74直线与圆的综合应用课件.ppt
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- 74 直线 综合 应用 课件
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1、要点梳理要点梳理1.1.圆的方程圆的方程 (1 1)圆的标准方程为)圆的标准方程为 ,其中,其中圆心为圆心为 ,半径为,半径为r r.(2 2)圆的一般方程为)圆的一般方程为:x x2 2+y y2 2+DxDx+EyEy+F F=0(=0(D D2 2+E E2 2-4 4F F0)0),其中圆心坐标为,其中圆心坐标为 ,半径为,半径为 .7.4 7.4 直线与圆的综合应用直线与圆的综合应用基础知识基础知识 自主学习自主学习(x x-a a)2 2+(+(y y-b b)2 2=r r2 2 (a a,b b))2,2(EDFED421222.2.直线与圆的位置关系判断直线与圆的位置关系判断
2、(1 1)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,根据方程组解的个数来判断根据方程组解的个数来判断.若方程组有两组解,则直线与圆的位置关系为若方程组有两组解,则直线与圆的位置关系为 ;若方程组有一组解,则直线与圆的位置关系为若方程组有一组解,则直线与圆的位置关系为 ;若方程组无实数解,则直线与圆的位置关系为若方程组无实数解,则直线与圆的位置关系为 .(2 2)几何法:根据圆心到直线的距离)几何法:根据圆心到直线的距离d d和圆的半径和圆的半径r r大大小来判断小来判断;若若d d r r,则直线与圆的位置关系为,则直线与圆的位置关系为 ;若若d d
3、=r r,则直线与圆的位置关系为,则直线与圆的位置关系为 ;若若d d R R+r r,则两圆,则两圆 ;若若d d=R R+r r,则两圆,则两圆 ;若若d d=|=|R R-r r|,则两圆,则两圆 ;若若d d|R R-r r|,则两圆,则两圆 ;若若|R R-r r|d d R R+r r,则两圆则两圆 .相交相交相切相切相离相离相离相离外切外切内切内切内含内含相交相交基础自测基础自测1.1.(20092009临沂模拟)临沂模拟)已知直线已知直线x x+y y=a a与圆与圆x x2 2+y y2 2=4=4交于交于A A、B B两点,且两点,且 ,其中,其中O O为坐标原点,则实数为
4、坐标原点,则实数a a的值为的值为 .解析解析 如图,作平行四边形如图,作平行四边形OADBOADB,则则四边形四边形OADBOADB为正方形,为正方形,易知易知 为直线在为直线在y y轴上的截距的绝对值轴上的截距的绝对值,a a=2.2.2 2OBOAOBOA,OBOA,BAOD,BAOBOA,ODOBOA又OA2.2.直线直线x x+-2=0+-2=0被圆(被圆(x x-1-1)2 2+y y2 2=1=1所截得的线所截得的线段的长为段的长为 .3.3.圆圆2 2x x2 2+2+2y y2 2=1=1与直线与直线x xsin +sin +y y-1=0-1=0的位置关系是的位置关系是 .
5、解析解析 圆圆2 2x x2 2+2+2y y2 2=1=1可化为可化为x x2 2+y y2 2=,所以圆,所以圆心坐标为(心坐标为(0 0,0 0),半径为),半径为 ,而圆心到直,而圆心到直线线x xsin +sin +y y-1=0-1=0的距离为的距离为d d=相离相离3y3Z)2R,(,kk2)22(22.221111sin124.4.设圆设圆x x2 2+y y2 2-4-4x x-5=0-5=0的弦的弦ABAB的中点的中点P P(3 3,1 1),则),则直线直线ABAB的方程是的方程是 .解析解析 已知圆的圆心为已知圆的圆心为C C(2 2,0 0),),所以直线所以直线CP
6、CP的斜率为的斜率为则直线则直线ABAB的斜率为的斜率为-1-1,所以直线所以直线ABAB的方程为的方程为y y=-(=-(x x-3)+1,-3)+1,即即x x+y y-4=0.-4=0.x x+y y-4=0-4=0,12301k【例例1 1】已知圆】已知圆C C:(:(x x-1-1)2 2+(y y-2-2)2 2=25=25及直线及直线l l:(2 2m m+1+1)x x+(m m+1+1)y y=7=7m m+4+4(m mR R).(1 1)证明:不论)证明:不论m m取什么实数,直线取什么实数,直线l l与圆与圆C C恒相交;恒相交;(2 2)求直线)求直线l l被圆被圆C
7、 C截得的弦长最短长度及此时的直线截得的弦长最短长度及此时的直线方程方程.(1 1)问若按常规思路只需圆心)问若按常规思路只需圆心C C(1 1,2 2)到直)到直线线l l的距离恒小于半径即可,但注意到直线的距离恒小于半径即可,但注意到直线l l的方程写的方程写成成x x+y y-4+-4+m m(2 2x x+y y-7-7)=0=0后,发现直线后,发现直线l l过直线过直线x x+y y-4=04=0与直线与直线2 2x x+y y-7=0-7=0的交点(的交点(3 3,1 1),若该定点在),若该定点在圆内部,则问题(圆内部,则问题(1 1)得证)得证.典型例题典型例题 深度剖析深度剖
8、析分析分析(1)(1)证明证明 由(由(2 2m m+1+1)x x+(m m+1+1)y y=7=7m m+4+4(m mRR)得:得:m m(2 2x x+y y-7-7)+(x x+y y-4-4)=0=0 2 2x x+y y-7=0 -7=0 x x=3=3 x x+y y-4=0 -4=0 y y=1=1直线直线l l恒过定点(恒过定点(3 3,1 1)(3-13-1)2 2+(1-21-2)2 2=525=525,点点(3,1)(3,1)在圆内部在圆内部.不论不论m m为何实数为何实数,直线直线l l与圆恒相交与圆恒相交.解解得得(2)(2)解解 从从(1)(1)的结论知直线的结
9、论知直线l l过定点过定点MM(3,1)(3,1)且与且与过此点的圆过此点的圆C C的半径垂直时的半径垂直时,l l被圆所截的弦长被圆所截的弦长|ABAB|最短最短,由垂径定理知由垂径定理知|ABAB|=|=222CMr.052,43,231121112,1,54)21()13(25222yxlmmmkkCMl方程为代入得直线得从此时跟踪练习跟踪练习1 1 已知圆已知圆x x2 2+y y2 2-6-6mxmx-2-2(m m-1-1)y y+10+10m m2 2-2 2m m-24=0-24=0(m mR R).(1 1)求证:不论)求证:不论m m为何值,圆心在同一直线为何值,圆心在同一
10、直线l l上;上;(2 2)与)与l l平行的直线中,哪些与圆相交、相切、平行的直线中,哪些与圆相交、相切、相离;相离;(3 3)求证:任何一条平行于)求证:任何一条平行于l l且与圆相交的直线且与圆相交的直线被各圆截得的弦长相等被各圆截得的弦长相等.(1 1)证明证明 配方得:配方得:(x x-3-3m m)2 2+y y-(m m-1-1)2 2=25=25,x x=3=3m m y y=m m-1-1,l l:x x-3-3y y-3=0-3=0,则圆心恒在直线,则圆心恒在直线l l:x x-3-3y y-3=0-3=0上上.则则设圆心为(设圆心为(x x,y y),),消去消去m m得
11、得 (2 2)解解 设与设与l l平行的直线是平行的直线是l l1 1:x x-3-3y y+b b=0=0,则圆心到直线则圆心到直线l l1 1的距离为的距离为圆的半径为圆的半径为r r=5=5,当当d d r r,即,即 时,直线时,直线与圆相离与圆相离.10310)1(33bbmmd31053105b3105b31053105bb或(3 3)证明证明 对于任一条平行于对于任一条平行于l l且与圆相交的直线且与圆相交的直线l l1 1:x x-3-3y y+b b=0=0,由于圆心到直线,由于圆心到直线l l1 1的距离的距离弦长弦长=且且r r和和d d均为常量均为常量.任何一条平行于任
12、何一条平行于l l且与圆相交的直线被各圆截得且与圆相交的直线被各圆截得的弦长相等的弦长相等.,103bd222dr【例例2 2】已知一曲线是与两定点(】已知一曲线是与两定点(0 0,0 0)和()和(3 3,0 0)的距离之比为的距离之比为m m(m m0)0)的点的轨迹,求此曲线的点的轨迹,求此曲线方程并说明是什么曲线方程并说明是什么曲线.本题是求轨迹方程并探求曲线类型的问题,本题是求轨迹方程并探求曲线类型的问题,依据题意,可采用直接法求轨迹方程依据题意,可采用直接法求轨迹方程.设所求曲线上任一点为设所求曲线上任一点为P P(x x,y y),由题意),由题意得得即即(m m2 2-1)-1
13、)x x2 2+(+(m m2 2-1)-1)y y2 2-6-6m m2 2x x+9+9m m2 2=0=0当当m m=1=1时,时,x x=,其轨迹为两点的中垂线;,其轨迹为两点的中垂线;分析分析解解,)3(2222myxyx23.13)0,13(,)13()13(,1222222222为半径的圆以为圆心其轨迹是以时当mm,mmmmymmxm跟踪练习跟踪练习2 2 已知两点已知两点MM(-1-1,0 0),),N N(1 1,0 0),),且点且点P P使使 成公差成公差小于零的等差数列小于零的等差数列.求点求点P P的轨迹的轨迹.解解 设设P P(x x,y y),由,由MM(-1-1
14、,0 0),),N N(1 1,0 0)得)得NPNM,PNPM,MNMP1),1(2).0,2(),1(),1(22yxPNPMxMNMPNMMNyxNPPN,yxMPPM 是公差小于零的等是公差小于零的等差数列等价于差数列等价于 x x2 2+y y2 2-1=-1=2(1+2(1+x x)+2(1-)+2(1-x x),2(1-2(1-x x)-2(1+)-2(1+x x)0 0 x x2 2+y y2 2=3=3 x x0 0点点P P的轨迹是以原点为圆心,的轨迹是以原点为圆心,为半径的右半圆为半径的右半圆.即即NPNM,PNPM,MNMP).1(2xNPNM213【例例3 3】(20
15、102010泰州模拟)泰州模拟)已知实数已知实数x x,y y满足方程满足方程x x2 2+y y2 2-4 4x x+1=0.+1=0.求求 的最大值和最小值,求的最大值和最小值,求y y-x x的最小值的最小值.解解 如下图,方程如下图,方程x x2 2+y y2 2-4-4x x+1=0+1=0表示以点(表示以点(2 2,0 0)为圆心,)为圆心,以以 为半径的圆为半径的圆.3xy设设 =k k,即,即y y=kxkx,由圆心(由圆心(2 2,0 0)到)到y y=kxkx的的距离为半径时,直线与距离为半径时,直线与圆相切,斜率取得最大、最小值圆相切,斜率取得最大、最小值.由由 ,解得,
16、解得k k2 2=3.=3.所以所以k kmaxmax=,k kminmin=.=.即即 的最大值为的最大值为 ,最小值为,最小值为 .(也可由平面几何知识,有(也可由平面几何知识,有OCOC=2=2,CPCP=,POCPOC=60=60,直线直线OPOP的倾斜角为的倾斜角为6060,直线直线OPOP的倾斜角为的倾斜角为120120解之解之.)xy31022kk33333xy跟踪练习跟踪练习3 3 已知已知AOBAOB中,中,|OBOB|=3|=3,|OAOA|=4|=4,|ABAB|=5|=5,点,点P P是是AOBAOB内切圆上一点,求以内切圆上一点,求以|PAPA|、|PBPB|、|PO
17、PO|为直径的三个圆的面积之和为直径的三个圆的面积之和的最大值与最小值的最大值与最小值.解解 建立如图所示的直角坐标系,使建立如图所示的直角坐标系,使A A、B B、O O三三点的坐标分别为点的坐标分别为A A(4 4,0 0)、)、B B(0 0,3 3)、)、O O(0 0,0 0).设内切圆半径为设内切圆半径为r r,则有,则有2 2r r+|+|ABAB|=|=|OAOA|+|+|OBOB|,得得r r=1.=1.故内切圆的方程为故内切圆的方程为(x x-1-1)2 2+(y y-1-1)2 2=1=1,化简为化简为x x2 2+y y2 2-2-2x x-2-2y y+1=0.+1=
18、0.设设P P(x x,y y),又因为),又因为|PAPA|2 2+|+|PBPB|2 2+|+|POPO|2 2=(x x-4-4)2 2+y y2 2+x x2 2+(y y-3-3)2 2+x x2 2+y y2 2=3=3x x2 2+3+3y y2 2-8-8x x-6-6y y+25+25=3=3(x x2 2+y y2 2-2-2y y)-8-8x x+25+25=-2=-2x x+22+22因为因为x x0 0,2 2,故,故|PAPA|2 2+|+|PBPB|2 2+|+|POPO|2 2的最大的最大值为值为2222,最小值为,最小值为18.18.因为三个圆的面积之和为因为
19、三个圆的面积之和为 (|PAPA|2 2+|+|PBPB|2 2+|+|POPO|2 2),因此所求面积的最大值为因此所求面积的最大值为 ,最小值为,最小值为 .421129【例例4 4】(】(1414分)已知点分)已知点A A(x x1 1,y y1 1),),B B(x x2 2,y y2 2)(x x1 1x x2 20)0)是抛物线是抛物线y y2 2=2=2pxpx(p p0)0)上的两个动点上的两个动点,O O是坐标原点是坐标原点,向量向量 满足满足|=|=|,设圆,设圆C C的方程为的方程为x x2 2+y y2 2-(x x1 1+x x2 2)x x-(y y1 1+y y2
20、 2)y y=0.=0.(1 1)证明线段)证明线段ABAB是圆是圆C C的直径;的直径;(2 2)当圆)当圆C C的圆心到直线的圆心到直线x x-2-2y y=0=0的距离的最小值的距离的最小值 为为 时,求时,求p p的值的值.解题示范(1 1)证明证明|=|,|=|,()()2 2=()=()2 2,552OB,OAOBOAOBOAOBOAOBOAOBOAOBOA即即整理得整理得x x1 1x x2 2+y y1 1y y2 2=0.=0.设点设点MM(x x,y y)是以线段)是以线段ABAB为直径的圆上的任意为直径的圆上的任意一点,一点,则则即(即(x x-x x1 1)()(x x
21、-x x2 2)+(y y-y y1 1)()(y y-y y2 2)=0.=0.展开上式并将展开上式并将代入得代入得x x2 2+y y2 2-(x x1 1+x x2 2)x x-(y y1 1+y y2 2)y y=0.=0.故线段故线段ABAB是圆是圆C C的直径的直径.6 6分分,OBOBOAOAOBOBOAOA2222220OBOA0MBMA(2 2)解设圆)解设圆C C的圆心为的圆心为C C(x x,y y),则),则 y y2 21 1=2=2pxpx1 1,y y2 22 2=2=2pxpx2 2(p p00),x x1 1x x2 2=又又x x1 1x x2 2+y y1
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