直线与圆位置关系的应用

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  对于直线与圆的位置关系,初中教科书上已经有了初步介绍,而高中教材中这部分内容,是在原有的基础知识上再加深拓展。直线与圆的位置关系紧接直线以及圆的方程表示,是研究圆有关性质的基础,也为圆与圆的位置关系作了铺垫。
  在对口单招数学考试中,直线与圆位置关系的考题多出现在选择、填空题中,我结合高三综合试题,分析一下直线与圆的位置关系的应用。
  一、直线与圆位置关系的判断
  例:(2012南通调研)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,与m的取值有关
  分析:判断直线与圆的位置关系,主要是比较圆心到直线的距离d和圆半径r之间的大小,当dr时,直线和圆相离。本题的难点在于对距离d的化简。
  解:由题意,圆心坐标C(0,1),半径 ,
  圆心C到直线的距离 ,
  容易看出 ,因此 ,又∵ 直线和圆相交,选A。
  小结:直线与圆的位置关系的判断依据比较简单,学生容易掌握,本题的难点在于将距离表达式中的|m|化为 ,
  这样就能很容易比较出 与 的大小,问题就迎刃而解了。
  二、圆上的点到直线距离
  例:求圆C:(x-1)2+(y-1)2=4上的点到直线l:x-y-5=0的最远和最近距离。
  分析:首先判断直线与圆的位置关系,作出草图,找出距离该直线最远和最近的点,根据点的特征,计算出最远和最近距离。
  解:∵圓心C(1,1),半径r=2,∴圆心C到直线的距离 ,∴直线与圆相离,如图,过C作CP⊥直线l,交圆C于点A,反向延长AC交圆C于点B,则圆C上的点到直线l的最远距离为|BP|=|CP|+|CB|=d+r=
  ,最近距离为|AP|=|CP|-|CA|=d-r= 。
  小结:学生在遇到没见过的题目时,往往不知道从何下手,点到直线的距离即点到直线的垂线段的长,何时达到最大或最小值,要引导学生观察、分析、猜测、验证、下结论。
  三、截距相等问题
  例:与圆C:x2+(y+3)2=1相切,且在x轴和y轴上截距相等的直线共有______条。
  分析:截距相等问题,首先考虑截距都为0的情况,截距不为0时要考虑符号必须相同,截距不同于距离,距离是非负的,而截距可以是负的。本题并未要求求出直线方程,因此只需要在图中作出符合条件的直线即可。
  解:如左图,①当截距a=b=0时,即直线经过原点,且与圆C相切,为直线l1和l2;②当ab>0(a≠0且b≠0)时,当a与b同正时,无满足条件的直线;当a与b同负时,为直线l3和l4,因此,符合条件的直线共有4条。
  小结:纵截距和横截距均为0的情况是容易被忽视的,在解题中要引导学生特殊情况优先考虑;a=b≠0时要注意同号,截距可以为一切实数,只有符号和长度都相等才满足截距相等。
  四、直线与圆相交
  例:若直线2ax-by+2=0(a>0,b>0)被圆x2+y2+2x-4y+1=0截得的线段长为4,则+的最小值为( )
  A.2 B.4 C. D.
  分析:直线和圆相交也是常见题型,应放到直角三角形中来考虑弦长和半径之间的关系,而+的最小值利用不等式来解。
  解:圆化为标准方式为(x+1)2+(y-2)2=4,则圆心C(-1,2),半径r=2。过圆心C做CD⊥AB,则D为AB中点,∵|AB|=4,所以|AD|=2,又∵|AC|=r=2,则在直角三角形ACD中,斜边|AC|=直角边|AD|=2,不合题意,那产生矛盾的原因是什么呢?就是AC与AD重合,即直线AB过圆心C,将C(-1,2)代入直线方程,则2a?(-1)-b?2+2=0,∴a+b=1,而 ,选B。
  小结:本题的题干比较常见,而要求的+结合了不等式里的内容。通过常规的解题方法得出矛盾,学生很难再往下解,必须找出矛盾的原因,思维要开阔,从而解决矛盾。
  解几何题时,首先要求学生根据题意作出草图,而草图的准确性直接影响到解题的准确。在解直线与圆的位置关系的习题中,首先要掌握直线与圆的三种位置关系,这是解题的基础。但考试中出现的题型往往不是浮于表面,这就要求学生在掌握概念的同时,灵活运用,通过观察图形找出切入点,数形结合,从而更快更准确地找出答案。
  (作者单位:江苏省启东市第二中等专业学校)
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