当前位置:首页>文档>第04讲直线与圆、圆与圆的位置关系(九大题型)(讲义)(解析版)_2.2025数学总复习_2024年新高考资料_1.2024一轮复习_2024年高考数学一轮复习讲练测(新教材新高考)

第04讲直线与圆、圆与圆的位置关系(九大题型)(讲义)(解析版)_2.2025数学总复习_2024年新高考资料_1.2024一轮复习_2024年高考数学一轮复习讲练测(新教材新高考)

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文档信息

文档格式
docx
文档大小
4.147 MB
文档页数
54 页
上传时间
2026-03-24 15:06:14

文档内容

第 04 讲 直线与圆、圆与圆的位置关系 目录 考点要求 考题统计 考情分析 (1)能根据给定直线、圆的 高考对直线与圆、圆与圆的位置关 方程,判断直线与圆、圆与 系的考查比较稳定,考查内容、频 圆的位置关系. 2023年乙卷(理)第12题,5分 率、题型难度均变化不大,但命题 (2)能用直线和圆的方程解 2023年I卷第6题,5分 形式上比较灵活,备考时应熟练掌 决一些简单的数学问题与实 2023年II卷第15题,5分 握相关题型与方法,除了直线与 际问题. 2022年I卷第14题,5分 圆、圆与圆的位置关系的判断外, 还特别要重视直线与圆相交所得弦 长及相切所得切线的问题.一.直线与圆的位置关系 直线与圆的位置关系有3种,相离,相切和相交 二.直线与圆的位置关系判断 (1)几何法(圆心到直线的距离和半径关系) 圆心 到直线 的距离,则 : 直线与圆相交,交于两点 , ; 直线与圆相切; 直线与圆相离 (2)代数方法(几何问题转化为代数问题即交点个数问题转化为方程根个数) 由 , 消元得到一元二次方程 , 判别式为 ,则: 直线与圆相交; 直线与圆相切; 直线与圆相离. 三.两圆位置关系的判断 用两圆的圆心距与两圆半径的和差大小关系确定,具体是: 设两圆 的半径分别是 ,(不妨设 ),且两圆的圆心距为 ,则: 两圆相交; 两圆外切; 两圆相离 两圆内切; 两圆内含( 时两圆为同心圆) 设两个圆的半径分别为 , ,圆心距为 ,则两圆的位置关系可用下表来表示: 位置关系 相离 外切 相交 内切 内含 几何特征 无实 一组实 一组实 代数特征 两组实数解 无实数解 数解 数解 数解 公切线条数 4 3 2 1 0 【解题方法总结】 关于圆的切线的几个重要结论(1)过圆 上一点 的圆的切线方程为 . (2)过圆 上一点 的圆的切线方程为 (3)过圆 上一点 的圆的切线方程为 (4)求过圆 外一点 的圆的切线方程时,应注意理解: ①所求切线一定有两条; ②设直线方程之前,应对所求直线的斜率是否存在加以讨论.设切线方程为 ,利用 圆心到切线的距离等于半径,列出关于 的方程,求出 值.若求出的 值有两个,则说明斜率不存在的情 形不符合题意;若求出的 值只有一个,则说明斜率不存在的情形符合题意. 题型一:直线与圆的位置关系的判断 例1.(2023·四川成都·成都七中校考一模)圆 : 与直线 : 的位置关系为( ) A.相切 B.相交 C.相离 D.无法确定 【答案】A 【解析】圆 : 的圆心为 ,半径 , 直线 : 即 ,则圆心到直线的距离 , 所以直线 与圆 相切. 故选:A 例2.(2023·全国·高三对口高考)若直线 与圆 相交,则点 ( ) A.在圆上 B.在圆外 C.在圆内 D.以上都有可能 【答案】B 【解析】直线与圆有两个不同的交点,则圆心到直线的距离小于半径,即: ,即 , 据此可得:点 与圆 的位置关系是点在圆外. 故选:B. 例3.(2023·全国·高三专题练习)已知点 为圆 上的动点,则直线 与 圆 的位置关系为( )A.相交 B.相离 C.相切 D.相切或相交 【答案】C 【解析】利用圆心距 和半径 的关系来确定直线与圆的位置关系. 由题意可得 ,于是 ,所以直线和圆相切. 故选: C. 变式1.(2023·全国·高三专题练习)直线 与圆 的位置关系是 ( ) A.相交 B.相切 C.相离 D.无法确定 【答案】A 【解析】已知直线 过定点 , 将点 代入圆的方程可得 , 可知点 在圆内, 所以直线 与圆 相交. 故选:A. 变式2.(2023·陕西宝鸡·统考二模)直线l: 与曲线C: 的交点个数 为( ) A.0 B.1 C.2 D.无法确定 【答案】B 【解析】曲线C: 是圆心在 上,半径 的圆, 则圆心与直线l的距离 , , 曲线C与直线l相切,即只有一个交点, 故选:B 变式3.(2023·宁夏银川·银川一中校考二模)直线 与圆 的位 置关系为( ) A.相离 B.相切 C.相交 D.不能确定 【答案】C 【解析】由直线 得 , 令 ,得 , 故直线 恒过点 ,又 , 即点 在圆 内, 故直线 与圆 的位置关系为相交. 故选:C. 【解题方法总结】 判断直线与圆的位置关系的常见方法 (1)几何法:利用d与r的关系. (2)代数法:联立方程之后利用Δ判断. (3)点与圆的位置关系法:若直线恒过定点且定点在圆内,可判断直线与圆相交. 题型二:弦长与面积问题 例4.(2023·重庆沙坪坝·高三重庆一中校考阶段练习)已知直线 : 与圆 : 交于 , 两点,则 . 【答案】 【解析】由 ,故圆心 ,半径为 , 所以,圆心到直线 的距离为 , ∴ . 故答案为: 例5.(2023·河南郑州·统考模拟预测)已知圆 ,直线 与圆C相交于M,N两 点,则 . 【答案】 / 【解析】由 ,得 ,则圆的圆心为 ,半径 , 所以圆心 到直线 的距离为 所以 ,解得 . 故答案为: 例6.(2023·全国·高三专题练习)已知直线 与 交于A,B两点,写出 满足“ 面积为 ”的m的一个值 .【答案】 ( 中任意一个皆可以) 【解析】设点 到直线 的距离为 ,由弦长公式得 , 所以 ,解得: 或 , 由 ,所以 或 ,解得: 或 . 故答案为: ( 中任意一个皆可以). 变式4.(2023·江西南昌·高三南昌市八一中学校考阶段练习)圆心在直线 上,与 轴相切,且被直 线 截得的弦长为 的圆的方程为 . 【答案】 或 【解析】设所求圆的圆心为 ,半径为 , 圆与 轴相切, , 又圆心到直线 的距离 , ,解得: 或 , 所求圆的圆心为 或 ,半径 , 圆的方程为 或 . 故答案为: 或 . 变式5.(2023·广东广州·统考三模)写出经过点 且被圆 截得的弦长为 的一条 直线的方程 . 【答案】 或 【解析】圆的方程可化为 ,圆心为 ,半径 . 当过点 的直线的斜率不存在时,直线方程为 ,此时圆心在直线上,弦长 ,不满足题意, 所以过点 的直线的斜率存在,设过点 的直线的方程为 ,即 ,则 圆心 到直线 的距为 , 依题意 ,即 ,解得 或 , 故所求直线的方程为 或 . 故答案为: 或 .变式6.(2023·广东深圳·校考二模)过点 且被圆 所截得的弦长为 的直线 的方程为 . 【答案】 【解析】圆 ,即 , 圆心为 ,半径 , 若弦长 ,则圆心到直线的距离 , 显然直线的斜率存在,设直线方程为 ,即 , 所以 ,解得 ,所以直线方程为 . 故答案为: 变式7.(2023·湖北黄冈·浠水县第一中学校考三模)已知直线l: 被圆C: 所截得的弦长为整数,则满足条件的直线l有 条. 【答案】9 【解析】将直线l的方程整理可得 ,易知直线恒过定点 ; 圆心 ,半径 ; 所以当直线过圆心时弦长取最大值,此时弦长为直径 ; 易知,当圆心 与 的连线与直线l垂直时,弦长最小,如下图所示; 此时弦长为 ,所以截得的弦长为整数可取 ; 由对称性可知,当弦长为 时,各对应两条,共8条, 当弦长为8时,只有直径1条, 所以满足条件的直线l共有9条. 故答案为:9 变式8.(2023·全国·高三专题练习)已知A,B分别为圆 与圆 上的点,O为 坐标原点,则 面积的最大值为 .【答案】 / 【解析】设M: ,则 半径为1; 圆N: ,则 ,半径为2. 以ON为直径画圆,延长BO交圆于F,连接FE,NE,NF, 如图: 则 ,又 ,所以F为BO的中点, 由对称性可得 , ,及 , 所以 , 故当 最大时, 最大, 故转化为在半径为1的内接三角形OEF的面积的最大值问题, 对于一个单位圆内接三角形 的面积, ,又 , , 所以 , 当且仅当 时,即三角形 为等边三角形时等号成立, 此时 , 所以 , 即三角形OEF的面积的最大值为 , 所以 最大值为 . 故答案为:变式9.(2023·广东广州·广州市从化区从化中学校考模拟预测)已知直线 与圆 交于A, 两点,若 是圆上的一动点,则 面积的最大值是 . 【答案】 / 【解析】 ,则圆C的圆心为 ,半径为 , 圆心C到直线l(弦AB)的距离为 , 则 , 则 到弦AB的距离的最大值为 , 则 面积的最大值是 . 故答案为: 变式10.(2023·全国·高三专题练习)已知圆 的方程为 ,若直线 与圆 相交于 两点,则 的面积为 . 【答案】12 【解析】圆 : ,得圆心为 ,半径为 , 圆心到直线的距离 ,因此 , 所以 . 故答案为: . 变式11.(2023·全国·高三专题练习)在平面直角坐标系xOy中,过点 的直线l与圆 相交于M,N两点,若 ,则直线l的斜率为 . 【答案】 【解析】由题意得 ,直线 的斜率存在,设 , ,直线MN的方程为 , 与 联立,得 , ,得 , , .因为 ,所以 ,则 ,于是 ,(由点A及C在y轴上可判断出 , 同号) 所以 ,两式消去 ,得 ,满足 ,所以 .故答案为: 变式12.(2023·广东惠州·统考模拟预测)在圆 内,过点 的最长弦和最短弦分 别为 和 ,则四边形 的面积为 . 【答案】 【解析】圆的方程 化为标准方程为: , 则圆心 半径 ,由题意知最长弦为过 点的直径,最短弦为过 点和这条直径垂直的弦,即 ,且 ,圆心和 点之间的距离为1, 故 , 所以四边形ABCD的面积为 . 故答案为: 【解题方法总结】 弦长问题 ①利用垂径定理:半径 ,圆心到直线的距离 ,弦长 具有的关系 ,这也是求弦长最常 用的方法. 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,直接用两点间的距离公式计算弦 长. ③利用弦长公式:设直线 ,与圆的两交点 ,将直线方程代入圆的方程, 消元后利用根与系数关系得弦长: . 题型三:切线问题、切线长问题 例7.(2023·辽宁锦州·校考一模)写出一条与圆 和曲线 都相切的直线的方程: . 【答案】 (答案不唯一) 【解析】设切线 与圆 相切于点 ,则 ,切线 的方程为 ,即 , 将 与 联立,可得 , 令 , 联立解得 或 或 或 所以切线 的方程为 或 或 或 . 故答案为: (答案不唯一) 例8.(2023·河南开封·统考三模)已知点 , ,经过B作圆 的切线与y轴 交于点P,则 . 【答案】 【解析】如图所示,设圆心为C点,则 , ,则点 在圆上,且 , 由 与圆相切可得: ,则 , , 则 ,故 ,则 , 从而可得 , 故答案为: . 例9.(2023·全国·高三专题练习)经过点 且与圆 相切的直线方程为 . 【答案】 【解析】圆 的标准方程为: , 当直线的斜率不存在时,直线方程为 ,不符合题意; 当直线的斜率存在时,设直线方程为 ,即 ,因为直线与圆相切, 所以圆心到直线的距离相等,即 , 化简得 , 解得 , , 综上:直线方程为: , 故答案为: 变式13.(2023·福建宁德·校考模拟预测)已知圆C: ,直线l的横纵截距相等且与圆 C相切﹐则直线l的方程为 . 【答案】 ,或 ,或 【解析】圆 的标准方程为 ,圆心为 ,半径为 , 因为直线l的横纵截距相等,所以直线 的斜率存在, 当直线 过原点时,设直线 的方程为 ,因为直线l与圆C相切, 此时圆心到直线 的距离等于半径,可得 ,解得 ,所以切线方程为 ; 当直线 不过原点时,设直线 的方程为 ,因为直线l与圆C相切, 此时圆心到直线 的距离等于半径,可得 ,解得 ,所以切线方程为 或 , 综上所述,直线l的方程为 ,或 ,或 . 故答案为: ,或 ,或 . 变式14.(2023·福建福州·统考模拟预测)写出经过抛物线 的焦点且和圆 相切的一 条直线的方程 . 【答案】 (或 ,写出一个方程即可) 【解析】抛物线 的焦点为 ,圆 的圆心为 ,半径为2.记过点 的直线为l,当l斜率不存在时,由图可知l与圆 相切,此时l的方程为 ; 当l斜率存在时,设其方程为 ,即 , 因为直线l与圆 相切,所以 ,解得 所以l的方程为 ,即 . 故答案为: (或 ,写出一个方程即可) 变式15.(2023·重庆·统考模拟预测)过点 且与圆 : 相切的直线方程为 【答案】 或 【解析】将圆 方程化为圆的标准方程 ,得圆心 ,半径为 , 当过点 的直线斜率不存在时,直线方程为 是圆 的切线,满足题意; 当过点 的直线斜率存在时, 可设直线方程为 ,即 , 利用圆心到直线的距离等于半径得 ,解得 , 即此直线方程为 , 故答案为: 或 . 变式16.(2023·湖北·高三校联考开学考试)已知过点 作圆 的切线,则切线长为 . 【答案】 【解析】由圆 ,可得圆心 ,半径 , 设切点为 ,因为 ,可得 , 所以切线长为 . 故答案为: . 变式17.(2023·江苏无锡·校联考三模)已如 , 是抛物线 上的动点(异于顶点),过作圆 的切线,切点为 ,则 的最小值为 . 【答案】3 【解析】依题意,设 ,有 ,圆 的圆心 ,半径 , 于是 , 因此 ,表示抛物线 上的点 到y轴距离与到定点 的距离的和, 而点 在抛物线 内,当且仅当 是过点 垂直于y轴的直线与抛物线 的交点时, 取得最小值 3, 所以 的最小值为3. 故答案为:3. 变式18.(2023·吉林通化·梅河口市第五中学校考模拟预测)由直线 上一点 向圆 引切线,则切线长的最小值为 . 【答案】 【解析】设过点 的切线与圆 相切于点 ,连接 ,则 , 圆 的圆心为 ,半径为 ,则 , 当 与直线 垂直时, 取最小值,且最小值为 , 所以, ,即切线长的最小值为 . 故答案为: . 变式19.(2023·山西朔州·高三怀仁市第一中学校校考阶段练习)若在圆C: 上存在一点P,使得过点P作圆M: 的切线长为 ,则r的取值范围为 . 【答案】 【解析】设点 ,过点 作圆M: 的切线,切点为 , 由题意可知: ,因为点 , 所以 ,化简整理可得: , 所以 ,因为 , , 所以 ,解得: , 所以 的取值范围为 , 故答案为: . 变式20.(2023·天津滨海新·天津市滨海新区塘沽第一中学校考模拟预测)已知圆 与直线 相交所得圆的弦长是 ,若过点 作圆 的切线,则切线长为 . 【答案】 【解析】由 ,得 , 则圆心为 ,半径为 , 圆心 到直线 的距离为 , 因为圆 与直线 相交所得圆的弦长是 , 所以 ,解得 或 (舍去), 所以圆心为 ,半径为 , 所以 与 间的距离为 , 所以所求的切线长为 , 故答案为: . 变式21.(2023·天津南开·统考二模)若直线 与圆 相切,则 . 【答案】 /0.75 【解析】由题意圆心为 ,半径为2, 所以 ,解得 .故答案为: . 变式22.(2023·湖北·高三校联考阶段练习)已知 , ,过x 轴上一点P分别作两圆的切线,切点分别是M,N,当 取到最小值时,点P坐标为 . 【答案】 【解析】 的圆心为 ,半径 , 的圆心为 ,半径 , 设 ,则 , 所以 , 取 , 则 , 当 三点共线时取等号, 此时 直线: 令 ,则 , , 故答案为: 【解题方法总结】 (1)圆的切线方程的求法 ①点 在圆上, 法一:利用切线的斜率 与圆心和该点连线的斜率 的乘积等于 ,即 .法二:圆心 到直线 的距离等于半径 . ②点 在圆外,则设切线方程: ,变成一般式: ,因为 与圆相切,利用圆心到直线的距离等于半径,解出 . 注意:因为此时点在圆外,所以切线一定有两条,即方程一般是两个根,若方程只有一个根,则还有 一条切线的斜率不存在,务必要把这条切线补上. (2)常见圆的切线方程 过圆 上一点 的切线方程是 ; 过圆 上一点 的切线方程是 . 题型四:切点弦问题 例10.(2023·浙江·高三浙江省富阳中学校联考阶段练习)从抛物线 上一点 作圆 : 得两条切线,切点为 ,则当四边形 面积最小时直线 方程为 . 【答案】 【解析】如图,由题可知 , ,由对称性可知, 所以求四边形 的最小面积即求 的最小值 设 , ,则 当 ,即 时, ,四边形 的最小面积为 所以 所以以 为直径的圆的方程为: 则 为以圆 和以 为直径的圆的公共弦 如图所示两圆方程作差得: 所以直线 方程为 故答案为: 例11.(2023·贵州·高三凯里一中校联考开学考试)已知圆 ,过直线 上任 意一点 ,作圆的两条切线,切点分别为 两点,则 的最小值为 . 【答案】 【解析】由题意得,圆 的圆心为 ,半径为 , 如图所示, 根据圆的切线长公式,可得 , 则 , 当 取最小值时, 取最小值,此时 ,则 , 则 . 故答案为: . 例12.(2023·北京·高三强基计划)如图,过椭圆 上一点M作圆 的两条切线,过切 点的直线与坐标轴于P,Q两点,O为坐标原点,则 面积的最小值为( )A. B. C. D.前三个答案都不对 【答案】B 【解析】设点 ,由于点M在椭圆上,所以 , 由切点弦方程 , 所以 , 由于 , 当 时,上述不等式取等号, 取得最大值3,此时 面积取得最小值 . 故选:B. 变式23.(2023·山东泰安·统考模拟预测)已知直线 与圆 ,过直线 上的任意一点 向圆 引切线,设切点为 ,若线段 长度的最小值 为 ,则实数 的值是( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】圆 ,设 , 则 ,则 , , 则 ,所以圆心 到直线 的距离是 ,,得 , . 故选:A. 变式24.(2023·全国·高三专题练习)已知点 在直线 上,过点 作圆 的 两条切线,切点分别为 ,则圆心 到直线 的距离的最大值为( ) A. B. C.1 D. 【答案】B 【解析】由题意可得 的圆心 到直线 的距离为 , 即 与圆相离; 设 为直线 上的一点,则 , 过点P作圆 的切线,切点分别为 ,则有 , 则点 在以 为直径的圆上, 以 为直径的圆的圆心为 ,半径为 , 则其方程为 ,变形可得 , 联立 ,可得: , 又由 ,则有 , 变形可得 , 则有 ,可得 ,故直线 恒过定点 , 设 ,由于 ,故点 在 内, 则 时,C到直线 的距离最大,其最大值为 , 故选∶B 变式25.(2023·重庆·统考模拟预测)若圆 关于直线 对称,动点 在直线 上,过点 引圆 的两条切线 、 ,切点分别为 、 ,则直线 恒过定点 ,点 的 坐标为( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】由题意可知:圆 的圆心在直线 上, 即有 , 设点 ,则 , 故以 为直径的圆的方程为: , 将 和 相减, 即可得直线 的方程,即 , 则直线 恒过定点 , 故选:C 变式26.(多选题)(2023·全国·高三专题练习)已知圆 : ,点M在抛物线 : 上运动,过点 引直线 与圆 相切,切点分别为 ,则下列选项中 能取到的值有( ) A.2 B. C. D. 【答案】BC 【解析】解析:如图, 连接 ,题意, ,而 ,而 ,则 垂直平分线 段 , 于是得四边形 面积为 面积的2倍,从而得 , 即 , 设点 ,而 , 则 ,即 , 所以 ,即 ,得 , 所以 的取值范围为 .故选BC. 变式27.(2023·江苏南京·高三统考开学考试)过抛物线 上一点 作圆 的切线, 切点为 、 ,则当四边形 的面积最小时,直线 的方程为( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】连接 、 , 圆 的圆心为 ,半径为 ,易知圆心 为抛物线 的焦点, 设点 ,则 ,则 , 当且仅当 时,等号成立,此时点 与坐标原点重合, 由圆的几何性质可得 , ,由切线长定理可得 , 则 ,所以, , 所以, , 此时点 与坐标原点 重合,且圆 关于 轴对称,此时点 、 也关于 轴对称, 则 轴, 在 中, , , ,则 ,所以, ,因此,直线 的方程为 . 故选:C. 【解题方法总结】 过圆 外一点 作圆的两条切线,则两切点所在直线方程为 过曲线上 ,做曲线的切线,只需把 替换为 , 替换为 , 替换为 , 替 换为 即可,因此可得到上面的结论. 题型五:圆上的点到直线距离个数问题 例13.(2023·贵州贵阳·高三贵阳一中校考期末)若圆 上有四个不同的点到直 线 的距离为 ,则 的取值范围是( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】将圆 的方程化为标准方程为 ,圆心为 ,半径为 , 设与直线 平行且到直线 的距离为 的直线的方程为 , 则 ,解得 或 , 所以,直线 、 均与圆 相交, 所以, ,解得 , 因此,实数 的取值范围是 . 故选:C. 例14.(2023·陕西咸阳·高三武功县普集高级中学校考阶段练习)圆C: 上恰好存 在2个点,它到直线 的距离为1,则R的一个取值可能为( ) A.1 B.2 C.3 D.4 【答案】B 【解析】圆C: 的圆心 ,半径R 点C到直线 的距离为 圆C上恰好存在2个点到直线 的距离为1,则故选:B 例15.(2023·全国·高三专题练习)已知圆O:x2+y2=4上到直线l:x+y=a的距离等于1的点至少有2 个,则a的取值范围为( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】由圆的方程可知圆心为 ,半径为2,因为圆上的点到直线 的距离等于1的点至少有2个,所 以圆心到直线 的距离 ,即 ,解得 ,故选A. 变式28.(2023·全国·高三专题练习)若圆 上恰有2个点到直线 的距离为1,则实数 的取值范围为( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】因为圆心 到直线 的距离 , 故要满足题意,只需 ,解得 . 故选:A. 变式29.(1991·全国·高考真题)圆 上到直线 的距离为 的点共有 A. 个 B. 个 C. 个 D. 个 【答案】C 【解析】求出圆的圆心和半径,比较圆心到直线的距离和圆的半径的关系即可得解.圆 可变为 , 圆心为 ,半径为 , 圆心到直线 的距离 , 圆上到直线的距离为 的点共有 个. 故选:C. 变式30.(2023·全国·高三专题练习)若圆 上仅有4个点到直线 的距离为 1,则实数 的取值范围为( ) A. B. C. D. 【答案】A【解析】到已知直线的距离为1的点的轨迹,是与已知直线平行且到它的距离等于1的两条直线,根据题 意可得这两条平行线与 有4个公共点,由此利用点到直线的距离公式加以计算,可得 的取值范 围.作出到直线 的距离为1的点的轨迹,得到与直线 平行, 且到直线 的距离等于1的两条直线, 圆 的圆心为原点, 原点到直线 的距离为 , 两条平行线中与圆心 距离较远的一条到原点的距离为 , 又 圆 上有4个点到直线 的距离为1, 两条平行线与圆 有4个公共点,即它们都与圆 相交. 由此可得圆的半径 , 即 ,实数 的取值范围是 . 故选: . 【解题方法总结】 临界法 题型六:直线与圆位置关系中的最值(范围)问题 例16.(2023·湖北·统考模拟预测)已知点 在圆 运动,若对任意点 ,在直线 上均存在两点 ,使得 恒成立,则线段 长度的最小值是( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】如图,由题可知,圆心为点 ,半径为 1, 若直线 上存在两点 ,使得 恒成立, 则 始终在以 为直径的圆内或圆上,点 到直线 的距离为 , 所以 长度的最小值为 . 故选:D 例17.(2023·河南洛阳·高三伊川县第一高中校联考开学考试)已知圆 ,点 在 直线 上,过点 作直线 与圆 相切于点 ,则 的周长的最小值为 . 【答案】 / 【解析】由圆 知圆心 ,半径 , 因为 与圆 相切于点 ,所以 , 所以 ,所以 越小, 越小, 当 时, 最小, 因为圆心 到直线 的距离为 ,所以 的最小值为6, 此时, , , 故 的周长的最小值为 . 故答案为: . 例18.(2023·河北石家庄·高三校联考阶段练习)如图,正方形 的边长为4, 是边 上的一动点,交 于点 ,且直线 平分正方形 的周长,当线段 的长度最小时,点 到直线 的距 离为 . 【答案】 【解析】根据题意 平分正方形 周长,可得 恒过正方形 的中心,设 的中心为点 , 由 可知, 点的轨迹是以 为直径的圆, 以 为坐标原点, 为 轴, 为 轴建立直角坐标系, 则 , , , , 以 为直径的圆的方程为 , 设 为圆心,可知坐标为 ,当 最小时, , , 三点共线, 可知此时直线 的方程为 , 则点 到直线 的距离为 . 故答案为: . 变式31.(2023·广东梅州·高三大埔县虎山中学校考阶段练习)直线 分别与 轴, 轴交于 A,B两点,点P在圆 上,则 面积的取值范围是 . 【答案】 【解析】对于 ,当 时, ,当 时, , 所以 , 所以 ,圆 的圆心 ,半径 , 圆心 到直线 的距离为 , 所以点P到直线的距离的最大值 , 点P到直线的距离的最小值 , 所以 面积的最大值为 , 面积的最小值为 , 所以 面积的取值范围是 , 故答案为: 变式32.(2023·上海徐汇·高三上海民办南模中学校考阶段练习)若 ,则 的最小值为 . 【答案】 【解析】曲线 表示的是以点 为圆心,以 为半径的圆, 表示点 到点 的距离, 表示点 到直线 的距离,设点 在直线 上的射影点为 , 则 , 当且仅当 、 、 三点共线且点 为线段 与圆 的交点时,等号成立,故 的最小值为 . 故答案为: . 变式33.(2023·湖北武汉·武汉二中校联考模拟预测)已知圆 与直线 相切, 函数 过定点 ,过点 作圆 的两条互相垂直的弦 ,则四边形 面积的 最大值为 . 【答案】5 【解析】由题意圆 与直线 相切, 圆心为 ,半径为 , 函数 过定点 如图连接OA、OD作 垂足分别为E、F, , 四边形OEMF为矩形, 已知 , , 设圆心O到AC、BD的距离分别为 、 , 则 四边形ABCD的面积为: , 从而: , 当且仅当 时即 取等号, 故四边形ABCD的面积最大值是5,故答案为:5. 变式34.(2023·辽宁大连·大连二十四中校考模拟预测)已知 是平面内的三个单位向量,若 , 则 的最小值是 . 【答案】 【解析】 均为单位向量且 , 不妨设 , , 且 , , , , 的几何意义表示的是点 到 和 两点的距离之和的2倍, 点 在单位圆内,点 在单位圆外, 则点 到 和 两点的距离之和的最小值即为 和 两点间距离, 所求最小值为 . 故答案为: . 变式35.(2023·安徽池州·高三池州市第一中学校考阶段练习)已知 ,直线 为 上的动点,过点 作 的切线 ,切点为 ,当 最小时,直线 的方程为 . 【答案】 【解析】圆的方程可化为 ,则圆心 ,半径 , 可得点 到直线 的距离为 ,所以直线 与圆相离, 依圆的知识可知,四点 四点共圆,且 , 所以 , 原题意等价于 取到最小值, 当直线 时, ,此时 最小. 的直线方程为: , 与 联立 ,解得: ,即 , 则 的中点为 , 所以以 为直径的圆的方程为 ,即 , 两圆的方程相减可得: , 即直线 的方程为 . 故答案为: . 变式36.(2023·全国·高三专题练习)已知 ,点A为直线 上的动点,过点 A作直线与 相切于点P,若 ,则 的最小值为 . 【答案】 【解析】 设 , ,连接 ,所以 ,且 , 所以 ,, 所以求 的最小值可转化为求 到两点 和 距离和的最小值,如图,连接 即可,所以 , 故答案为: . 变式37.(2023·广东佛山·华南师大附中南海实验高中校考模拟预测)若直线 与 相交于点 ,过点 作圆 的切线,切点为 ,则|PM|的最大 值为 . 【答案】 【解析】直线 过定点 ,直线 过定点 , 显然这两条直线互相垂直,因此 在以 为直径的圆上,设该圆的圆心为 , 显然点 的坐标为 ,所以该圆的方程为 , 由圆的切线性质可知: ,要想|PM|的值最大,只需 的值最大, 当点 在如下图位置时, 的值最大,即 , 所以|PM|的最大值为 , 故答案为: 变式38.(2023·河南·高三信阳高中校联考阶段练习)已知函数 的图象恒过定 点A,圆 上两点 , 满足 ,则 的 最小值为 .【答案】 【解析】因为 时, , 所以函数 的图象过定点 , 因为 , 所以点 三点共线, , 因为 , 为圆 上两点, 所以点 为过点 的直线与圆 的两个交点, 设线段 的中点为 ,则 , 因为 表示点 , 到 直线 的距离和, 表示表示点 到直线 的距离, 分别过点 作 与直线 垂直,垂足为 , 则 , 所以 , 因为 ,直线 过点 ,所以 , 所以 , 所以 ,化简可得 , 即点 在圆 上, 所以点 的轨迹为以 为圆心,半径为 的圆, 所以点 到直线 的距离的最小值为 , 所以 , 所以 , 所以 , 故答案为: .变式39.(2023·四川成都·统考模拟预测)已知圆C: 与直线l: 交与A,B两点,当|AB|最小值时,直线l的一般式方程是 . 【答案】 【解析】由圆的方程可得圆心为 ,直线 的方程可整理为 ,令 ,解得 ,所以直线 过定点 ,当 垂直直线 时, 最小,所以 ,解得 ,所以直线 的方程为 ,即 . 故答案为: . 变式40.(2023·北京西城·高三北京市回民学校校考阶段练习)已知圆 与直线 相交于 两点,则 的最小值是 . 【答案】 【解析】根据题意,圆 即 , 圆心 的坐标为 ,半径 , 直线 ,即 ,恒过定点 , 又由圆 的方程为 ,则点 在圆内, 分析可得:当直线 与 垂直时,弦 最小, 此时 , 则 的最小值为 ; 故答案为: .变式41.(2023·宁夏石嘴山·石嘴山市第三中学校考模拟预测)已知 分别是圆 ,圆 上动点, 是直线 上的动点,则 的 最小值为 . 【答案】3 【解析】 , , , , , 设 关于 的对称点为 , 则 ,解得 ,即 . 所以圆 关于直线 的对称圆 : 因为 , , 所以 . 故答案为:3 变式42.(2023·全国·高三专题练习)已知实数x,y满足: ,则 的取值范围 是 . 【答案】 【解析】解法一:因为 ,所以令 , , 则 , , 故 ,其中 , ,因为 , 所以 , 所以 , 故 的取值范围为 . 解法二:因为圆心 到直线 的距离 , 所以圆心上的点到直线 的距离的取值范围为 , 又因为 ,所以 的取值范围是 . 故答案为: . 变式43.(2023·福建福州·高三福建省福州格致中学校考期中)已知 是圆 上两点,若 ,则 的最大值为 . 【答案】4 【解析】由 ,得 为等腰直角三角形, 设 为 的中点,则 ,且 , 则点 在以 为圆心, 为半径的圆上, 表示 两点到直线 的距离之和, 两点到直线 的距离之和等于中点 到直线 的距离的2倍, 点 到直线 的距离为 , 所以点 直线 的距离的最大值为 , 所以 的最大值为 , 所以 的最大值为 . 故答案为:4. 变式44.(2023·广东广州·高三广州市白云中学校考期中)已知P是直线 上的动点, 是圆 的两条切线,A,B是切点,C是圆心,那么四边形 面积的最小值为 . 【答案】 【解析】 ,即 ,圆心为 ,半径 , ,即 最小时,面积最小. ,故四边形 面积的最小值为 .故答案为: 变式45.(2023·全国·高三专题练习)设 , ,O为坐标原点,点P满足 , 若直线 上存在点Q使得 ,则实数k的取值范围为( ) A. B. C. D. 【答案】C 【解析】设 , , ,即 . 点P的轨迹为以原点为圆心,2为半径的圆面. 若直线 上存在点Q使得 , 则PQ为圆 的切线时 最大, ,即 . 圆心到直线 的距离 , 或 .故选:C. 变式46.(2023·四川成都·四川省成都市玉林中学校考模拟预测)德国数学家米勒曾提出最大视角问题, 这一问题一般的描述是:已知点 , 是 的 边上的两个定点, 是 边上的一个动点,当 在 何处时, 最大?问题的答案是:当且仅当 的外接圆与边 相切于点 时最大,人们称这一 命题为米勒定理.已知点 , 的坐标分别是 , , 是 轴正半轴上的一动点.若 的最大 值为 ,则实数 的值为( ) A.2 B.3 C. 或 D.2或4 【答案】C 【解析】根据米勒定理,当 最大时, 的外接圆与 轴正半轴相切于点 . 设 的外接圆的圆心为 ,则 ,圆 的半径为 . 因为 为 ,所以 ,即 为等边三角形, 所以 ,即 或 ,解得 或 . 故选:C. 变式47.(2023·新疆乌鲁木齐·统考三模)已知直线 与 轴和 轴分别交于A, 两点,以 点A为圆心,2为半径的圆与 轴的交点为 (在点A右侧),点 在圆上,当 最大时, 的 面积为( )A. B.8 C. D. 【答案】A 【解析】如图所示,不难发现当BP为圆的一条位于AB下方的切线时满足 最大, 由题意可得 ,不妨设 , 则A到BP的距离为 ,或 (舍去). 则 , 此时 到BP的距离为 , 所以 的面积为 故选:A 变式48.(2023·江西赣州·统考模拟预测)已知圆C: ,圆 是以圆 上任 意一点为圆心,半径为1的圆.圆C与圆 交于A,B两点,则当 最大时, ( ) A.1 B. C. D.2 【答案】D 【解析】依题意,在 中, ,如图,显然 , 是锐角, ,又函数 在 上递增, 因此当且仅当公共弦 最大时, 最大,此时弦 为圆 的直径, 在 中, ,所以 . 故选:D 变式49.(2023·上海黄浦·高三上海市敬业中学校考期中)已知点P在圆 上,点 , ,则错误的是( ) A.点P到直线AB的距离小于10 B.点P到直线AB的距离大于2 C.当 最小时, D.当 最大时, 【答案】B 【解析】圆 的圆心为 ,半径为4, 直线 的方程为 ,即 , 圆心 到直线 的距离为 , 则点 到直线 的距离的最小值为 ,最大值为 , 所以点 到直线 的距离小于10,但不一定大于2,故选项A正确,B错误; 如图所示,当 最大或最小时, 与圆相切, 点位于 时 最小,位于 时 最大), 连接 , ,可知 , , , 由勾股定理可得 ,故选项CD正确. 故选:B. 变式50.(2023·广东珠海·高二珠海市第一中学校考期末)德国数学家米勒曾提出过如下的“最大视角原 理”:对定点 、 和在直线 上的动点 ,当 与 的外接圆相切时, 最大.若 , , 是 轴正半轴上一动点,当 对线段 的视角最大时, 的外接圆的方程为( )A. B. C. D. 【答案】D 【解析】设 ,则 , , , 当且仅当 时成立,解得 , , 设 的外接圆的方程为 , 则 ,解得 , , , 的外接圆的方程为 . 故选: . 【解题方法总结】 直线上的点与圆上的点的最近或最远距离问题,这样的题目往往要转化为直线上的点与圆心距离的最 近和最远距离再加减半径长的问题. 题型七:圆与圆的位置关系 例19.(2023·河南·校联考模拟预测)已知直线 与圆 相切,则满足条件的直线l的条数为( ) A.2 B.3 C.4 D.5 【答案】B 【解析】由已知直线 ,则原点到直线l的距离为 , 由直线l与圆 相切, 则满足条件的直线l即为圆 和圆 的公切线, 因为圆 和圆 外切, 所以这两个圆有两条外公切线和一条内公切线, 所以满足条件的直线l有3条. 故选: B. 例20.(2023·黑龙江大庆·统考三模)已知直线 是圆 的切线,并且点 到直线 的距离是2,这样的直线 有( ) A.1条 B.2条 C.3条 D.4条 【答案】D 【解析】由已知可得,圆心 ,半径 . 由点 到直线 的距离是2,所以直线 是以 为圆心, 为半径的圆的切线, 又直线 是圆 的切线, 所以,直线 是圆 与圆 的公切线. 因为 , 所以,两圆外离,所以两圆的公切线有4条, 即满足条件的直线 有4条. 故选:D. 例21.(2023·全国·高三专题练习)已知圆 : ,圆 : ,则 与 的位置关系是( ) A.外切 B.内切 C.相交 D.外离 【答案】C 【解析】圆 的圆心为 , 圆 的圆心为 , 所以 所以圆 与 的位置关系是相交. 故选: C. 变式51.(2023·全国·高三专题练习)圆 : 与圆 : 公 切线的条数为( )A.1 B.2 C.3 D.4 【答案】C 【解析】根据题意,圆 : ,即 , 其圆心为 ,半径 ; 圆 : ,即 , 其圆心为 ,半径 , 两圆的圆心距 ,所以两圆相外切, 其公切线条数有3条. 故选:C. 变式52.(2023·山西·校联考模拟预测)已知圆 : 的圆心到直线 的 距离为 ,则圆 与圆 : 的公切线共有( ) A.0条 B.1条 C.2条 D.3条 【答案】B 【解析】圆 : 的圆心为 ,半径为a, 所以圆心到直线 的距离为 ,解得 或 . 因为 ,所以 . 所以圆 : 的圆心为 ,半径为 . 圆 : 的标准方程为 , 圆心坐标为 ,半径 , 圆心距 ,所以两圆相内切. 所以两圆的公切线只有1条. 故选:B. 变式53.(2023·甘肃兰州·兰州五十九中校考模拟预测)在平面直角坐标系xOy中,已知圆C:x2+y2-4x =0及点A(-1,0),B(1,2),在圆C上存在点P,使得|PA|2+|PB|2=12,则点P的个数为( ) A.1 B.2 C.3 D.4 【答案】B 【解析】设P(x,y),则(x-2)2+y2=4,|PA|2+|PB|2=(x+1)2+(y-0)2+(x-1)2+(y-2)2=12,即x2+y2-2y -3=0,即x2+(y-1)2=4,圆心为 ,半径为2,又圆 圆心为 ,半径为2, 因为 ,所以圆(x-2)2+y2=4与圆x2+(y-1)2=4相交,所以点P的个数为2. 故选:B. 变式54.(2023·全国·高三专题练习)在平面直角坐标系中,已知两点 , 到直线 的距离分 别是1与4,则满足条件的直线 共有( ) A.1条 B.2条 C.3条 D.4条 【答案】C 【解析】分别以 为圆心,以 为半径作圆, 因为 , 所以两圆外切,有三条公切线,即满足条件的直线 共有3条, 故选:C 变式55.(2023·湖南常德·常德市一中校考二模)已知圆 和两点 ,若圆C上存在点P,使得 ,则a的最小值为( ) A.6 B.5 C.4 D.3 【答案】C 【解析】由 ,得点P在圆 上,故点P在圆 上,又点P在圆C上,所以, 两圆有交点, 因为圆 的圆心为原点O,半径为a,圆C的圆心为 ,半径为1, 所以 ,又 ,所以 , 解得 ,所以a的最小值为4. 故选:C. 变式56.(2023·全国·高三专题练习)已知圆C :x2+y2+4ax+4a2-4=0和圆C :x2+y2-2by+b2-1=0 1 2 只有一条公切线,若a,b∈R且ab≠0,则 + 的最小值为( ) A.3 B.8 C.4 D.9 【答案】D【解析】因为圆C :x2+y2+4ax+4a2-4=0和圆C :x2+y2-2by+b2-1=0只有一条公切线, 1 2 所以两圆相内切,其中C (-2a,0),r=2;C (0,b),r=1,故|C C |= ,由题设可知 1 1 2 2 1 2 , 当且仅当a2=2b2时等号成立. 故选:D. 【解题方法总结】 已知两圆半径分别为 ,两圆的圆心距为 ,则: (1)两圆外离 ; (2)两圆外切 ; (3)两圆相交 ; (4)两圆内切 ; (5)两圆内含 ; 题型八:两圆的公共弦问题 例22.(2023·天津和平·耀华中学校考二模)圆 与圆 的公共弦所在的 直线方程为 . 【答案】 【解析】联立 ,两式相减得 . 故答案为: 例23.(2023·河南·校联考模拟预测)若圆 与圆 交于 P,Q两点,则直线PQ的方程为 . 【答案】 【解析】∵圆 与圆 相交,则两圆方程之差即为直线PQ的方程, 将 与 作差得 , 整理得 , 即直线PQ的方程为 . 故答案为: . 例24.(2023·天津滨海新·统考三模)已知圆 : 与圆 : , 若两圆相交于A,B两点,则 【答案】 【解析】圆 的方程为 ,即 ①,又圆 : ②, ②-①可得两圆公共弦所在的直线方程为 圆 的圆心 到直线的距离 , 所以 . 故答案为: . 变式57.(2023·天津和平·耀华中学校考一模)圆 与圆 的公共弦的长 为 . 【答案】 【解析】将圆 与圆 的方程作差可得 , 所以,两圆相交弦所在直线的方程为 , 圆 的圆心为原点 ,半径为 , 原点 到直线 的距离为 , 所以,两圆的公共弦长为 . 故答案为: . 变式58.(2023·浙江丽水·高三浙江省丽水中学校联考期末)已知圆 与圆 相交于 两点,则 . 【答案】 【解析】将圆 与圆 的方程相减, 即得 的方程为 , 则 的圆心为 ,半径为 , 则 到直线 的距离为 , 故 , 故答案为: 变式59.(2023·吉林通化·高三梅河口市第五中学校考期末)已知圆 与圆 相交于 两点,则 . 【答案】 【解析】因为圆 与圆 相交于 两点,所以直线AB的方程为: , 即 , 圆心 到弦AB的距离 , 所以 , 故答案为: . 【解题方法总结】 两圆的公共弦方程为两圆方程相减可得. 题型九:两圆的公切线问题 例25.(2023·全国·高三专题练习)点 , 到直线l的距离分别为1和4,写出一个满足条件的直 线l的方程: . 【答案】 或 或 (填其中一个即可) 【解析】设 , ,连接MN,则 . 以M为圆心,1为半径作圆M,以N为圆心4为半径作圆N,则两圆外切, 所以两圆有3条公切线,即符合条件的直线l有3条. 当公切线的斜率不存在时,显然公切线的方程为 .当公切线的斜率存在时,设公切线的方程为 ,则有 , 由①②得 ,所以 或 . 由①及 得 ,由①及 得 , 所以公切线方程为 或 . 综上,直线l的方程为 或 或 . 故答案为: 或 或 例26.(2023·湖南岳阳·统考三模)写出与圆 和 都相切的一条直线方程 . 【答案】 或 中任何一个答案均可 【解析】圆 的圆心为 ,半径为 , 圆 的圆心为 ,半径为 , 则 , 所以两圆外离, 由两圆的圆心都在 轴上,则公切线的斜率一定存在, 设公切线方程为 ,即 , 则有 , 解得 或 或 或 所以公切线方程为 或 . 故答案为: .(答案不唯一,写其它三条均可) 例27.(2023·湖北黄冈·浠水县第一中学校考模拟预测)写出与圆 和圆 都 相切的一条直线的方程 . 【答案】 (答案不唯一, 或 均可以)【解析】圆 的圆心为 ,半径为1;圆 的圆心为 ,半径为 4,圆心距为 ,所以两圆外切, 如图,有三条切线 ,易得切线 的方程为 ; 因为 ,且 ,所以 ,设 ,即 ,则 到 的距离 ,解得 (舍去)或 ,所以 ; 可知 和 关于 对称,联立 ,解得 在 上, 在 上取点 ,设其关于 的对称点为 ,则 , 解得 ,则 , 所以直线 ,即 , 综上,切线方程为 或 或 . 故答案为: (答案不唯一, 或 均可以) 变式60.(2023·湖北·模拟预测)已知圆 与圆 有三 条公切线,则 . 【答案】 或 【解析】圆 的圆心为 ,半径为 , 圆 的圆心为 ,半径为 ,因为圆 与圆 有三条公切线,所以两圆外切, 所以 即 当 时, ,即 解得 或 (舍去) 当 时, ,即 解得 或 (舍去) 当 时, ,即 解得 (舍去) 综上, 或 故答案为: 或 变式61.(2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考模拟预测)已知圆 ,圆 圆 与圆 相切,并且两圆的一条外公切线的斜率为7,则 为 . 【答案】 【解析】根据题意作出如下图形: AB为两圆的公切线,切点分别为A,B. 当公切线AB与直线 平行时,公切线AB斜率不为7,即 不妨设 过 作AB的平行线交 于点E,则: , 且, 直线 的斜率为: , 所以直线AB与直线 的夹角正切为: . 在直角三角形 中, ,所以 , 又 ,整理得: , 解得: ,又 ,解得: , , 所以 = . 变式62.(2023·全国·高三专题练习)已知点 , ,符合点A,B到直线l的距离分别为1,3 的直线方程为 (写出一条即可). 【答案】 或 或 或 (写出一条即可) 【解析】由题意可知直线l是圆 与圆 的公切线, 因为两圆为外离关系,所以满足条件的直线l有四条. 当直线l是两圆的外公切线时,由几何性质(相似三角形的性质)易知直线l过点 . 设直线l的方程为 ,则 ,解得 , 此时直线l的方程为 或 . 当直线l是两圆的内公切线时,由几何性质(相似三角形的性质)易知直线l过点 , 设直线l的方程为 ,则 ,解得 , 此时直线l的方程为 或 .故答案为: 或 或 或 (写出一条即可). 变式63.(2023·河南·校联考模拟预测)圆 与x轴交于A,B两点(A在B的左侧),点 N满足 ,直线 与圆M和点N的轨迹同时相切,则直线l的斜率为 . 【答案】 【解析】对于圆 ,令 ,得 ,解得 或 , 则 , . 设 ,∵ ,∴ , 则 ,整理得 , 则点N的轨迹是圆心为 ,半径为 的圆. 又圆M的方程为 ,则圆M的圆心为 ,半径为 . ∵ ,∴两圆相交, 设直线l与圆M和点N轨迹圆E切点分别为C,D, 连接CM,DE,过M作DE的垂线,垂足为点F,则四边形CDFM为矩形, ∵ , ,∴ , 则 , 则两圆公切线CD的斜率即为直线FM的斜率为 . 故答案为: . 【解题方法总结】 待定系数法 1.(2023•乙卷)已知 的半径为1,直线 与 相切于点 ,直线 与 交于 , 两点,为 的中点,若 ,则 的最大值为 A. B. C. D. 【答案】 【解析】如图,设 ,则 , 根据题意可得: , ,又 , 当 , , 时, 取得最大值 . 故选: . 2.(2023•新高考Ⅰ)过点 与圆 相切的两条直线的夹角为 ,则 A.1 B. C. D. 【答案】 【解析】圆 可化为 ,则圆心 ,半径为 ; 设 ,切线为 、 ,则 , 中, ,所以 ,所以 . 故选: . 3.(2022•北京)若直线 是圆 的一条对称轴,则 A. B. C.1 D. 【答案】 【解析】圆 的圆心坐标为 , 直线 是圆 的一条对称轴, 圆心在直线 上,可得 ,即 . 故选: .