当前位置:首页>文档>第8章§8.3 圆的方程_2.2025数学总复习_2023年新高考资料_一轮复习_2023新高考一轮复习讲义+课件_2023年高考数学一轮复习讲义(新高考)

第8章§8.3 圆的方程_2.2025数学总复习_2023年新高考资料_一轮复习_2023新高考一轮复习讲义+课件_2023年高考数学一轮复习讲义(新高考)

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第8章§8.3 圆的方程_2.2025数学总复习_2023年新高考资料_一轮复习_2023新高考一轮复习讲义+课件_2023年高考数学一轮复习讲义(新高考)
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§8.3 圆的方程 考试要求 1.理解确定圆的几何要素,在平面直角坐标系中,掌握圆的标准方程与一般方 程.2.能根据圆的方程解决一些简单的数学问题与实际问题. 知识梳理 1.圆的定义和圆的方程 定义 平面上到定点的距离等于定长的点的集合叫做圆 标 圆心C ( a , b ) (x-a)2+(y-b)2=r2(r>0) 方 准 半径为r 程 一 圆心C x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0) 般 半径r= 2.点与圆的位置关系 平面上的一点M(x,y)与圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2之间存在着下列关系: 0 0 (1)|MC|>r⇔M在圆外,即(x-a)2+(y-b)2>r2⇔M在圆外; 0 0 (2)|MC|=r⇔M在圆上,即(x-a)2+(y-b)2=r2⇔M在圆上; 0 0 (3)|MC|0.( √ ) (4)若点M(x,y)在圆x2+y2+Dx+Ey+F=0外,则x+y+Dx+Ey+F>0.( √ ) 0 0 0 0 教材改编题 1.圆x2+y2-4x+6y=0的圆心坐标和半径分别是( ) A.(2,3),3 B.(-2,3), C.(-2,-3),13 D.(2,-3),答案 D 解析 圆的方程可化为(x-2)2+(y+3)2=13,所以圆心坐标是(2,-3),半径r=. 2.圆心为(1,1)且过原点的圆的方程是( ) A.(x-1)2+(y-1)2=1 B.(x+1)2+(y+1)2=1 C.(x+1)2+(y+1)2=2 D.(x-1)2+(y-1)2=2 答案 D 解析 因为圆心为(1,1)且过原点,所以该圆的半径r==,则该圆的方程为(x-1)2+(y-1)2 =2. 3.若坐标原点在圆(x-m)2+(y+m)2=4的内部,则实数m的取值范围为________. 答案 (-,) 解析 ∵原点(0,0)在圆(x-m)2+(y+m)2=4的内部, ∴(0-m)2+(0+m)2<4, 解得-0), 则由题意得解得 所以圆E的一般方程为x2+y2-x-1=0, 即2+y2=. 方法二 (几何法) 因为圆E经过点A(0,1),B(2,0),所以圆E的圆心在线段AB的垂直平分线y-=2(x-1)上. 由题意知圆E的圆心在x轴上, 所以圆E的圆心坐标为. 则圆E的半径为 |EB|==, 所以圆E的标准方程为2+y2=. 2.在平面直角坐标系Oxy中,以点(0,1)为圆心且与直线x-by+2b+1=0相切的所有圆中, 半径最大的圆的标准方程为( ) A.x2+(y-1)2=4 B.x2+(y-1)2=2 C.x2+(y-1)2=8 D.x2+(y-1)2=16 答案 B 解析 由直线x-by+2b+1=0可得该直线过定点A(-1,2),设圆心为B(0,1),由题意可知 要使所求圆的半径最大,则r =|AB|==,所以半径最大的圆的标准方程为x2+(y-1)2=2. max 思维升华 (1)直接法:直接求出圆心坐标和半径,写出方程. (2)待定系数法 ①若已知条件与圆心(a,b)和半径r有关,则设圆的标准方程,求出a,b,r的值; ②选择圆的一般方程,依据已知条件列出关于D,E,F的方程组,进而求出D,E,F的值. 跟踪训练1 (1)圆心在y轴上,半径长为1,且过点A(1,2)的圆的方程是( )A.x2+(y-2)2=1 B.x2+(y+2)2=1 C.(x-1)2+(y-3)2=1 D.x2+(y-3)2=4 答案 A 解析 根据题意可设圆的方程为x2+(y-b)2=1,因为圆过点A(1,2),所以12+(2-b)2=1, 解得b=2,所以所求圆的方程为x2+(y-2)2=1. (2)(2022·长春模拟)若圆C的半径为1,圆心在第一象限,且与直线4x-3y=0和x轴都相切, 则该圆的标准方程是( ) A.(x-3)2+(y-1)2=1 B.(x-2)2+(y-1)2=1 C.(x+2)2+(y-1)2=1 D.(x-2)2+(y+1)2=1 答案 B 解析 设圆心坐标为(a,b)(a>0,b>0), 由圆与直线4x-3y=0相切,可得圆心到直线的距离d==r=1, 化简得|4a-3b|=5,① 又圆与x轴相切,可得|b|=r=1,解得b=1或b=-1(舍去), 把b=1代入①得4a-3=5或4a-3=-5, 解得a=2或a=-(舍去), 所以圆心坐标为(2,1), 则圆的标准方程为(x-2)2+(y-1)2=1. 题型二 与圆有关的轨迹问题 例2 已知Rt△ABC的斜边为AB,且A(-1,0),B(3,0).求: (1)直角顶点C的轨迹方程; (2)直角边BC的中点M的轨迹方程. 解 (1)方法一 设C(x,y),因为A,B,C三点不共线,所以y≠0. 因为AC⊥BC,且BC,AC斜率均存在, 所以k ·k =-1, AC BC 又k =,k =, AC BC 所以·=-1, 化简得x2+y2-2x-3=0. 因此,直角顶点C的轨迹方程为x2+y2-2x-3=0(y≠0). 方法二 设AB的中点为D,由中点坐标公式得D(1,0),由直角三角形的性质知|CD|=|AB|= 2.由圆的定义知,动点C的轨迹是以D(1,0)为圆心,2为半径的圆(由于A,B,C三点不共线, 所以应除去与x轴的交点). 所以直角顶点C的轨迹方程为(x-1)2+y2=4(y≠0). (2)设M(x,y),C(x ,y),因为B(3,0),M是线段BC的中点,由中点坐标公式得x=,y 0 0=, 所以x=2x-3,y=2y. 0 0 由(1)知,点C的轨迹方程为(x-1)2+y2=4(y≠0), 将x=2x-3,y=2y代入得(2x-4)2+(2y)2=4, 0 0 即(x-2)2+y2=1(y≠0). 因此动点M的轨迹方程为(x-2)2+y2=1(y≠0). 教师备选 已知圆x2+y2=4上一定点A(2,0),B(1,1)为圆内一点,P,Q为圆上的动点. (1)求线段AP中点的轨迹方程; (2)若∠PBQ=90°,求线段PQ中点的轨迹方程. 解 (1)设AP的中点为M(x,y),由中点坐标公式可知点P坐标为(2x-2,2y). 因为点P在圆x2+y2=4上, 所以(2x-2)2+(2y)2=4. 故线段AP中点的轨迹方程为(x-1)2+y2=1. (2)设PQ的中点为N(x,y). 在Rt△PBQ中,|PN|=|BN|. 设O为坐标原点,连接ON(图略), 则ON⊥PQ, 所以|OP|2=|ON|2+|PN|2 =|ON|2+|BN|2, 所以x2+y2+(x-1)2+(y-1)2=4. 故线段PQ中点的轨迹方程为 x2+y2-x-y-1=0. 思维升华 求与圆有关的轨迹问题时,根据题设条件的不同常采用以下方法: (1)直接法:直接根据题目提供的条件列出方程. (2)定义法:根据圆、直线等定义列方程. (3)几何法:利用圆的几何性质列方程. (4)相关点代入法:找到要求点与已知点的关系,代入已知点满足的关系式. 跟踪训练2 (1)当点P在圆x2+y2=1上运动时,连接它与定点Q(3,0),则线段PQ的中点M 的轨迹方程是( ) A.(x+3)2+y2=1 B.(x-3)2+y2=1 C.(2x-3)2+4y2=1 D.(2x+3)2+4y2=1 答案 C 解析 设M(x,y),P(x,y),因为PQ的中点为M, 0 0所以 所以 又因为P在圆x2+y2=1上, 所以(2x-3)2+4y2=1, 所以M的轨迹方程即为(2x-3)2+4y2=1. (2)自圆C:(x-3)2+(y+4)2=4外一点P(x,y)引该圆的一条切线,切点为Q,PQ的长度等 于点P到原点O的距离,则点P的轨迹方程为( ) A.8x-6y-21=0 B.8x+6y-21=0 C.6x+8y-21=0 D.6x-8y-21=0 答案 D 解析 由题意得,圆心C的坐标为(3,-4),半径r=2,连接PC,CQ(图略), 因为|PQ|=|PO|,且PQ⊥CQ, 所以|PO|2+r2=|PC|2, 所以x2+y2+4=(x-3)2+(y+4)2, 即6x-8y-21=0, 所以点P的轨迹方程为6x-8y-21=0. 题型三 与圆有关的最值问题 命题点1 利用几何性质求最值 例3 已知M(x,y)为圆C:x2+y2-4x-14y+45=0上任意一点,且点Q(-2,3). (1)求|MQ|的最大值和最小值; (2)求的最大值和最小值; (3)求y-x的最大值和最小值. 解 (1)由圆C:x2+y2-4x-14y+45=0, 可得(x-2)2+(y-7)2=8, ∴圆心C的坐标为(2,7),半径r=2. 又|QC|==4, ∴|MQ| =4+2=6, max |MQ| =4-2=2. min (2)可知表示直线MQ的斜率k. 设直线MQ的方程为y-3=k(x+2), 即kx-y+2k+3=0. ∵直线MQ与圆C有交点, ∴≤2, 可得2-≤k≤2+,∴的最大值为2+,最小值为2-. (3)设y-x=b,则x-y+b=0. 当直线y=x+b与圆C相切时,截距b取到最值,∴=2, ∴b=9或b=1. ∴y-x的最大值为9,最小值为1. 命题点2 利用函数求最值 例4 (2022·湘潭质检)设点P(x,y)是圆x2+(y-3)2=1上的动点,定点A(2,0),B(-2,0).则 PA·PB的最大值为________. 答案 12 解析 由题意,得PA=(2-x,-y), PB=(-2-x,-y), 所以PA·PB=x2+y2-4, 由于点P(x,y)是圆上的点,故其坐标满足方程x2+(y-3)2=1, 故x2=-(y-3)2+1, 所以PA·PB=-(y-3)2+1+y2-4 =6y-12. 易知2≤y≤4,所以当y=4时,PA·PB的值最大,最大值为6×4-12=12. 延伸探究 若将本题改为“设点P(x,y)是圆(x-3)2+y2=4上的动点,定点A(0,2),B(0, -2)”,则|PA+PB|的最大值为________. 答案 10 解析 由题意,知PA=(-x,2-y), PB=(-x,-2-y), 所以PA+PB=(-2x,-2y), 由于点P(x,y)是圆上的点, 故其坐标满足方程(x-3)2+y2=4, 故y2=-(x-3)2+4, 所以|PA+PB|==2. 由圆的方程(x-3)2+y2=4,易知1≤x≤5, 所以当x=5时,|PA+PB|的值最大,最大值为2=10. 教师备选 1.已知圆C:(x-3)2+(y-4)2=1和两点A(-m,0),B(m,0)(m>0).若圆C上存在点P, 使得∠APB=90°,则m的最大值为( ) A.7 B.6 C.5 D.4 答案 B解析 ∵在Rt△APB中,原点O为斜边中点, |AB|=2m(m>0), ∴|OC|-r≤m=|OP|≤|OC|+r, 又C(3,4),r=1, ∴4≤|OP|≤6,即4≤m≤6. 2.若点P为圆x2+y2=1上的一个动点,A(-1,0),B(1,0)为两个定点,则|PA|+|PB|的最大 值为( ) A.2 B.2 C.4 D.4 答案 B 解析 由已知得线段AB为圆的直径. 所以|PA|2+|PB|2=4, 由基本不等式得 2≤=2, 所以|PA|+|PB|≤2, 当且仅当|PA|=|PB|=时,等号成立. 思维升华 与圆有关的最值问题的求解方法 (1)借助几何性质求最值:形如μ=,t=ax+by,(x-a)2+(y-b)2形式的最值问题. (2)建立函数关系式求最值:列出关于所求目标式子的函数关系式,然后根据关系式的特征 选用配方法、判别式法、基本不等式法等求最值. (3)求解形如|PM|+|PN|(其中M,N均为动点)且与圆C有关的折线段的最值问题的基本思路: ①“动化定”,把与圆上动点的距离转化为与圆心的距离;②“曲化直”,即将折线段之和 转化为同一直线上的两线段之和,一般要通过对称性解决. 跟踪训练3 (1)已知A(-2,0),B(2,0),点P是圆C:(x-3)2+(y-)2=1上的动点,则|AP|2 +|BP|2的最小值为( ) A.9 B.14 C.16 D.26 答案 D 解析 设O为坐标原点,P(x,y), 则|AP|2+|BP|2=(x+2)2+y2+(x-2)2+y2 =2(x2+y2)+8=2|PO|2+8. 圆C的圆心为C(3,),半径为r=1,OC=4, 所以|PO|2的最小值为(OC-r)2=(4-1)2=9, 所以|AP|2+|BP|2的最小值为26. (2)已知x,y满足x2+y2-4x-2y-4=0,则的最大值为( ) A.2 B. C. D.答案 B 解析 由x2+y2-4x-2y-4=0 得(x-2)2+(y-1)2=9. =2+3×=2+3k , PA 其中A(-3,1)为定点,点P(x,y)为圆上一点. 设过定点A的直线l:y-1=k(x+3)与圆相切, 则=3, 解得k=±, 所以-≤k ≤, PA 所以的最大值为2+3×=. 课时精练 1.圆x2+y2+4x-6y-3=0的圆心坐标和半径分别为( ) A.(4,-6),16 B.(2,-3),4 C.(-2,3),4 D.(2,-3),16 答案 C 解析 将圆的一般方程化为标准方程得(x+2)2+(y-3)2=16,则圆心坐标为(-2,3),半径为 4. 2.圆(x-1)2+(y-2)2=1关于直线y=x对称的圆的方程为( ) A.(x-2)2+(y-1)2=1 B.(x+1)2+(y-2)2=1 C.(x+2)2+(y-1)2=1 D.(x-1)2+(y+2)2=1 答案 A 解析 已知圆的圆心C(1,2)关于直线y=x对称的点为C′(2,1),所以圆(x-1)2+(y-2)2=1 关于直线y=x对称的圆的方程为(x-2)2+(y-1)2=1. 3.已知圆C的半径为2,圆心在x轴正半轴上,直线3x+4y+4=0与圆C相切,则圆C的 方程为( ) A.x2+y2-2x-3=0 B.x2+y2+4x=0 C.x2+y2+2x-3=0 D.x2+y2-4x=0 答案 D 解析 设圆心为(a,0)(a>0),由题意知圆心到直线3x+4y+4=0的距离d===r=2,解得 a=2,所以圆心坐标为(2,0),则圆C的方程为(x-2)2+y2=4,化简得x2+y2-4x=0,故选 D.4.点P(4,-2)与圆x2+y2=4上任一点连线的中点的轨迹方程是( ) A.(x-2)2+(y+1)2=1 B.(x-2)2+(y+1)2=4 C.(x+4)2+(y-2)2=4 D.(x+2)2+(y-1)2=1 答案 A 解析 设圆上任一点为Q(x,y),PQ的中点为M(x,y), 0 0 则 解得 因为点Q在圆x2+y2=4上, 所以x+y=4, 即(2x-4)2+(2y+2)2=4, 化简得(x-2)2+(y+1)2=1. 5.(多选)已知△ABC的三个顶点为A(-1,2),B(2,1),C(3,4),则下列关于△ABC的外接圆 圆M的说法正确的是( ) A.圆M的圆心坐标为(1,3) B.圆M的半径为 C.圆M关于直线x+y=0对称 D.点(2,3)在圆M内 答案 ABD 解析 设△ABC的外接圆圆M的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0, 则解得 所以△ABC的外接圆圆M的方程为x2+y2-2x-6y+5=0,即(x-1)2+(y-3)2=5.故圆M的 圆心坐标为(1,3),圆M的半径为,因为直线x+y=0不经过圆M的圆心(1,3),所以圆M不 关于直线x+y=0对称.因为(2-1)2+(3-3)2=1<5,故点(2,3)在圆M内. 6.(多选)设有一组圆C:(x-k)2+(y-k)2=4(k∈R),下列命题正确的是( ) k A.不论k如何变化,圆心C始终在一条直线上 B.所有圆C 均不经过点(3,0) k C.经过点(2,2)的圆C 有且只有一个 k D.所有圆的面积均为4π 答案 ABD 解析 圆心坐标为(k,k),在直线y=x上, A正确; 令(3-k)2+(0-k)2=4, 化简得2k2-6k+5=0, ∵Δ=36-40=-4<0, ∴2k2-6k+5=0无实数根,∴B正确; 由(2-k)2+(2-k)2=4, 化简得k2-4k+2=0, ∵Δ=16-8=8>0,有两个不相等实根, ∴经过点(2,2)的圆C 有两个,C错误; k 由圆的半径为2,得圆的面积为4π,D正确. 7.已知圆C的圆心在x轴上,并且经过点A(-1,1),B(1,3),若M(m,)在圆C内,则m的 取值范围为________. 答案 (0,4) 解析 设圆心为C(a,0),由|CA|=|CB|, 得(a+1)2+12=(a-1)2+32,解得a=2. 半径r=|CA|==. 故圆C的方程为(x-2)2+y2=10. 由题意知(m-2)2+()2<10,解得00), ∵圆经过点A和B, 且圆心在直线l:x+y-1=0上, ∴ 解得a=3,b=-2,r=5,∴圆的标准方程为(x-3)2+(y+2)2=25. (2)∵圆心C到直线x-y+5=0的距离为 d==5>5, ∴直线与圆C相离, ∴|PQ|的最小值为d-r=5-5. 10.已知点A(-3,0),B(3,0),动点P满足|PA|=2|PB|. (1)若点P的轨迹为曲线C,求此曲线的方程; (2)若点Q在直线l :x+y+3=0上,直线l 经过点Q且与曲线C只有一个公共点M,求| 1 2 QM|的最小值. 解 (1)设点P的坐标为(x,y), 则=2, 化简可得(x-5)2+y2=16,此方程即为所求. (2)曲线C是以点(5,0)为圆心,4为半径的圆,如图所示. 由题意知直线l 是此圆的切线, 2 连接CQ, 则|QM|==, 当|QM|最小时,|CQ|最小,此时CQ⊥l, 1 |CQ|==4, 则|QM|的最小值为=4. 11.点A为圆(x-1)2+y2=1上的动点,PA是圆的切线,|PA|=1,则点P的轨迹方程是( ) A.(x-1)2+y2=4 B.(x-1)2+y2=2 C.y2=2x D.y2=-2x 答案 B 解析 ∵|PA|=1, ∴点P和圆心的距离恒为, 又圆心坐标为(1,0),设P(x,y), ∴由两点间的距离公式,得(x-1)2+y2=2. 12.等边△ABC的面积为 9,且△ABC的内心为 M,若平面内的点 N满足|MN|=1,则NA·NB的最小值为( ) A.-5-2 B.-5-4 C.-6-2 D.-6-4 答案 A 解析 设等边△ABC的边长为a, 则面积S=a2=9, 解得a=6. 以AB所在直线为x轴,AB的垂直平分线为y轴建立如图所示的平面直角坐标系. 由M为△ABC的内心,则M在OC上,且OM=OC, 则A(-3,0),B(3,0),C(0,3),M(0,), 由|MN|=1,则点N在以M为圆心,1为半径的圆上. 设N(x,y),则x2+(y-)2=1, 即x2+y2-2y+2=0, 且-1≤y≤1+, 又NA=(-3-x,-y),NB=(3-x,-y), 所以NA·NB=(x+3)(x-3)+y2 =x2+y2-9=2y-11 ≥2×(-1)-11=-5-2. 13.(多选)已知圆C过点M(1,-2)且与两坐标轴均相切,则下列叙述正确的是( ) A.满足条件的圆C的圆心在一条直线上 B.满足条件的圆C有且只有一个 C.点(2,-1)在满足条件的圆C上 D.满足条件的圆C有且只有两个,它们的圆心距为4 答案 ACD 解析 因为圆C和两个坐标轴都相切,且过点 M(1,-2),所以设圆心坐标为(a,-a) (a>0),故圆心在直线y=-x上,A正确;圆C的方程为(x-a)2+(y+a)2=a2,把点M的坐 标代入可得a2-6a+5=0,解得a=1或a=5,则圆心坐标为(1,-1)或(5,-5),所以满足 条件的圆C有且只有两个,故B错误;圆C的方程分别为(x-1)2+(y+1)2=1,(x-5)2+(y +5)2=25,将点(2,-1)代入这两个方程可知其在圆C上,故C正确;它们的圆心距为= 4,D正确.14.已知长为2a(a>0)的线段AB的两个端点A和B分别在x轴和y轴上滑动,则线段AB的 中点的轨迹方程为________. 答案 x2+y2=a2 解析 如图,不论直线怎么移动,线段AB的中点P(x,y)与原点O的连线始终为Rt△OAB 斜边上的中线,即|OP|=a,即x2+y2=a2.故所求的轨迹方程为x2+y2=a2. 15.已知直线l:3x+4y+m=0,圆C:x2+y2-4x+2=0,则圆C的半径r=________;若 在圆C上存在两点A,B,在直线l上存在一点P,使得∠APB=90°,则实数m的取值范围 是______. 答案 解析 圆的标准方程为(x-2)2+y2=2,圆心为C(2,0),半径为r=, 若在圆C上存在两点A,B,在直线l上存在一点P,使得∠APB=90°,过P作圆的两条切线 PM,PN(M,N为切点),则由题意得,∠MPN≥90°,而当CP⊥l时,∠MPN最大,只要此 最大角≥90°即可,此时圆心C到直线l的距离为 d=|CP|=. 所以=≥,解得-16≤m≤4. 16.在平面直角坐标系Oxy中,曲线Γ:y=x2-mx+2m(m∈R)与x轴交于不同的两点A, B,曲线Γ与y轴交于点C. (1)是否存在以AB为直径的圆过点C?若存在,求出该圆的方程;若不存在,请说明理由; (2)求证:过A,B,C三点的圆过定点. 解 由曲线Γ:y=x2-mx+2m(m∈R), 令y=0,得x2-mx+2m=0. 设A(x,0),B(x,0), 1 2 可得Δ=m2-8m>0, 则m<0或m>8,x+x=m,xx=2m. 1 2 1 2 令x=0,得y=2m,即C(0,2m). (1)若存在以AB为直径的圆过点C, 则AC·BC=0, 得xx+4m2=0, 1 2即2m+4m2=0, 所以m=0(舍去)或m=-. 此时C(0,-1),AB的中点M即圆心, 半径r=|CM|=, 故所求圆的方程为2+y2=. (2)证明 设过A,B两点的圆的方程为x2+y2-mx+Ey+2m=0, 将点C(0,2m)代入可得E=-1-2m, 所以过A,B,C三点的圆的方程为x2+y2-mx-(1+2m)y+2m=0. 整理得x2+y2-y-m(x+2y-2)=0. 令 可得或 故过A,B,C三点的圆过定点(0,1)和.