直线与圆的方程综合题、典型题[1]

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直线与圆的方程综合题、典型题、高考题1、已知mR,直线l:2(1)4mxmym和圆C:2284160xyxy.(1)求直线l斜率的取值范围;(2)直线l能否将圆C分割成弧长的比值为12的两段圆弧?为什么?解析:(1)直线l的方程可化为22411mmyxmm,直线l的斜率21mkm,因为21(1)2mm≤,所以2112mkm≤,当且仅当1m时等号成立.所以,斜率k的取值范围是1122,.(2)不能.由(1)知l的方程为(4)ykx,其中12k≤.圆C的圆心为(42)C,,半径2r.圆心C到直线l的距离221dk.由12k≤,得415d≥,即2rd.从而,若l与圆C相交,则圆C截直线l所得的弦所对的圆心角小于23.所以l不能将圆C分割成弧长的比值为12的两段弧.2、已知圆C:044222yxyx,是否存在斜率为1的直线l,使l被圆C截得的弦AB为直径的圆过原点,若存在求出直线l的方程,若不存在说明理由。解析:圆C化成标准方程为2223)2()1(yx假设存在以AB为直径的圆M,圆心M的坐标为(a,b)由于CM⊥l,∴kCMkl=-1∴kCM=112ab,即a+b+1=0,得b=-a-1①直线l的方程为y-b=x-a,即x-y+b-a=0CM=23ab∵以AB为直径的圆M过原点,∴OMMBMAyxMABCO2)3(92222abCMCBMB,222baOM∴2222)3(9baab②把①代入②得0322aa,∴123aa或当25,23ba时此时直线l的方程为x-y-4=0;当0,1ba时此时直线l的方程为x-y+1=0故这样的直线l是存在的,方程为x-y-4=0或x-y+1=0评析:此题用0OAOB,联立方程组,根与系数关系代入得到关于b的方程比较简单3、已知点A(-2,-1)和B(2,3),圆C:x2+y2=m2,当圆C与线段..AB没有公共点时,求m的取值范围.解:∵过点A、B的直线方程为在l:x-y+1=0,作OP垂直AB于点P,连结OB.由图象得:|m|<OP或|m|>OB时,线段AB与圆x2+y2=m2无交点.(I)当|m|<OP时,由点到直线的距离公式得:22|m|2|1||m|,即22m22.(II)当m>OB时,22||32||13mm,即13m13m或.∴当22m22和0m13m13m且与时,圆x2+y2=m2与线段AB无交点.4、.已知动圆Q与x轴相切,且过点0,2A.⑴求动圆圆心Q的轨迹M方程;⑵设B、C为曲线M上两点,2,2P,PBBC,求点C横坐标的取值范围.解:⑴设,Pxy为轨迹上任一点,则2220yxy(4分)PBAO化简得:2114yx为求。(6分)⑵设2111,14Bxx,2221,14Cxx,∵0PBBC∴211162xxx(8分)∴210x或26x为求(12分)5、将圆02222yxyx按向量(1,1)a=-平移得到圆O,直线l与圆O相交于A、B两点,若在圆O上存在点C,使0,.OCOAOBOCal++==且求直线l的方程.解:由已知圆的方程为22(1)(1)2xy++-=,按(1,1)a=-平移得到22:2Oxy+=.∵(),OCOAOB=-+∴22()()0OCABOAOBOBOAOAOB?-+?=-=.即OCAB^.又OCal=,且(1,1)a=-,∴1OCk=-.∴1ABk=.设:0ABlxym-+=,AB的中点为D.由()2OCOAOBOD=-+=-,则2OCOD=,又22,2OCOD=\=.∴O到AB的距离等于22.即222m=,∴1m=?.∴直线l的方程为:10xy--=或10xy.6、已知平面直角坐标系xoy中O是坐标原点,)0,8(),32,6(BA,圆C是OAB的外接圆,过点(2,6)的直线l被圆所截得的弦长为34(1)求圆C的方程及直线l的方程;(2)设圆N的方程1)sin7()cos74(22yx,)(R,过圆N上任意一点P作圆C的两条切线PFPE,,切点为FE,,求CECF的最大值.解:因为)0,8(),32,6(BA,所以OAB为以OB为斜边的直角三角形,所以圆C:16)4(22yx(2)1)斜率不存在时,l:2x被圆截得弦长为34,所以l:2x适合2)斜率存在时,设l:)2(6xky即026kykx因为被圆截得弦长为34,所以圆心到直线距离为2所以212642kkk34k02634),2(346:yxxyl即综上,l:2x或02634yx(3)设2ECFa,则2||||cos216cos232cos16CECFCECF.在RtPCE△中,4cos||||xPCPC,由圆的几何性质得||||1716PCMC≥,所以32cos,由此可得916CFCE则CFCE的最大值为169.7、已知圆4)4()3(:22yxC,直线1l过定点)0,1(A。(1)若1l与圆相切,求1l的方程;(2)若1l与圆相交于Q、P丙点,线段PQ的中点为M,又1l与022:2yxl的交点为N,判断ANAM是否为定值,若是,则求出定值;若不是,请说明理由。解:(1)①若直线1l的斜率不存在,即直线是1x,符合题意。……2分②若直线1l斜率存在,设直线1l为)1(xky,即0kykx。由题意知,圆心)4,3(以已知直线1l的距离等于半径2,即:21432kkk,解之得43k……5分所求直线方程是1x,0343yx……6分(2)解法一:直线与圆相交,斜率必定存在,且不为0,可设直线方程为0kykx由0022lykxyx得)123,1222(KkKkN……8分又直线CM与1l垂直,由)3(14xkykkxy得)124,134(2222kkkkkkM……11分∴22222222)123()11222()124()1134(kkkkkkkkkkANAM……13分6121311122222kkkkk为定值。故ANAM是定值,且为6。……15分8、已知C过点)1,1(P,且与M:222(2)(2)(0)xyrr关于直线20xy对称.(Ⅰ)求C的方程;(Ⅱ)设Q为C上的一个动点,求PQMQ的最小值;(Ⅲ)过点P作两条相异直线分别与C相交于BA,,且直线PA和直线PB的倾斜角互补,O为坐标原点,试判断直线OP和AB是否平行?请说明理由.解:(Ⅰ)设圆心C(,)ab,则222022212abba,解得00ab…………(3分)则圆C的方程为222xyr,将点P的坐标代入得22r,故圆C的方程为222xy………(5分)(Ⅱ)设(,)Qxy,则222xy,且(1,1)(2,2)PQMQxyxy=224xyxy=2xy,…………………………(7分)所以PQMQ的最小值为4(可由线性规划或三角代换求得)…(10分)(Ⅲ)由题意知,直线PA和直线PB的斜率存在,且互为相反数,故可设:1(1)PAykx,:1(1)PBykx,由221(1)2ykxxy,得222(1)2(1)(1)20kxkkxk………(11分)因为点P的横坐标1x一定是该方程的解,故可得22211Akkxk同理,22211Bkkxk,所以(1)(1)2()1BABABAABBABABAyykxkxkkxxkxxxxxx=OPk所以,直线AB和OP一定平行……………………………………(15分)9、已知过点)0,1(A的动直线l与圆C:4)3(22yx相交于P、Q两点,M是PQ中点,l与直线m:063yx相交于N.(1)求证:当l与m垂直时,l必过圆心C;(2)当32PQ时,求直线l的方程;(3)探索ANAM是否与直线l的倾斜角有关,若无关,请求出其值;若有关,请说明理由.解析:(1)∵l与m垂直,且31mk,∴3lk,故直线l方程为3(1)yx,即330xy………2分∵圆心坐标(0,3)满足直线l方程,∴当l与m垂直时,l必过圆心C……………………4分(2)①当直线l与x轴垂直时,易知1x符合题意…………………6分②当直线l与x轴不垂直时,设直线l的方程为)1(xky,即0kykx,∵32PQ,∴134CM,………………………………………8分则由11|3|2kkCM,得34k,∴直线l:0434yx.故直线l的方程为1x或0434yx………………………………………10分(3)∵CMMN,∴()AMANACCMANACANCMANACAN……12分①当l与x轴垂直时,易得5(1,)3N,则5(0,)3AN,又(1,3)AC,∴5AMANACAN………………………………………………………14分当l的斜率存在时,设直线l的方程为)1(xky,则由063)1(yxxky,得N(36,13kkkk315),则55(,)1313kANkkNCMQPOAxy···lml第17题NCMQPOAxy···lml第17题∴AMANACAN=51551313kkk综上所述,ANAM与直线l的斜率无关,且5ANAM.…………………16分10、已知圆O的方程为),,过点直线03(,1122Alyx且与圆O相切。(1)求直线1l的方程;(2)设圆O与x轴交与P,Q两点,M是圆O上异于P,Q的任意一点,过点A且与x轴垂直的直线为2l,直线PM交直线2l于点'P,直线QM交直线2l于点'Q。求证:以''QP为直径的圆C总过定点,并求出定点坐标。解析:(1)∵直线1l过点(3,0)A,且与圆C:221xy相切,设直线1l的方程为(3)ykx,即30kxyk,…………………………2分则圆心(0,0)O到直线1l的距离为2|3|11kdk,解得42k,∴直线1l的方程为2(3)4yx,即2(3)4yx.………………………4分(2)对于圆方程122yx,令0y,得1x,即(1,0),(1,0)PQ.又直线2l过点A且与x轴垂直,∴直线2l方程为3x,设(,)Mst,则直线PM方程为).1(1xsty解方程组3,(1)1xtyxs,得).14,3('stP同理可得,).12,3('stQ………………10分∴以PQ为直径的圆C的方程为0)12)(14()3)(3(stystyxx,又122ts,∴整理得2262(61)0sxyxyt-+-++=,………………………12分若圆C经过定点,只需令0y=,从而有2610xx-+=,解得322x,∴圆C总经过定点坐标为(322,0).……………………………………………14分11、已知以点P为圆心的圆经过点1,0A和3,4B,线段AB的垂直平分线交圆P于点C和D,且||410CD.(1)求直线CD的方程;⑵求圆P的方程;⑶设点Q在圆P上,试问使△QAB的面积等于8的点Q共有几个?证明你的结论..解:⑴直线AB的斜率1k,AB中点坐标为1,2,∴直线CD方程为21yx即x+y-3=0(4分)⑵设圆心,abP,则由P在CD上得:30ab①又直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