满足 ,舍去,
∴ .
(3) 设点 的坐标为 ,由 ,可设 ,,
即 ,,
∵ 两圆半径相等且弦长相等,由垂径定理,圆心 到直线 的距离与圆心 到直线 的距离相等,
∴ ,
去分母化简得 或 ,
∵ 过点 存在无穷多对互相垂直的直线满足条件,
∴ 关于 的方程有无穷多解,从而 或 ,
解得 或 ,
∴ 满足条件的点 的坐标为 或 .
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