解析几何初步(33份)-北师大版11课件.ppt
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- 解析几何 初步 33 北师大 11 课件
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1、 研究直线与圆的位置关系有两种方法:研究直线与圆的位置关系有两种方法:(1)(1)几何法:令圆心到直线的距离为几何法:令圆心到直线的距离为d,d,圆的半径为圆的半径为r.r.利用利用d d与与r r的关系判定的关系判定判断直线与圆的位置关系判断直线与圆的位置关系 (2)(2)代数法:联立直线方程与圆的方程组成方程组代数法:联立直线方程与圆的方程组成方程组,消元后消元后得到一元二次方程,其判别式为得到一元二次方程,其判别式为.0 0 直线与圆相离直线与圆相离;=0=0 直线与圆相切直线与圆相切;0 0 直线与圆相交直线与圆相交.【例【例1 1】判断下列直线与圆的位置关系,如果有公共点求出】判断下
2、列直线与圆的位置关系,如果有公共点求出它们公共点的坐标它们公共点的坐标.(1)(1)直线直线:x+y=0,:x+y=0,圆圆:x:x2 2+y+y2 2+2x+4y-4=0;+2x+4y-4=0;(2)(2)直线直线:y=x+5,:y=x+5,圆圆:x:x2 2+y+y2 2+2x-4y+3=0;+2x-4y+3=0;(3)(3)直线:直线:x+y=3x+y=3,圆:,圆:x x2 2+y+y2 2-4x+2y+4=0.-4x+2y+4=0.【审题指导】【审题指导】题中分别给出了直线方程和圆的一般方程,题中分别给出了直线方程和圆的一般方程,可以用代数法可以用代数法(方程组解的个数方程组解的个数
3、)判断位置关系,也可以用判断位置关系,也可以用几何法几何法(圆心到直线的距离与半径比较圆心到直线的距离与半径比较)判断判断.【规范解答】【规范解答】(1)(1)方法一:圆方法一:圆x x2 2+y+y2 2+2x+4y-4=0+2x+4y-4=0,方程可化为方程可化为(x+1)(x+1)2 2+(y+2)+(y+2)2 2=9=9,圆心坐标为,圆心坐标为(-1(-1,-2)-2),半径为半径为3 3,圆心到直线的距离,圆心到直线的距离所以直线与圆相交,有两个交点所以直线与圆相交,有两个交点.由由 解得解得 或或所以直线与圆的两个交点的坐标分别是所以直线与圆的两个交点的坐标分别是(-1,1),(
4、2,-2).(-1,1),(2,-2).22123d3211 ,22xy0,xy2x4y40 x1y1 x2.y2 方法二方法二:由由消去消去y y得得x x2 2-x-2=0.-x-2=0.因为因为=(-1)=(-1)2 2-4-41 1(-2)=9(-2)=90,0,所以方程组有两解所以方程组有两解,直线与圆有两个公共点直线与圆有两个公共点.以下同方法一以下同方法一.22xy0,xy2x4y40(2)(2)方法一方法一:直线的方程可化为直线的方程可化为x-y+5=0.x-y+5=0.圆的方程可化为圆的方程可化为(x+1)(x+1)2 2+(y-2)+(y-2)2 2=2,=2,其圆心坐标为
5、其圆心坐标为(-1,2),(-1,2),半径为半径为圆心到直线的距离圆心到直线的距离所以直线与圆相切所以直线与圆相切,有一个公共点有一个公共点.由由 解得解得所以切点坐标为所以切点坐标为(-2,3).(-2,3).2.22125d2.11 22yx5,xy2x4y30 x2.y3 方法二方法二:由由消去消去y y得得x x2 2+4x+4=0.+4x+4=0.因为因为=4=42 2-4-41 14=0.4=0.所以直线与圆相切所以直线与圆相切,有有1 1个公共点个公共点.解方程组可得解方程组可得所以切点坐标为所以切点坐标为(-2,3).(-2,3).22yx5,xy2x4y30 x2,y3(3
6、)(3)直线方程可化为直线方程可化为x+y-3=0.x+y-3=0.圆的方程可化为圆的方程可化为(x-2)(x-2)2 2+(y+1)+(y+1)2 2=1.=1.其圆心的坐标为其圆心的坐标为(2,-1),(2,-1),半径为半径为1,1,圆心到直线的距离圆心到直线的距离所以直线与圆相离所以直线与圆相离,没有公共点没有公共点.222 1 3d2 1.11【变式训练】直线【变式训练】直线y=x+1y=x+1与圆与圆x x2 2+y+y2 2=1=1的位置关系是的位置关系是()()(A)(A)相切相切 (B)(B)相交但直线不过圆心相交但直线不过圆心(C)(C)直线过圆心直线过圆心 (D)(D)相
7、离相离【解析】【解析】选选B.B.方法一:由方法一:由 消去消去y y整理,得整理,得x x2 2+x=0+x=0,即,即x=0 x=0或或x=-1x=-1,所以直线与圆相交,又圆,所以直线与圆相交,又圆x x2 2+y+y2 2=1=1的的圆心坐标为圆心坐标为(0,0)(0,0),且,且00+1,00+1,所以直线不过圆心所以直线不过圆心.方法二:圆方法二:圆x x2 2+y+y2 2=1=1的圆心坐标为的圆心坐标为(0(0,0)0),半径长为,半径长为1 1,则,则圆心到直线圆心到直线y=x+1y=x+1的距离的距离 因为因为 所以直线所以直线y=x+1y=x+1与圆与圆x x2 2+y+
8、y2 2=1=1相交但直线不过圆心相交但直线不过圆心.22yx1,xy112d,222012,1.1.过圆上一点求圆的切线方程的一般步骤过圆上一点求圆的切线方程的一般步骤:(1)(1)求切点与圆心连线的斜率求切点与圆心连线的斜率k.k.(2)(2)由垂直关系得切线斜率为由垂直关系得切线斜率为(3)(3)代入点斜式方程得切线方程代入点斜式方程得切线方程.当切线方程的斜率当切线方程的斜率k=0k=0或或k k不存在时,可由图不存在时,可由图形直接得到切线方程为形直接得到切线方程为y=by=b或或x=a.x=a.圆的切线方程的求法圆的切线方程的求法1.k2.2.过圆外一点求圆的切线方程的方法过圆外一
9、点求圆的切线方程的方法:(1)(1)几何法几何法设切线方程为设切线方程为y-yy-y0 0=k(x-x=k(x-x0 0),),即即kx-y-kxkx-y-kx0 0+y+y0 0=0,=0,由圆心到直由圆心到直线的距离等于半径,可求得线的距离等于半径,可求得k k,进而求出切线方程,进而求出切线方程.(2)(2)代数法代数法设切线方程为设切线方程为y-yy-y0 0=k(x-x=k(x-x0 0),),即即y=kx-kxy=kx-kx0 0+y+y0 0,代入圆的方程,代入圆的方程,得一个关于得一个关于x x的一元二次方程,由的一元二次方程,由=0=0求得求得k,k,切线方程即可切线方程即可
10、求出求出.过圆外一点的切线必有两条过圆外一点的切线必有两条,当求得一条当求得一条直线时直线时,另一条一定是斜率不存在的情形另一条一定是斜率不存在的情形.【例【例2 2】求过点】求过点(1(1,-7)-7)且与圆且与圆x x2 2+y+y2 2=25=25相切的直线方程相切的直线方程.【审题指导】【审题指导】解答此类题目的关键是先判断点与圆的位置解答此类题目的关键是先判断点与圆的位置关系,在此基础上选择代数法或几何法求切线方程关系,在此基础上选择代数法或几何法求切线方程.【规范解答】【规范解答】方法一:由题意知切线斜率存在,设切线的方法一:由题意知切线斜率存在,设切线的斜率为斜率为k,k,则切线
11、方程为则切线方程为y+7=k(x-1),y+7=k(x-1),即即kx-y-k-7=0.kx-y-k-7=0.解得解得 或或所求切线方程为所求切线方程为 或或即即4x-3y-25=04x-3y-25=0或或3x+4y+25=0.3x+4y+25=0.2k75.k1 4k33k.4 4y7(x1)33y7x1,4 方法二:由题意知切线斜率存在方法二:由题意知切线斜率存在,设切点为设切点为(x(x0 0,y,y0 0),),则则解得解得 或或切线方程为切线方程为4x-3y-25=04x-3y-25=0或或3x+4y+25=0.3x+4y+25=0.00002200y7 y1x1 x,xy25 00
12、 x4y3 00 x3.y4 方法三:由题意知切线斜率存在方法三:由题意知切线斜率存在.设切线斜率为设切线斜率为k,k,则切线方程为则切线方程为y+7=k(x-1),y+7=k(x-1),即即y=k(x-1)-7,y=k(x-1)-7,由由 得得x x2 2+k(x-1)-7k(x-1)-72 2=25,=25,即即(k(k2 2+1)x+1)x2 2-(2k-(2k2 2+14k)x+k+14k)x+k2 2+14k+24=0.+14k+24=0.=(2k=(2k2 2+14k)+14k)2 2-4(k-4(k2 2+1)(k+1)(k2 2+14k+24)=0.+14k+24)=0.解得解
13、得 或或所求切线方程为所求切线方程为 或或 即即4x-3y-25=04x-3y-25=0或或3x+4y+25=0.3x+4y+25=0.22yk x17,xy254k33k.4 4y(x1)733yx17.4【互动探究】把题设中的【互动探究】把题设中的“点点(1,-7)”(1,-7)”换成换成“点点(0,5)”,(0,5)”,求相应问题求相应问题.【解题提示】【解题提示】先判断点与圆的位置关系,然后求解先判断点与圆的位置关系,然后求解.【解析】【解析】点点(0,5)(0,5)恰好在圆恰好在圆x x2 2+y+y2 2=25=25上上,过该点的圆的切线方程有且只有一条过该点的圆的切线方程有且只有
14、一条.而直线而直线y=5y=5恰好满足题意恰好满足题意,故该圆的切线方程为故该圆的切线方程为y=5.y=5.弦长问题的求解策略弦长问题的求解策略思路一思路一(代数法代数法):解直线和圆的相交弦问题:解直线和圆的相交弦问题,常常采用联立常常采用联立方程组方程组,消元得到关于消元得到关于x(x(或或y)y)的一元二次方程的一元二次方程,利用弦长公利用弦长公式式 (或或 )求解求解.思路二思路二(几何法几何法):直线和圆相交求弦长:直线和圆相交求弦长,可用圆心到直线的可用圆心到直线的距离距离d d、半径、半径r r及半弦长及半弦长 组成的直角三角形求解组成的直角三角形求解.解有关直线与圆的弦长问题一
15、般用几何法解有关直线与圆的弦长问题一般用几何法.与弦长有关的问题与弦长有关的问题212AB1k|xx|1221AB1|yy|k1|AB|2【例【例3 3】(2010(2010四川高考四川高考)直线直线x-2y+5=0 x-2y+5=0与圆与圆x x2 2+y+y2 2=8=8相交于相交于A A、B B两点,则两点,则|AB|=_.|AB|=_.【审题指导】【审题指导】(代数法代数法):联立直线:联立直线x-2y+5=0 x-2y+5=0与圆与圆x x2 2+y+y2 2=8=8的的方程消元得到关于方程消元得到关于x x的一元二次方程的一元二次方程,利用弦长公式利用弦长公式 求解求解;(几何法几
16、何法):求圆心到直线的距离:求圆心到直线的距离d d,利用,利用d d、半径、半径r r及半弦长及半弦长 组成的直角三角形解出组成的直角三角形解出|AB|.|AB|.212AB1k|xx|1|AB|2【规范解答】【规范解答】方法一方法一:设设A(xA(x1 1,y,y1 1),B(xB(x2 2,y,y2 2),由由 消去消去y y得得 5x5x2 2+10 x-7=0.+10 x-7=0.由根与系数的关系得由根与系数的关系得22x2y50,xy812127xx2,x x,5 21212122124 15|xx|xx4x x,5154 15AB1()xx2 3.225方法二方法二:因为圆心到直
17、线的距离因为圆心到直线的距离所以所以答案:答案:5d55,22AB2 rd2 852 3.2 3【变式训练】【变式训练】(2011(2011重庆高考重庆高考)在圆在圆x x2 2+y+y2 2-2x-6y=0-2x-6y=0内,过内,过点点E(0E(0,1)1)的最长弦与最短弦分别为的最长弦与最短弦分别为ACAC和和BDBD,则四边形,则四边形ABCDABCD的面积为的面积为()()A 5 2 B 10 2 C 15 2 D 20 2【解析】【解析】选选B.B.圆圆x x2 2+y+y2 2-2x-6y=0-2x-6y=0可化为可化为(x-1)(x-1)2 2+(y-3)+(y-3)2 2=1
18、0.=10.设圆心为设圆心为M M,则,则M(1M(1,3)3),半径,半径 如图,由题意:如图,由题意:ACBDACBD,且,且BE=DEBE=DE,BDBD所在直线方程为所在直线方程为即即x+2y-2=0 x+2y-2=0,r10.ME3 1k21 0,BD1k.2 1y 1x2 ,在在RtRtMEDMED中中DEDE2 2=MD=MD2 2-ME-ME2 2=212 32ME5.12 221055,DE5BD2 5AC2 10,则,又,ABCD11SAC BD2 102 510 2.22四边形【例】直线【例】直线l经过点经过点P(5P(5,5),5),并和圆并和圆C C:x x2 2+y
19、+y2 2=25=25相交,截得相交,截得弦长为弦长为 求求l的方程的方程.【审题指导】【审题指导】当直线当直线l的斜率不存在时,的斜率不存在时,l:x=5:x=5与圆与圆C C相切,相切,所以直线所以直线l的斜率存在,可设直线的斜率存在,可设直线l的方程为的方程为y-5=k(x-5)y-5=k(x-5),根,根据弦长据弦长 如果联立方程组,求交点如果联立方程组,求交点A A、B B坐标,计坐标,计算量较大,通常在这里可采取算量较大,通常在这里可采取“设而不求设而不求”的方法的方法.4 5,AB4 5,【规范解答】【规范解答】据题意知直线据题意知直线l的斜率存在,设直线的斜率存在,设直线l的方
20、程为的方程为y-5=k(x-5)y-5=k(x-5)与圆与圆C C相交于相交于A(xA(x1 1,y,y1 1),B(x),B(x2 2,y,y2 2),如图所示,如图所示,|OH|OH|是圆心到直线是圆心到直线l的距离,的距离,|OA|OA|是圆的半径,是圆的半径,|AH|AH|是弦长是弦长|AB|AB|的一半,的一半,在在RtRtAHOAHO中,中,|OA|=5,|OA|=5,解得解得 或或k=2.k=2.直线直线l的方程为的方程为x-2y+5=0 x-2y+5=0或或2x-y-5=0.2x-y-5=0.11AHAB4 52 5.22222OHOAAH5.5 1k5k1,1k2【变式备选】
21、已知圆【变式备选】已知圆C C的圆心与点的圆心与点P(-2,1)P(-2,1)关于直线关于直线y=x+1y=x+1对对称称.直线直线3x+4y-11=03x+4y-11=0与圆与圆C C相交于相交于A A、B B两点两点,且且|AB|=6|AB|=6,则圆,则圆C C的方程为的方程为_._.【解析】【解析】由于由于(-2,0)(-2,0)关于直线关于直线y=xy=x对称的点为对称的点为(0,-2)(0,-2),所以,所以点点(-2,1)(-2,1)关于直线关于直线y=x+1y=x+1的对称点坐标为的对称点坐标为(0,-1),(0,-1),即所求圆心为即所求圆心为(0,-1)(0,-1),此点到
22、直线,此点到直线3x+4y-11=03x+4y-11=0的距离为的距离为 由勾股定理求出圆的半径为由勾股定理求出圆的半径为 所以圆的方程所以圆的方程为为x x2 2+(y+1)+(y+1)2 2=18.=18.答案:答案:x x2 2+(y+1)+(y+1)2 2=18=184 1135 ,3 2,【典例】【典例】(12(12分分)(2010)(2010江苏高考改编江苏高考改编)在平面直角坐标系在平面直角坐标系xOyxOy中中,已知圆已知圆x x2 2+y+y2 2=4=4上有且仅有四个点到直线上有且仅有四个点到直线12x-5y+c=012x-5y+c=0的距离为的距离为1,1,求实数求实数c
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