收藏 分销(赏)

2023版大一轮数学人教A版-第4节-直线与圆、圆与圆的位置关系.docx

上传人:快乐****生活 文档编号:9579744 上传时间:2025-03-31 格式:DOCX 页数:17 大小:279.91KB 下载积分:8 金币
下载 相关 举报
2023版大一轮数学人教A版-第4节-直线与圆、圆与圆的位置关系.docx_第1页
第1页 / 共17页
2023版大一轮数学人教A版-第4节-直线与圆、圆与圆的位置关系.docx_第2页
第2页 / 共17页


点击查看更多>>
资源描述
第4节 直线与圆、圆与圆的位置关系 知识梳理 1.直线与圆的位置关系 设圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2,直线l:Ax+By+C=0,圆心C(a,b)到直线l的距离为d,由 消去y(或x),得到关于x(或y)的一元二次方程,其判别式为Δ. 位置关系 相离 相切 相交 图形 量化 方程观点 Δ<0 Δ=0 Δ>0 几何观点 d>r d=r d<r 2.圆与圆的位置关系 已知两圆C1:(x-x1)2+(y-y1)2=r, C2:(x-x2)2+(y-y2)2=r, 则圆心距d=|C1C2|=. 则两圆C1,C2有以下位置关系: 位置关系 外离 内含 相交 内切 外切 圆心距 与半径 的关系 d>r1+r2 d<|r1-r2| |r1-r2|<d<r1+r2 d=|r1-r2| d=r1+r2 图示 公切线 条数 4 0 2 1 3 1.圆的切线方程常用结论 (1)过圆x2+y2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为x0x+y0y=r2. (2)过圆(x-a)2+(y-b)2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2. (3)过圆x2+y2=r2外一点M(x0,y0)作圆的两条切线,则两切点所在直线方程为x0x+y0y=r2. 2.直线被圆截得的弦长的求法 (1)几何法:运用弦心距d、半径r和弦长的一半构成的直角三角形,计算弦长|AB|=2. (2)代数法:设直线y=kx+m与圆x2+y2+Dx+Ey+F=0相交于点M,N,将直线方程代入圆的方程中,消去y,得关于x的一元二次方程,求出xM+xN和xM·xN,则|MN|=·. 诊断自测 1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”) (1)“k=1”是“直线x-y+k=0与圆x2+y2=1相交”的必要不充分条件.(  ) (2)如果两个圆的方程组成的方程组只有一组实数解,则两圆外切.(  ) (3)如果两圆的圆心距小于两圆的半径之和,则两圆相交.(  ) (4)过圆O:x2+y2=r2外一点P(x0,y0)作圆的两条切线,切点分别为A,B,则O,P,A,B四点共圆且直线AB的方程是x0x+y0y=r2.(  ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ 解析 (1)“k=1”是“直线x-y+k=0与圆x2+y2=1相交”的充分不必要条件;(2)除外切外,还有可能内切;(3)两圆还可能内切或内含. 2.直线l:3x-y-6=0与圆x2+y2-2x-4y=0相交于A,B两点,则|AB|=______. 答案  解析 由x2+y2-2x-4y=0得(x-1)2+(y-2)2=5,所以该圆的圆心坐标为(1,2),半径r=.又圆心(1,2)到直线3x-y-6=0的距离为d==,由=r2-d2,得|AB|2=10,即|AB|=. 3.圆x2+y2-4=0与圆x2+y2-4x+4y-12=0的公共弦长为________. 答案 2 解析 由得两圆公共弦所在直线方程x-y+2=0.又圆x2+y2=4的圆心到直线x-y+2=0的距离为=.由勾股定理得弦长的一半为=,所求弦长为2. 4.(2020·菏泽模拟)若点(1,1)在圆(x-a)2+(y+a)2=4的内部,则实数a的取值范围是(  )                    A.(-1,1)    B.(0,1) C.(-∞,-1)∪(1,+∞)   D.a=±1 答案 A 解析 因为点(1,1)在圆的内部, 所以(1-a)2+(1+a)2<4,所以-1<a<1. 5.(2021·重庆诊断)已知直线ax+by+c=0与圆O:x2+y2=1相交于A,B两点,且|AB|=,则·的值是(  ) A.- B. C.- D.0 答案 A 解析 在△OAB中,|OA|=|OB|=1,|AB|=,可得∠AOB=120°,所以·=1×1×cos 120°=-.故选A. 6.(2020·浙江卷)已知直线y=kx+b(k>0)与圆x2+y2=1和圆(x-4)2+y2=1均相切,则k=__________,b=__________. 答案  - 解析 法一 直线kx-y+b=0(k>0)分别与圆心坐标为(0,0),半径为1,及圆心坐标为(4,0),半径为1的两圆相切, 可得 由①②且k>0,解得 法二 如图,直线分别与两个半径相等的圆相切,由对称性可知,直线与x轴的交点为A(2,0). 由AB=2,BM=1,∠AMB=90°,得∠MAB=30°, 可得直线的斜率k=tan 30°=, 直线方程为y=(x-2)=x-,因此b=-. 考点一 直线与圆的位置关系 1.若直线x-y+1=0与圆(x-a)2+y2=2有公共点,则实数a的取值范围是(  ) A.[-3,-1] B.[-1,3] C.[-3,1] D.(-∞,-3]∪[1,+∞) 答案 C 解析 由题意可得,圆的圆心为(a,0),半径为, ∴≤,即|a+1|≤2, 解得-3≤a≤1. 2.(2020·衡水模拟)直线l:mx-y+1-m=0与圆C:x2+(y-1)2=5的位置关系是(  ) A.相交 B.相切 C.相离 D.不确定 答案 A 解析 法一 (代数法)由消去y,整理得(1+m2)x2-2m2x+m2-5=0,因为Δ=16m2+20>0,所以直线l与圆相交. 法二 (几何法)由题意知,圆心(0,1)到直线l的距离d=<1<,故直线l与圆相交. 法三 易得直线l过定点(1,1). 把点(1,1)代入圆的方程有1+0<,∴点(1,1)在圆的内部,故直线l与圆C相交. 3.(多选题)(2021·武汉调研)设有一组圆Ck:(x-k)2+(y-k)2=4(k∈R),则下列命题正确的是(  ) A.不论k如何变化,圆心Ck始终在一条直线上 B.所有圆Ck均不经过点(3,0) C.存在定直线始终与圆Ck相切 D.若k∈,则圆Ck上总存在两点到原点的距离为1 答案 ABC 解析 圆心坐标为(k,k),在直线y=x上,A正确; 若(3-k)2+(0-k)2=4,化简得2k2-6k+5=0,Δ=36-40=-4<0,无解,B正确; 圆心在y=x上,半径为定值2,故定直线斜率一定为1,设为y=x+b,=2,b=±2,故存在定直线y=x±2始终与圆Ck相切,C正确; 圆Ck上总存在两点到原点的距离为1,问题转化为圆x2+y2=1与圆Ck有两个交点,1<|k|<3, 则k∈∪,D错误. 感悟升华 判断直线与圆的位置关系的常见方法 (1)几何法:利用d与r的关系. (2)代数法:联立方程之后利用Δ判断. (3)点与圆的位置关系法:若直线恒过定点且定点在圆内,可判断直线与圆相交. 上述方法中最常用的是几何法,点与圆的位置关系法适用于动直线问题. 考点二 圆的弦长问题 【例1】 (1)(2020·济南调研)已知圆C:(x-1)2+(y+1)2=1与直线kx+y+1=0相交于A,B两点,若△CAB为等边三角形,则k的值为(  ) A.± B.±2 C.± D.± (2)(2021·中原名校联考)设圆x2+y2-2x-2y-2=0的圆心为C,直线l过(0,3),且与圆C交于A,B两点,若|AB|=2,则直线l的方程为(  ) A.3x+4y-12=0或4x-3y+9=0 B.3x-4y+12=0或4x+3y+9=0 C.4x-3y+9=0或x=0 D.3x+4y-12=0或x=0 答案 (1)A (2)D 解析 (1)圆C:(x-1)2+(y+1)2=1的圆心为C(1,-1),半径为1,故|CB|=|CA|=1,又△CAB为等边三角形,所以点C到直线kx+y+1=0的距离为,即=,解得k=±,故选A. (2)当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=0,由得或 ∴|AB|=2,符合题意. 当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y=kx+3,由已知可得圆的标准方程为(x-1)2+(y-1)2=4,其圆心为C(1,1),半径r=2,∴圆心C(1,1)到直线kx-y+3=0的距离d==,∵d2=r2-,∴=4-,即(k+2)2=k2+1,解得k=-,∴直线l的方程为y=-x+3,即3x+4y-12=0.综上,满足题意的直线l的方程为x=0或3x+4y-12=0,故选D. 感悟升华 弦长的两种求法 (1)代数方法:将直线和圆的方程联立方程组,消元后得到一个一元二次方程.在判别式Δ>0的前提下,利用根与系数的关系,根据弦长公式求弦长. (2)几何方法:若弦心距为d,圆的半径长为r,则弦长l=2. 【训练1】(2020·天津卷)已知直线x-y+8=0和圆x2+y2=r2(r>0)相交于A,B两点.若|AB|=6,则r的值为__________. 答案 5 解析 由题意知圆心为O(0,0),圆心到直线的距离d==4.取AB的中点M,连接OM(图略),则OM⊥AB.在Rt△OMA中,r==5. 考点三 圆的切线问题 【例2】 (1)(经典母题)过点P(2,4)引圆C:(x-1)2+(y-1)2=1的切线,则切线方程为________. (2)点P为射线x=2(y≥0)上一点,过P作圆x2+y2=3的两条切线,若两条切线的夹角为90°,则点P的坐标为(  ) A.(2,1) B.(2,2) C.(2,) D.(2,0) 答案 (1)x=2或4x-3y+4=0 (2)C 解析 (1)当直线的斜率不存在时,直线方程为x=2,此时,圆心到直线的距离等于半径,直线与圆相切,符合题意;当直线的斜率存在时,设直线方程为y-4=k(x-2),即kx-y+4-2k=0,∵直线与圆相切,∴圆心到直线的距离等于半径,即d===1, 解得k=, ∴所求切线方程为x-y+4-2×=0, 即4x-3y+4=0. 综上,切线方程为x=2或4x-3y+4=0. (2)如图所示. 设切点为A,B,则OA⊥AP,OB⊥BP,OA=OB,AP=BP,AP⊥BP, 故四边形OAPB为正方形, 则|OP|=, 又xP=2,则P(2,). 【迁移】在例2(1)中,已知条件不变,设两个切点为A,B,求切点弦AB所在的直线方程. 解 由题意得,点P,A,C,B在以PC为直径的圆上,此圆的方程为(x-2)(x-1)+(y-4)(y-1)=0, 整理得x2+y2-3x-5y+6=0,① 圆C:(x-1)2+(y-1)2=1展开得x2+y2-2x-2y+1=0,② 由②-①得x+3y-5=0,即为直线AB的方程. 感悟升华 求过某点的圆的切线问题时,应首先确定点与圆的位置关系,再求切线方程.若点在圆上(即为切点),则过该点的切线只有一条;若点在圆外,则过该点的切线有两条,此时注意斜率不存在的切线. 【训练2】(2020·马鞍山二模)在平面直角坐标系xOy中,若圆C:(x-3)2+(y-a)2=4上存在两点A,B满足∠AOB=60°,则实数a的最大值是(  ) A.5 B.3 C. D.2 答案 C 解析  根据题意,圆C的圆心为(3,a),在直线x=3上, 分析可得,当圆心距离x轴的距离越远,∠AOB越小. 如图:当a>0时,圆心C在x轴上方,若OA,OB为圆的切线且∠AOB=60°,此时a取得最大值, 此时∠AOC=30°, 有|OC|=2|AC|=4, 即(3-0)2+(a-0)2=16, 解得a=,故实数a的最大值是,故选C. 考点四 圆与圆的位置关系 【例3】已知两圆C1:x2+y2-2x-6y-1=0和C2:x2+y2-10x-12y+45=0. (1)求证:圆C1和圆C2相交; (2)求圆C1和圆C2的公共弦所在直线的方程和公共弦长. (1)证明 圆C1的圆心C1(1,3),半径r1=,圆C2的圆心C2(5,6),半径r2=4,两圆圆心距d=|C1C2|=5,r1+r2=+4,|r1-r2|=4-,所以|r1-r2|<d<r1+r2,所以圆C1和C2相交. (2)解 圆C1和圆C2的方程左、右分别相减,得4x+3y-23=0,所以两圆的公共弦所在直线的方程为4x+3y-23=0.圆心C2(5,6)到直线4x+3y-23=0的距离d==3,故公共弦长为2=2. 感悟升华 1.判断两圆的位置关系时常用几何法,即利用两圆圆心之间的距离与两圆半径之间的关系,一般不采用代数法. 2.若两圆相交,则两圆公共弦所在直线的方程可由两圆的方程作差消去x2,y2项得到. 【训练3】 (1)已知圆O1的方程为x2+y2=1,圆O2的方程为(x+a)2+y2=4,若这两个圆有且只有一个公共点,那么a的所有取值构成的集合是(  ) A.{1,-1,3,-3} B.{5,-5,3,-3} C.{1,-1} D.{3,-3} (2)(2021·东北三省三校联考)圆x2-4x+y2=0与圆x2+y2+4x+3=0的公切线共有(  ) A.1条 B.2条 C.3条 D.4条 答案 (1)A (2)D 解析 (1)圆心距d=|a|=2+1=3或d=|a|=2-1=1,所以a=1,-1,3,-3.故选A. (2)x2-4x+y2=0⇒(x-2)2+y2=22,圆心坐标为(2,0),半径为2;x2+y2+4x+3=0⇒(x+2)2+y2=12,圆心坐标为(-2,0),半径为1,圆心距为4,两圆半径和为3,因为4>3,所以两圆的位置关系是外离,故两圆的公切线共有4条.故选D. A级 基础巩固 一、选择题                     1.直线y=x-和圆x2+y2-4x+2y-20=0(  ) A.相交且过圆心 B.相交但不过圆心 C.相离 D.相切 答案 A 解析 将圆的方程配方,得(x-2)2+(y+1)2=25,圆心为(2,-1),半径r=5,将(2,-1)代入y=x-中,得×2-=-1,故直线过圆心,与圆相交.故选A. 2.圆x2+y2=4与圆(x-3)2+(y-4)2=49的位置关系为(  ) A.内切 B.相交 C.外切 D.相离 答案 A 解析 圆x2+y2=4的圆心为(0,0),半径为2,圆(x-3)2+(y-4)2=49的圆心为(3,4),半径为7,圆心距为=5=7-2(等于两圆半径的差),所以圆x2+y2=4与圆(x-3)2+(y-4)2=49的位置关系是内切.故选A. 3.过点P(1,-2)作圆C:(x-1)2+y2=1的两条切线,切点分别为A,B,则AB所在直线的方程为(  ) A.y=- B.y=- C.y=- D.y=- 答案 B 解析 由题意知,点P,A,C,B在以PC为直径的圆上,易求得这个圆为(x-1)2+(y+1)2=1,此圆的方程与圆C的方程作差可得AB所在直线的方程为y=-. 4.已知过原点的直线l与圆C:x2+y2-6x+5=0相交于不同的两点A,B,且线段AB的中点坐标为D(2,),则弦长为(  ) A.2 B.3 C.4 D.5 答案 A 解析 将圆C:x2+y2-6x+5=0整理,得其标准方程为(x-3)2+y2=4,所以圆C的圆心坐标为(3,0),半径为2.因为线段AB的中点坐标为D(2,),所以|CD|==,所以|AB|=2=2.故选A. 5.(多选题)(2021·青岛调研)已知直线l与圆C:x2+y2+2x-4y+a=0相交于A,B两点,弦AB的中点为M(0,1),则下列结论正确的是(  ) A.实数a的取值范围为a<3 B.实数a的取值范围为a<5 C.直线l的方程为x+y-1=0 D.直线l的方程为x-y+1=0 答案 AD 解析 若弦AB的中点为M(0,1),则点M(0,1)一定在圆内,且方程表示圆,即得a<3,故A正确; 由圆的方程得,圆心坐标为C(-1,2),又M(0,1),则kCM=-1,则kAB=1, 由点斜式得,直线l的方程为y-1=x,即x-y+1=0,故D正确. 6.(2020·全国Ⅲ卷)若直线l与曲线y=和圆x2+y2=都相切,则l的方程为(  ) A.y=2x+1 B.y=2x+ C.y=x+1 D.y=x+ 答案 D 解析 易知直线l的斜率存在,设直线l的方程y=kx+b,则= ①,设直线l与曲线y=的切点坐标为(x0,)(x0≥0),则y′|x=x0=x0-=k ②,=kx0+b ③,由②③可得b=,将b=,k=x0-代入①得x0=1或x0=-(舍去),所以k=b=,故直线l的方程为y=x+. 二、填空题 7.在圆x2+y2-2x-6y=0内,过点E(0,1)的最长弦和最短弦分别为AC和BD,则四边形ABCD的面积为______. 答案 10 解析 圆的标准方程为(x-1)2+(y-3)2=10,则圆心(1,3),半径r=,圆心(1,3)与E(0,1)距离=,由题意知AC⊥BD,且|AC|=2,|BD|=2=2,所以四边形ABCD的面积为S=|AC|·|BD|=×2×2=10. 8.(2020·海南三模)已知点P(1,2)和圆C:x2+y2+kx+2y+k2=0,过点P作圆C的切线有两条,则实数k的取值范围是________. 答案  解析 因为C:x2+y2+kx+2y+k2=0为圆,所以k2+4-4k2>0,解得-<k<,又过点P作圆C的切线有两条,所以点P在圆的外部,故1+4+k+4+k2>0,解得k∈R,综上可知-<k<.故k的取值范围是. 9.已知圆C的圆心坐标是(0,m),半径长是r.若直线2x-y+3=0与圆C相切于点A(-2,-1),则m=________,r=________. 答案 -2  解析  根据题意画出图形,可知 A(-2,-1),C(0,m),B(0,3), 则|AB|= =2, |AC|= =, |BC|=|m-3|. ∵直线2x-y+3=0与圆C相切于点A, ∴∠BAC=90°, ∴|AB|2+|AC|2=|BC|2. 即20+4+(m+1)2=(m-3)2, 解得m=-2. 因此r=|AC|==. 三、解答题 10.已知圆C:(x-1)2+(y+2)2=10,求满足下列条件的圆的切线方程; (1)与直线l1:x+y-4=0平行; (2)与直线l2:x-2y+4=0垂直; (3)过切点A(4,-1). 解 (1)设切线方程为x+y+b=0(b≠-4), 则=,∴b=1±2, ∴切线方程为x+y+1±2=0. (2)设切线方程为2x+y+m=0, 则=,∴m=±5, ∴切线方程为2x+y±5=0. (3)∵kAC==, ∴过切点A(4,-1)的切线斜率为-3, ∴过切点A(4,-1)的切线方程为y+1=-3(x-4), 即3x+y-11=0. 11.已知过点A(0,1)且斜率为k的直线l与圆C:(x-2)2+(y-3)2=1交于M,N两点. (1)求k的取值范围; (2)若·=12,其中O为坐标原点,求|MN|. 解 (1)易知圆心坐标为(2,3),半径r=1, 由题设,可知直线l的方程为y=kx+1, 因为l与C交于两点,所以<1. 解得<k<. 所以k的取值范围为. (2)设M(x1,y1),N(x2,y2). 将y=kx+1代入方程(x-2)2+(y-3)2=1,整理得 (1+k2)x2-4(1+k)x+7=0. 所以x1+x2=,x1x2=. ·=x1x2+y1y2 =(1+k2)x1x2+k(x1+x2)+1=+8. 由题设可得+8=12, 解得k=1,所以l的方程为y=x+1. 故圆心C在l上,所以|MN|=2. B级 能力提升 12.(2020·全国Ⅰ卷)已知⊙M:x2+y2-2x-2y-2=0,直线l:2x+y+2=0,P为l上的动点.过点P作⊙M的切线PA,PB,切点为A,B,当|PM|·|AB|最小时,直线AB的方程为(  ) A.2x-y-1=0 B.2x+y-1=0 C.2x-y+1=0 D.2x+y+1=0 答案 D 解析  (x-1)2+(y-1)2=4,r=2, M(1,1),如图,由题意可知,AB⊥PM, |PM|·|AB|=2S四边形APBM =2(S△PAM+S△PBM) =2(|PA|+|PB|), ∵|PA|=|PB|,∴|PM|·|AB|=4|PA|=4=4, 当|PM|最小时,|PM|·|AB|最小, 易知|PM|min==, 此时|PA|=1,AB∥l, 设直线AB的方程为y=-2x+b(b≠-2), 圆心M到直线AB的距离为d=, |AB|==, ∴d2+=|MA|2, 即+=4,解得b=-1或b=7(舍). 综上,直线AB的方程为y=-2x-1,即2x+y+1=0,故选D. 13.(多选题)(2021·南京质检)已知圆M:x2+y2+D1x+E1y+F1=0与圆N:x2+y2+D2x+E2y+F2=0的圆心不重合,直线l:(D1-D2)x+(E1-E2)y+F1-F2=0.下列说法正确的是(  ) A.若两圆相交,则l是两圆的公共弦所在直线 B.直线l过线段MN的中点 C.过直线l上一点P(在两圆外)作两圆的切线,切点分别为A,B,则|PA|=|PB| D.直线l与直线MN相互垂直 答案 ACD 解析 A.联立两圆方程得D1x+E1y+F1=D2x+E2y+F2整理得(D1-D2)x+(E1-E2)y+F1-F2=0,为两圆的公共弦所在直线,故A正确; B.设圆M的半径为r1,圆N的半径为r2, M,N, 线段MN的中点为,代入直线l的方程 得(D1-D2)+(E1-E2)+F1-F2=--+F1-F2=-=r-r,所以只有当两圆半径相等时才成立,故B错误; C.设P(x0,y0),则(D1-D2)x0+(E1-E2)y0+F1-F2=0,由切线长定理得:|PA|2=|PM|2-=x+y+D1x0+E1y0+F1,|PB|2=|PN|2-=x+y+D2x0+E2y0+F2,所以|PA|2-|PB|2=0,即|PA|=|PB|,故C正确; D.因为M,N,所以直线MN的斜率k1=,直线l的斜率为k2=,则k1k2=-1,所以l与直线MN相互垂直,故D正确.故选ACD. 14.(2020·衡水模拟)已知A(2,0),直线4x+3y+1=0被圆C:(x+3)2+(y-m)2=13(m<3)所截得的弦长为4,且P为圆C上任意一点. (1)求|PA|的最大值与最小值; (2)圆C与坐标轴相交于三点,求以这三个点为顶点的三角形的内切圆的半径. 解 (1)∵直线4x+3y+1=0被圆C: (x+3)2+(y-m)2=13(m<3)所截得的弦长为4,∴圆心到直线的距离d===1. ∵m<3,∴m=2, ∴|AC|==, ∴|PA|的最大值与最小值分别为+,-. (2)由(1)可得圆C的方程为(x+3)2+(y-2)2=13,令x=0,得y=0或4; 令y=0,得x=0或-6, ∴圆C与坐标轴相交于三点M(0,4),O(0,0),N(-6,0),∴△MON为直角三角形,斜边|MN|=2,∴△MON内切圆的半径为=5-.
展开阅读全文

开通  VIP会员、SVIP会员  优惠大
下载10份以上建议开通VIP会员
下载20份以上建议开通SVIP会员


开通VIP      成为共赢上传

当前位置:首页 > 包罗万象 > 大杂烩

移动网页_全站_页脚广告1

关于我们      便捷服务       自信AI       AI导航        抽奖活动

©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司  版权所有

客服电话:0574-28810668  投诉电话:18658249818

gongan.png浙公网安备33021202000488号   

icp.png浙ICP备2021020529号-1  |  浙B2-20240490  

关注我们 :微信公众号    抖音    微博    LOFTER 

客服