圆系方程及其应用.doc

圆系方程及其应用
一、常见的圆系方程有如下几种：
1、以为圆心的同心圆系方程：　
与圆＋＋＋Ｆ＝０同心的圆系方程为：＋＋＋＝０
2、过直线＋＋Ｃ＝０与圆＋＋＋Ｆ＝０交点的圆系方程为：＋＋＋Ｆ＋（＋＋Ｃ）＝０（Ｒ）
3、过两圆:＋＝0，:＋＝０交点的圆系方程为：＋＋（＋）＝0（≠-１，此圆系不含:＋＝０）
特别地，当＝－１时，上述方程为根轴方程．两圆相交时，表示公共弦方程；两圆相切时，表示公切线方程．
注：为了避免利用上述圆系方程时讨论圆，可等价转化为过圆和两圆公共弦所在直线交点的圆系方程:
二、圆系方程在解题中的应用：
1、利用圆系方程求圆的方程：
例1 求经过两圆x2+y2+6x-4=0和x2+y2+6y-28=0的交点，并且圆心在直线x-y-4=0上的圆的方程。
解一：求出两交点（-1,3）（-6,-2），再用待定系数法：1．用一般式；　 2．用标准式。
（注：标准式中可先求圆心的两个坐标，而圆心正好在两交点的中垂线上。）
解二：用两点的中垂线与直线的交点得圆心：
1．两交点的中垂线与直线相交；
2．过圆心与公共弦垂直的直线与直线相交；
3．两圆心连线与直线相交。
解三：利用圆系方程求出圆心坐标，圆心在直线方程上，代入直线方程求解。
例１、求经过两圆＋3－－2＝０和＋2＋＋１＝０交点和坐标原点的圆的方程．
解：方法3：由题可设所求圆的方程为：
　　（＋3－－2）＋（＋2＋＋１）＝０
∵　（0，0）在所求的圆上，∴　有－2＋＝０．　从而＝２
故所求的圆的方程为：
即　＋7＋＝０。
2、利用圆系方程求最小面积的圆的方程：
例2（1）：求过两圆和的交点且面积最小的圆的方程。
　　分析：本题若先联立方程求交点，再设所求圆方程，寻求各变量关系，求半径最值，虽然可行，但运算量较大。自然选用过两圆交点的圆系方程简便易行。为了避免讨论，先求出两圆公共弦所在直线方程。则问题可转化为求过两圆公共弦及圆交点且面积最小的圆的问题。
解：圆和的公共弦方程为
过直线与圆的交点的圆系方程为
，即
依题意，欲使所求圆面积最小，只需圆半径最小，则两圆的公共弦必为所求圆的直径，
圆心必在公共弦所在直线上。即，则
代回圆系方程得所求圆方程
例２（2）; 求经过直线：2＋＋4＝０与圆Ｃ：＋2－4＋1＝０的交点且面积最小的圆的方程．
解：设圆的方程为：＋2－4＋1＋（2＋＋4）＝０
即＋＋（1＋4）＝０则，当＝时，最小，从而圆的面积最小，故所求圆的方程为：＋26－12＋37＝０
练习：
1．求经过圆x2+y2+8x-6y+21=0与直线x-y+7=0的两个交点且过原点的圆的方程。（常数项为零）
2．求经过圆x2+y2+8x-6y+21=0与直线x-y+5=0的两个交点且圆心在x轴上的圆的方程。（圆心的纵坐标为零）
3．求经过圆x2+y2+8x-6y+21=0与直线x-y+5=0的两个交点且面积最小的圆方程。（半径最小或圆心在直线上）
4．求经过圆x2+y2+8x-6y+21=0与直线x-y+5=0的两个交点且与x轴相切的圆的方程；并求出切点坐标。（圆心到x轴的距离等于半径）
3、利用圆系方程求参数的值：
例3：已知圆与直线相交于P，Q两点，O为坐标原点，若，求实数m的值。
分析：此题最易想到设出，由得到，利用设而不求的思想，联立方程，由根与系数关系得出关于m的方程，最后验证得解。倘若充分挖掘本题的几何关系，不难得出O在以PQ为直径的圆上。而P，Q刚好为直线与圆的交点，选取过直线与圆交点的圆系方程，可极大地简化运算过程。
解：过直线与圆的交点的圆系方程为：
，即
　　 ………………….①
依题意，O在以PQ 为直径的圆上，则圆心显然在直线上，则，解之可得又满足方程①，则，故。
4、利用圆系方程判断直线与圆的位置关系：
例4 圆系＋2＋（4＋10）＋10＋20＝０（Ｒ，≠-１）中，任意两个圆的位置关系如何？
解：圆系方程可化为：＋10＋20＋（2＋4＋10）＝０
∵　与无关　　∴　　即
易知圆心（０，-５）到直线＋2＋5＝０的距离恰等于圆＝５的半径．故直线＋2＋5＝０与圆＝５相切，即上述方程组有且只有一个解，从而圆系方程所表示的任意两个圆有且只有一个公共点，故它们的关系是外切或内切．

总结：在求解过直线与圆，圆与圆交点的圆有关问题时，若能巧妙使用圆系方程，往往能优化解题过程，减少运算量，收到事半功倍的效果。