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第四章圆与方程4.2直线、圆的位置关系4.2.1直线与圆的位置关系学习目标核心素养1.掌握直线与圆的三种位置关系：相交、相切、相离．2．会用代数法和几何法来判断直线与圆的三种位置关系．3．会用直线与圆的位置关系解决一些实际问题．通过研究直线与圆的位置关系，提升逻辑推理、数学运算、直观想象的数学素养.自主预习探新知1．直线与圆有三种位置关系位置关系交点个数相交有____公共点相切只有____公共点相离____公共点两个一个没有2.直线Ax＋By＋C＝0与圆(x－a)2＋(y－b)2＝r2的位置关系及判断位置关系相交相切相离公共点个数__个__个__个几何法：设圆心到直线的距离d＝|Aa＋Bb＋C|A2＋B2d__rd__rd__r判定方法代数法：由Ax＋By＋C＝0，（x－a）2＋（y－b）2＝r2消元得到一元二次方程的判别式ΔΔ__0Δ__0Δ__0两一零＜＝＞＞＝＜思考：用“代数法”与“几何法”判断直线与圆的位置关系各有什么特点？[提示]“几何法”与“代数法”判断直线与圆的位置关系，是从不同的方面，不同的思路来判断的．“几何法”更多地侧重于“形”，更多地结合了图形的几何性质；“代数法”则侧重于“数”，它倾向于“坐标”与“方程”．1．直线3x＋4y－5＝0与圆x2＋y2＝1的位置关系是()A．相交B．相切C．相离D．无法判断B[圆心(0，0)到直线3x＋4y－5＝0的距离d＝|－5|32＋42＝1.∵d＝r，∴直线与圆相切．选B.]2．设A，B为直线y＝x与圆x2＋y2＝1的两个交点，则|AB|＝()A．1B．2C．3D．2D[直线y＝x过圆x2＋y2＝1的圆心C(0，0)，则|AB|＝2.]3．直线x＋2y＝0被圆C：x2＋y2－6x－2y－15＝0所截得的弦长等于________．45[由已知圆心C(3，1)，半径r＝5.又圆心C到直线l的距离d＝|3＋2|5＝5，则弦长＝2r2－d2＝45.]合作探究提素养直线与圆的位置关系【例1】已知直线方程mx－y－m－1＝0，圆的方程x2＋y2－4x－2y＋1＝0.当m为何值时，圆与直线：(1)有两个公共点；(2)只有一个公共点；(3)没有公共点．[解]法一：将直线mx－y－m－1＝0代入圆的方程化简整理得，(1＋m2)x2－2(m2＋2m＋2)x＋m2＋4m＋4＝0.∵Δ＝4m(3m＋4)，(1)∴当Δ0时，即m0或m－43时，直线与圆相交，即直线与圆有两个公共点；(2)当Δ＝0时，即m＝0或m＝－43时，直线与圆相切，即直线与圆只有一个公共点；(3)当Δ0时，即－43m0，直线与圆相离，即直线与圆没有公共点．法二：已知圆的方程可化为(x－2)2＋(y－1)2＝4，即圆心为C(2，1)，半径r＝2.圆心C(2，1)到直线mx－y－m－1＝0的距离d＝|2m－1－m－1|1＋m2＝|m－2|1＋m2.(1)当d2时，即m0或m－43时，直线与圆相交，即直线与圆有两个公共点；(2)当d＝2时，即m＝0或m＝－43时，直线与圆相切，即直线与圆只有一个公共点；(3)当d2时，即－43m0时，直线与圆相离，即直线与圆没有公共点．直线与圆位置关系判断的三种方法：(1)几何法：由圆心到直线的距离d与圆的半径r的大小关系判断．(2)代数法：根据直线与圆的方程组成的方程组解的个数来判断．(3)直线系法：若直线恒过定点，可通过判断点与圆的位置关系判断，但有一定的局限性，必须是过定点的直线系．已知圆C：x2＋y2－4x＝0，l是过点P(3，0)的直线，则()A．l与C相交B．l与C相切C．l与C相离D．以上三个选项均有可能A[将点P(3，0)的坐标代入圆的方程，得32＋02－4×3＝9－12＝－30，∴点P(3，0)在圆内．∴过点P的直线l必与圆C相交．]求圆的切线方程【例2】过点A(4，－3)作圆(x－3)2＋(y－1)2＝1的切线，求此切线方程．思路探究：确定点A在圆外→判断切线条数――――――――――――――→根据圆心到直线的距离d＝r求切线方程[解]因为(4－3)2＋(－3－1)2＝171，所以点A在圆外，故切线有两条．①若所求直线的斜率存在，设切线斜率为k，则切线方程为y＋3＝k(x－4)，即kx－y－4k－3＝0.设圆心为C，因为圆心C(3，1)到切线的距离等于半径1，所以|3k－1－3－4k|k2＋1＝1，即|k＋4|＝k2＋1，所以k2＋8k＋16＝k2＋1，解得k＝－158.所以切线方程为－158x－y＋152－3＝0，即15x＋8y－36＝0.②若直线斜率不存在，圆心C(3，1)到直线x＝4的距离为1，这时直线x＝4与圆相切，所以另一条切线方程为x＝4.综上，所求切线方程为15x＋8y－36＝0或x＝4.1．本例中若将点“A(4，－3)”改为“A(2，1)”，则结果如何？[解]因为(2－3)2＋(1－1)2＝1，所以点A(2，1)在圆上，从而A是切点，又过圆心(3,1)与点A的直线斜率为0，故所求切线的方程为y＝1.2．若本例的条件不变，求其切线长．[解]因为圆心C的坐标为(3，1)，设切点为B，则△ABC为直角三角形，|AC|＝（3－4）2＋（1＋3）2＝17，又|BC|＝r＝1，则|AB|＝|AC|2－|BC|2＝（17）2－12＝4，所以切线长为4.圆的切线的求法：(1)点在圆上时：求过圆上一点(x0，y0)的圆的切线方程：先求切点与圆心连线的斜率k，再由垂直关系得切线的斜率为－1k，由点斜式可得切线方程．如果斜率为零或不存在，则由图形可直接得切线方程x＝x0或y＝y0.(2)点在圆外时：①几何法：设切线方程为y－y0＝k(x－x0)．由圆心到直线的距离等于半径，可求得k，也就得切线方程．②代数法：设切线方程为y－y0＝k(x－x0)，与圆的方程联立，消去y后得到关于x的一元二次方程，由Δ＝0求出k，可得切线方程．特别注意：切线的斜率不存在的情况，不要漏解．直线与圆的相交问题[探究问题]1．已知直线l与圆相交，如何利用通过求交点坐标的方法求弦长？[提示]将直线方程与圆的方程联立解出交点坐标，再利用|AB|＝（x2－x1）2＋（y2－y1）2求弦长．2．若直线与圆相交、圆的半径为r、圆心到直线的距离为d，如何求弦长？[提示]通过半弦长、弦心距、半径构成的直角三角形，如图所示，求得弦长l＝2r2－d2.【例3】求直线l：3x＋y－6＝0被圆C：x2＋y2－2y－4＝0截得的弦长．思路探究：法一：求圆心半径――――→勾股定理弦心距，半弦长和半径构成的直角三角形求解法二：求交点坐标――――――――――→利用两点间距离公式求弦长[解]法一：圆C：x2＋y2－2y－4＝0可化为x2＋(y－1)2＝5，其圆心坐标为(0，1)，半径r＝5.点(0，1)到直线l的距离为d＝|3×0＋1－6|32＋12＝102，l＝2r2－d2＝10，所以截得的弦长为10.法二：设直线l与圆C交于A、B两点．由3x＋y－6＝0，x2＋y2－2y－4＝0，得交点A(1，3)，B(2，0)，所以弦AB的长为|AB|＝（2－1）2＋（0－3）2＝10.3．若本例改为“过点(2，0)的直线被圆C：x2＋y2－2y－4＝0截得的弦长为10，求该直线方程”，又如何求解？[解]由例题知，圆心C(0，1)，半径r＝5，又弦长为10，所以圆心到直线的距离d＝r2－1022＝5－52＝102.又直线过点(2，0)，知直线斜率一定存在，可设直线斜率为k，则直线方程为y＝k(x－2)，所以d＝|－1－2k|k2＋1＝102，解得k＝－3或k＝13，所以直线方程为y＝－3(x－2)或y＝13(x－2)，即3x＋y－6＝0或x－3y－2＝0.求弦长常用的三种方法：(1)利用圆的半径r，圆心到直线的距离d，弦长l之间的关系12l2＋d2＝r2解题．(2)利用交点坐标，若直线与圆的交点坐标易求出，求出交点坐标后，直接用两点间距离公式计算弦长．(3)利用弦长公式，设直线l：y＝kx＋b，与圆的两交点(x1，y1)，(x2，y2)，将直线方程代入圆的方程，消元后利用根与系数的关系得弦长l＝1＋k2|x1－x2|＝（1＋k2）[（x1＋x2）2－4x1x2].1．本节课的重点是理解直线和圆的三种位置关系，会用圆心到直线的距离来判断直线与圆的位置关系，能解决直线与圆位置关系的综合问题．难点是解决直线与圆的位置关系．2．判断直线与圆位置关系的途径主要有两个：一是圆心到直线的距离与圆的半径进行大小比较；二是直线与圆的方程组成的方程组解的个数．两者相比较，前者较形象、直观，便于运算．3．与圆有关的弦长、切线问题常利用几何法求解，体现了直观想象的数学素养，但注意验证所求直线的斜率不存在的情形，避免漏解．当堂达标固双基1．直线3x＋4y＋12＝0与圆(x－1)2＋(y＋1)2＝9的位置关系是()A．过圆心B．相切C．相离D．相交但不过圆心D[圆心坐标为(1，－1)，圆心到直线3x＋4y＋12＝0的距离为d＝|3－4＋12|32＋42＝115＜r＝3.又点(1，－1)不在直线3x＋4y＋12＝0上，所以直线与圆相交且不过圆心．选D.]2．若直线y＝x＋a与圆x2＋y2＝1相切，则a的值为()A．2B．±2C．1D．±1B[由题意得|a|2＝1，所以a＝±2，故选B.]3．求过点(1，－7)且与圆x2＋y2＝25相切的直线方程．[解]由题意知切线斜率存在，设切线的斜率为k，则切线方程为y＋7＝k(x－1)，即kx－y－k－7＝0.∴|－k－7|k2＋1＝5，解得k＝43或k＝－34.∴所求切线方程为y＋7＝43(x－1)或y＋7＝－34(x－1)，即4x－3y－25＝0或3x＋4y＋25＝0.