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: .