104 5年高考3年模拟B版(教师用书)§13.2 直线与圆、圆与圆的位置关系对应学生用书起始页码P179考点直线与圆、圆与圆的位置关系高频考点 一、直线与圆的位置关系1.直线与圆的位置关系的判定设直线l:Ax+By+C=0(A2+B2≠0),圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),d为圆心(a,b)到直线l的距离,联立直线和圆的方程,消元后得到的一元二次方程的判别式为Δ.位置关系判断方法代数法几何法公共点个数相交Δ>0d<r2相切Δ=0d=r1相离Δ<0d>r0 2.与圆的切线有关的结论(1)过圆x2+y2=r2(r>0)上一点P(x0,y0)的切线方程为x0x+y0y=r2;(2)过圆(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)上一点P(x0,y0)的切线方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2;(3)过圆x2+y2=r2(r>0)外一点P(x0,y0)作圆的两条切线,切点为A,B,则过A、B两点的直线方程为x0x+y0y=r2;(4)过圆x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)外一点P(x0,y0)引圆的切线,切点为T,则切线长为|PT|=x20+y20+Dx0+Ey0+F.3.与圆的弦长有关的计算直线与圆相交时,若l为弦长,d为弦心距,r为半径,则有r2=d2+l2()2,即l=2r2-d2,求弦长或已知弦长求半径或弦心距时,一般用上述公式求解. 二、圆与圆的位置关系1.两圆的位置关系的判定设圆O1的方程为(x-a1)2+(y-b1)2=R2(R>0),圆O2的方程为(x-a2)2+(y-b2)2=r2(r>0),其中R>r.位置关系判断方法几何法(判断圆心距|O1O2|与R,r的关系)代数法(联立两圆方程,判断解的个数)公共点个数公切线条数外离|O1O2|>R+r无解04外切|O1O2|=R+r一解13相交R-r<|O1O2|<R+r两解22内切|O1O2|=R-r一解11内含0≤|O1O2|<R-r无解00 2.圆系方程(1)同心圆系方程:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),其中a,b是定值,r是参数;(2)过直线Ax+By+C=0与圆x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)交点的圆系方程:x2+y2+Dx+Ey+F+λ(Ax+By+C)=0(λ∈R);(3)过圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0(D21+E21-4F1>0)和圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0(D22+E22-4F2>0)交点的圆系方程:x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(λ≠-1).该圆系不含圆C2,解题时,注意检验圆C2是否满足题意,以防丢解.3.求两圆公共弦所在直线的方程的方法(1)联立两圆方程,通过解方程组求出两交点坐标,再利用两点式求出直线方程;(2)将两圆的方程相减得到的方程就是所求的直线的方程.注意应用上述两种方法的前提是两圆必须相交.对应学生用书起始页码P180一、有关圆的切线问题的解法 1.求过圆上的一点(x0,y0)的切线方程先求切点与圆心连线所在直线的斜率,当斜率不存在时,切线方程为y=y0;当斜率存在时,设为k,①k≠0时由垂直关系知切线斜率为-1k,由点斜式求切线方程;②k=0时切线方程为x=x0.2.求过圆外一点(x0,y0)的圆的切线方程(1)几何法:当切线斜率存在时,设为k,切线方程为y-y0=k(x-x0),即kx-y+y0-kx0=0.由圆心到直线的距离等于半径,即可得出切线方程.若切线斜率不存在,则由图形写出切线方程:x=x0.(2)代数法:当斜率存在时,设为k,则切线方程为y-y0=k(x-x0),即y=kx-kx0+y0,代入圆的方程,得到一个关于x的一元二次方程,由Δ=0,求得k,切线方程即可求出.若切线斜率不存在,则由图形写出切线方程:x=x0.已知点P(2+1,2-2),M(3,1),圆C:(x-1)2+(y-2)2=4.(1)求过点P的圆C的切线方程;(2)求过点M的圆C的切线方程,并求出切线长.解题导引 (1)判断点P与圆C的位置关系→利用切线性质求切线斜率→写出切线方程(2)判断点M与圆C的位置关系→分类讨论切线的斜率→写出切线方程,利用勾股定理求得切线长解析 由题意得圆心为C(1,2),半径r=2.(1)∵(2+1-1)2+(2-2-2)2=4,第十三章 平面解析几何初步105 ∴点P在圆C上.又kPC=2-2-22+1-1=-1,∴切线的斜率k=-1kPC=1.∴过点P的圆C的切线方程是y-(2-2)=x-(2+1),即x-y+1-22=0.(2)∵(3-1)2+(1-2)2=5>4,∴点M在圆C外部.当过点M的直线的斜率不存在时,直线方程为x=3,即x-3=0.又点C(1,2)到直线x-3=0的距离d=3-1=2=r,所以直线x-3=0是圆的切线.当切线的斜率存在时,设切线方程为y-1=k(x-3),即kx-y+1-3k=0,则圆心C到切线的距离d=|k-2+1-3k|k2+1=r=2,解得k=34.∴切线方程为y-1=34(x-3),即3x-4y-5=0.综上可得,过点M的圆C的切线方程为x-3=0或3x-4y-5=0.∵|MC|=(3-1)2+(1-2)2=5,∴过点M的圆C的切线长为|MC|2-r2=5-4=1. 1-1 (2017常州一中质量检测,10)已知点P为圆C:x2+y2-2x-4y+1=0上的动点,点P到直线l的最大距离为6.若点A在直线l上,过A作圆C的切线AB,切点为B,则|AB|的最小值是 .1-1答案 23解析 圆C的方程可化为(x-1)2+(y-2)2=4,画出示意图,可以得出当点A到圆心C的距离最小时,|AB|最小,此时A、C、P三点共线.由已知得|CA|min=4,又|CB|=2,所以|AB|min=42-22=23. 1-2 已知点P(1,2)和圆C:x2+y2+kx+2y+k2=0,过点P作圆C的切线有两条,则k的取值范围是 .1-2答案 -233,233æèçöø÷解析 ∵方程x2+y2+kx+2y+k2=0表示圆,∴k2+4-4k2>0,即k2<43,∴-233<k<233.①又∵过点P可以作圆C的两条切线,∴点P应落在圆C外部.∴12+22+k+4+k2>0,即k2+k+9>0.解得k∈R.②综上所述,k的取值范围为-233,233æèçöø÷. 1-3 (2019泰州期末,11)在平面直角坐标系xOy中,过圆C1:(x-k)2+(y+k-4)2=1上任一点P作圆C2:x2+y2=1的一条切线,切点为Q,则当线段PQ长最小时,k= .1-3答案 2解析 如图,因为PQ为圆C2的切线,所以PQ⊥C2Q,由勾股定理,得|PQ|=|PC2|2-1,要使|PQ|最小,则|PC2|最小,显然当点P为C1C2与圆C1的交点时,|PC2|最小,此时,|PC2|=|C1C2|-1,|C1C2|=k2+(-k+4)2=2(k-2)2+8≥22.当k=2时,|C1C2|最小,同时|PQ|最小.二、有关圆的弦长问题的解法 (1)几何法:设圆的半径为r,弦心距为d,弦长为L,则L2()2=r2-d2.(2)代数法:设直线y=kx+b与圆(x-x0)2+(y-y0)2=r2相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,列方程组y=kx+b,(x-x0)2+(y-y0)2=r2,{消y后得关于x的一元二次方程,从而求得x1+x2,x1x2,则弦长|AB|=(1+k2)[(x1+x2)2-4x1x2].已知圆心为C的圆,满足下列条件:圆心C位于x轴正半轴上,与直线3x-4y+7=0相切,且被y轴截得的弦长为23,圆C的面积小于13.(1)求圆C的标准方程;(2)设过点M(0,3)的直线l与圆C交于不同的两点A,B,以OA,OB为邻边作平行四边形OADB.是否存在这样的直线l,使得直线OD与MC恰好平行?如果存在,求出l的方程;如果不存在,请说明理由.106 5年高考3年模拟B版(教师用书)解析 (1)设圆C:(x-a)2+y2=r2(a>0,r>0),由题意知|3a+7|32+(-4)2=r,a2+3=r,ìîíïïïï解得a=1或a=138,又S=πr2<13,∴a=1,r=2,∴圆C的标准方程为(x-1)2+y2=4.(2)不存在.理由如下:当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=0,不满足题意.当直线l的斜率存在时,设直线l:y=kx+3(k≠0),A(x1,y1),B(x2,y2),联立得y=kx+3,(x-1)2+y2=4,{消去y得(1+k2)x2+(6k-2)x+6=0,∴Δ=(6k-2)2-24(1+k2)=12k2-24k-20>0,解得k<1-263或k>1+263.则x1+x2=-6k-21+k2,则y1+y2=k(x1+x2)+6=2k+61+k2,OD→=OA→+OB→=(x1+x2,y1+y2),MC→=(1,-3),假设OD→∥MC→,则-3(x1+x2)=y1+y2,∴3·6k-21+k2=2k+61+k2,解得k=34∉-∞,1-263æèçöø÷∪1+263,+∞æèçöø÷,假设不成立,∴不存在这样的直线l. 2-1 (2017淮阴中学第一学期期中,13)如图,已知点A为圆O:x2+y2=9与圆C:(x-5)2+y2=16在第一象限内的交点,过点A的直线l被圆O和圆C所截得的弦分别为NA,MA(M,N不重合),若|NA|=|MA|,则直线l的斜率是 .2-1答案 724解析 联立x2+y2=9,(x-5)2+y2=16,{解得x=95,y=±125,ìîíïïïï则A95,125(),经验证,直线l的斜率存在,设斜率为k,则直线l的方程为y-125=kx-95(),即5kx-5y+12-9k=0,由于|NA|=|MA|,所以9-(12-9k)225k2+25=16-(16k+12)225k2+25,解得k=724.思路分析 联立两圆的方程可求得A的坐标,经验证直线l的斜率存在,设为k,可求得直线l的方程,结合|NA|=|MA|可得结果. 2-2 (2019扬州期末,10)已知直线l:y=-x+4与圆C:(x-2)2+(y-1)2=1相交于P,Q两点,则CP→·CQ→= .2-2答案 0解析 由题意知C(2,1),联立得y=-x+4,(x-2)2+(y-1)2=1,{解得x=2,y=2{或x=3,y=1,{即P(2,2),Q(3,1),∴CP→·CQ→=(0,1)·(1,0)=0.三、“隐形圆”问题的求解方法 1.有些题设中没有明确给出圆的相关信息,而是隐含在题目中,要通过分析、转化,发现圆(或圆的方程),从而利用圆的知识来求解,我们称这类问题为“隐形圆”问题.2.常见解题策略(1)利用圆的定义(到定点的距离等于定长的点的轨迹)确定隐形圆;(2)动点P与两定点A,B连线的张角是90°(kPA·kPB=-1或PA→·PB→=0)确定隐形圆;(3)两定点A,B与动点P满足PA→·PB→=λ(λ∈R)确定隐形圆;(4)两定点A,B与动点P满足PA2+PB2是定值确定隐形圆;(5)两定点A、B与动点P满足PAPB=λ(λ>0,λ≠1)确定隐形圆.(6)由圆周角的性质确定隐形圆.(1)(2018南京、盐城一模,12)在平面直角坐标系xOy中,若直