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一、考查圆的性质
在高考中对圆的性质考查主要体现在:(1)对称性;(2)几何性,如“垂直于弦的直径必平分弦”“圆的切线垂直于过切点的半径”等等.
例1 (1)过点[A(11,2)]作圆[x2+y2+2x-4y-164=0]的弦,其中弦长为整数的共( )
A. 16条 B. 17条
C. 32条 D. 34条
(2)已知圆的方程为[x2+y2-6x-8y=0],设该圆过点(3,5)的最长弦和最短弦分别是[AC]和[BD],则四边形[ABCD]的面积是 .
解析 (1)过点(11,2)最短弦长为10,最长弦长为26,分别只有一条,
其它为整数的弦长还有11,12,…,25的各2条,
所以共有弦长为整数2+2×15=32条,故选C.
(2)由(1)知,最长弦长为10,最短弦长为[46],
故四边形[ABCD]的面积为[S=12×10×46=206.]
点拨 (1)由圆的对称性介于最短弦和最长弦的弦各有两条,不可忽视.(2)过圆内的点最长的弦是直径,最短弦是过此点与直径垂直的弦,解题时应充分利用圆的几何性.
二、考查圆的位置关系
位置关系主要包含:(1)点与圆的位置关系;(2)直线与圆的位置关系;(3)圆与圆锥曲线(包括圆)的位置关系,而解决方法常有方程法、平面几何法、向量法等.
例2 (1)若直线[ax+by=1]与圆[x2+y2=1]相交,则[P(a,b)]與圆[x2+y2=1]的关系为( )
A. 在圆上 B. 在圆外
C. 在圆内 D. 以上都有可能
(2)已知直线[ax+y-2=0]与圆心为[C]的圆[(x-1)2+(y-a)2=4]相交于[A],[B]两点,且[△ABC]为等边三角形,则实数[a]的值为 .
(3)与圆[C1:x2+y2+2x-6y-26=0],[C2:x2+y2-4x][+2y+4=0]都相切的直线有( )
A. 1条 B. 2条
C. 3条 D. 4条
解析 (1)[∵直线ax+by=1与圆x2+y2=1相交],
[∴1a2+b2<1,即a2+b2>1,故选]B.
(2)[C(1,a)]到直线[ax+y-2=0]的距离[d=|2a-2|a2+1].
[因为△ABC为等边三角形,]
[所以|AB|=|BC|.]
[所以(|2a-2|a2+1)2+1=22.]
[解得a=4±15.]
(3)把已知圆化为标准形式,可判断两圆相内切,它们只有一条公切线,故选A.
点拨 (1)点与圆的位置判断,还可渗透向量法,如:点[O]在以[AB]为直径的圆上,圆内,圆外[?OA·OB=0,OA·OB<0,OA·OB>0].(2)直线和圆的位置关系,主要采用几何法. 计算弦长时,要利用半径、弦心距、半弦长构成的直角三角形.(3)研究两圆的位置关系,要灵活运用平面几何法、坐标法,从而去确定两圆的公切线的条数.
三、圆的切线及切线长
涉及圆的切线,过圆[x2+y2+Dx+Ey+F=0]外一点[M(x0,y0)]引圆的切线,[T]为切点,切线长公式[|MT|=x02+y02+Dx0+Ey0+F].
已知[⊙O1:x2+y2=r2,⊙O2:(x-a)2+(y-b)2=r2],若点[M(x0,y0)]在圆上,则过点[M]的切线方程分别为[x0x+y0y=r2,][(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2,]这与点[M]在圆外引圆的两条切线,则切点弦所在的直线方程是一样的,掌握这些结论对解题是有帮助的.
四、与圆有关的轨迹问题
例3 (1)已知圆[M:(x+1)2+y2=1];圆[N:(x-1)2][+y2][=9],动圆[P]与圆[M]外切并与圆[N]内切,圆心[P]的轨迹为曲线[C],求曲线[C]的方程.
(2)由动点[P]向圆[x2+y2=1]引两条切线[PA],[PB]切点分别为[A,B],且[∠APB=60°],则动点[P]的轨迹方程为( )
A. [x2+y2=4] B. [x2+y2=3]
C. [x2+y2=2] D. [x2+y2=1]
解析 (1)由已知得圆[M]的圆心为[M(-1,0)],半径[r1=1],圆[N]的圆心为[N(1,0)],半径[r2=3].
设动圆[P]的圆心为[P(x,y)],半径为[R.]
∵圆[P]与圆[M]外切且与圆[N]内切,
∴[|PM|+|PN|=(R+r1)+(r2-R)=r1+r2=4].
由椭圆的定义可知,曲线[C]是以[M,N]为左右焦点,长半轴长为2,短半轴长为[3]的椭圆(左顶点除外),其方程为[x24+y23=1(x≠-2).]
(2)由题设,在直角[△POA]([O]为原点)中,[|OP|]为圆半径[|OA|]的2倍,即[|OP|=2],
所以点[P]的轨迹方程为[x2+y2=4].
点拨 轨迹问题是高考命题的热点问题,如平面上与两定点连线的斜率之积等于非零常数的点的轨迹,平面上与两定点的距离之比等于常数[λ]的点的轨迹.这些常见轨迹要熟记,同时特别关注圆与圆锥曲线相结合,考查圆锥曲线定义的轨迹问题.
五、与圆有关的最值问题
与圆上点[(x,y)]有关代数式的最值问题的常见题型及解法:
(1)形如[μ=y-bx-a],本质是直线的斜率的最值问题;
(2)形如[t=ax+by],转化为动直线截距的最值问题;
(3)形如[(x-a)2+(y-b)2],转化为动点到定点的距离的平方的最值问题.
例4 已知点[(x,y)]在圆[(x-2)2+(y-3)2=1]上,求:
(1)[x+y]的最大值和最小值;
(2)[yx]的最大值和最小值;
(3)[x2+y2+2x-4y+5]的最大值与最小值.
解析 (1)[(x+y)max=2-1],[(x+y)min=-2-1]
(2)[yx]的最大值为[-2+233],最小值为[-2-233]
(3)[x2+y2+2x-4y+5]的最大值为[34+1],最小值为[34-1].
在高考中对圆的性质考查主要体现在:(1)对称性;(2)几何性,如“垂直于弦的直径必平分弦”“圆的切线垂直于过切点的半径”等等.
例1 (1)过点[A(11,2)]作圆[x2+y2+2x-4y-164=0]的弦,其中弦长为整数的共( )
A. 16条 B. 17条
C. 32条 D. 34条
(2)已知圆的方程为[x2+y2-6x-8y=0],设该圆过点(3,5)的最长弦和最短弦分别是[AC]和[BD],则四边形[ABCD]的面积是 .
解析 (1)过点(11,2)最短弦长为10,最长弦长为26,分别只有一条,
其它为整数的弦长还有11,12,…,25的各2条,
所以共有弦长为整数2+2×15=32条,故选C.
(2)由(1)知,最长弦长为10,最短弦长为[46],
故四边形[ABCD]的面积为[S=12×10×46=206.]
点拨 (1)由圆的对称性介于最短弦和最长弦的弦各有两条,不可忽视.(2)过圆内的点最长的弦是直径,最短弦是过此点与直径垂直的弦,解题时应充分利用圆的几何性.
二、考查圆的位置关系
位置关系主要包含:(1)点与圆的位置关系;(2)直线与圆的位置关系;(3)圆与圆锥曲线(包括圆)的位置关系,而解决方法常有方程法、平面几何法、向量法等.
例2 (1)若直线[ax+by=1]与圆[x2+y2=1]相交,则[P(a,b)]與圆[x2+y2=1]的关系为( )
A. 在圆上 B. 在圆外
C. 在圆内 D. 以上都有可能
(2)已知直线[ax+y-2=0]与圆心为[C]的圆[(x-1)2+(y-a)2=4]相交于[A],[B]两点,且[△ABC]为等边三角形,则实数[a]的值为 .
(3)与圆[C1:x2+y2+2x-6y-26=0],[C2:x2+y2-4x][+2y+4=0]都相切的直线有( )
A. 1条 B. 2条
C. 3条 D. 4条
解析 (1)[∵直线ax+by=1与圆x2+y2=1相交],
[∴1a2+b2<1,即a2+b2>1,故选]B.
(2)[C(1,a)]到直线[ax+y-2=0]的距离[d=|2a-2|a2+1].
[因为△ABC为等边三角形,]
[所以|AB|=|BC|.]
[所以(|2a-2|a2+1)2+1=22.]
[解得a=4±15.]
(3)把已知圆化为标准形式,可判断两圆相内切,它们只有一条公切线,故选A.
点拨 (1)点与圆的位置判断,还可渗透向量法,如:点[O]在以[AB]为直径的圆上,圆内,圆外[?OA·OB=0,OA·OB<0,OA·OB>0].(2)直线和圆的位置关系,主要采用几何法. 计算弦长时,要利用半径、弦心距、半弦长构成的直角三角形.(3)研究两圆的位置关系,要灵活运用平面几何法、坐标法,从而去确定两圆的公切线的条数.
三、圆的切线及切线长
涉及圆的切线,过圆[x2+y2+Dx+Ey+F=0]外一点[M(x0,y0)]引圆的切线,[T]为切点,切线长公式[|MT|=x02+y02+Dx0+Ey0+F].
已知[⊙O1:x2+y2=r2,⊙O2:(x-a)2+(y-b)2=r2],若点[M(x0,y0)]在圆上,则过点[M]的切线方程分别为[x0x+y0y=r2,][(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2,]这与点[M]在圆外引圆的两条切线,则切点弦所在的直线方程是一样的,掌握这些结论对解题是有帮助的.
四、与圆有关的轨迹问题
例3 (1)已知圆[M:(x+1)2+y2=1];圆[N:(x-1)2][+y2][=9],动圆[P]与圆[M]外切并与圆[N]内切,圆心[P]的轨迹为曲线[C],求曲线[C]的方程.
(2)由动点[P]向圆[x2+y2=1]引两条切线[PA],[PB]切点分别为[A,B],且[∠APB=60°],则动点[P]的轨迹方程为( )
A. [x2+y2=4] B. [x2+y2=3]
C. [x2+y2=2] D. [x2+y2=1]
解析 (1)由已知得圆[M]的圆心为[M(-1,0)],半径[r1=1],圆[N]的圆心为[N(1,0)],半径[r2=3].
设动圆[P]的圆心为[P(x,y)],半径为[R.]
∵圆[P]与圆[M]外切且与圆[N]内切,
∴[|PM|+|PN|=(R+r1)+(r2-R)=r1+r2=4].
由椭圆的定义可知,曲线[C]是以[M,N]为左右焦点,长半轴长为2,短半轴长为[3]的椭圆(左顶点除外),其方程为[x24+y23=1(x≠-2).]
(2)由题设,在直角[△POA]([O]为原点)中,[|OP|]为圆半径[|OA|]的2倍,即[|OP|=2],
所以点[P]的轨迹方程为[x2+y2=4].
点拨 轨迹问题是高考命题的热点问题,如平面上与两定点连线的斜率之积等于非零常数的点的轨迹,平面上与两定点的距离之比等于常数[λ]的点的轨迹.这些常见轨迹要熟记,同时特别关注圆与圆锥曲线相结合,考查圆锥曲线定义的轨迹问题.
五、与圆有关的最值问题
与圆上点[(x,y)]有关代数式的最值问题的常见题型及解法:
(1)形如[μ=y-bx-a],本质是直线的斜率的最值问题;
(2)形如[t=ax+by],转化为动直线截距的最值问题;
(3)形如[(x-a)2+(y-b)2],转化为动点到定点的距离的平方的最值问题.
例4 已知点[(x,y)]在圆[(x-2)2+(y-3)2=1]上,求:
(1)[x+y]的最大值和最小值;
(2)[yx]的最大值和最小值;
(3)[x2+y2+2x-4y+5]的最大值与最小值.
解析 (1)[(x+y)max=2-1],[(x+y)min=-2-1]
(2)[yx]的最大值为[-2+233],最小值为[-2-233]
(3)[x2+y2+2x-4y+5]的最大值为[34+1],最小值为[34-1].