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第13讲2.3.1&2.3.2圆的标准方程与一般方程(4知识点+6题型+巩固训练)学生版-高中数学人教B版讲义(选择性必修一)_2027高中必刷题_必刷题2027_2027高一高二必刷题_数学_赠送

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文档文本内容

1
2.3.1 圆的标准方程2.3.2 圆的一般方程
课程标准
学习目标
1. 掌握圆的标准方程,能根据圆心坐标和半
径熟练地写出圆的标准方程,也能根据圆的
标准方程熟练地写出圆的圆心坐标和半径
2. 掌握圆的一般方程,了解圆的一般方程的
结构特征,熟练掌握圆的标准方程和一般方
程之间的互化
1.重点:圆的标准方程、一般方程会,根据条件求圆
的方程
2.难点:圆的一般方程的结构特征,以及圆方程的求
解和应用
知识点01 圆的标准方程
1.圆的基本要素:圆心和半径
2.圆的标准方程
一般地,如果平面直角坐标系中⊙C 的圆心为C(a,b),半径为r(r>0),设M(x,y)为平面直角坐
标系中任意一点,则点M 在⊙C 上的充要条件是CM=r,即√(x−a)
2+(y −b)
2=r
两边平方,得
(x−a)
2+(y −b)
2=r
2,此式通常称为圆的标准方程.
【即学即练1】(24-25 高二上·全国·课前预习)求满足下列条件的圆的标准方程:
2
(1)圆心是(4,0),且过点(2,2);
(2)圆心在y轴上,半径为5,且过点(3,−4);
(3)求过两点C (−1,2)和D(1,2√3),圆心在x轴上的圆的标准方程.
【即学即练2】(24-25 高二上·全国·假期作业)写出下列圆的标准方程:
(1)圆心为C (−3,4),半径是√5;
(2)圆心为C (−8,3),且经过点M (−5,−3).
知识点02 由圆的标准方程确定点与圆的位置关系
圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,圆心A(a,b),半径为r.设所给点为M(x0,y0),则
位置关系
判断方法
几何法
代数法
点在圆上
│MA│=r⇔点M 在圆A 上
点M(x0,y0)在圆上⇔(x0-a)2+(y0-b)2=r2
点在圆内
│MA│<r⇔点M 在圆A 内
点M(x0,y0)在圆内⇔(x0-a)2+(y0-b)2<r2
点在圆外
│MA│>r⇔点M 在圆A 外
点M(x0,y0)在圆外⇔(x0-a)2+(y0-b)2>r2
【即学即练3】(22-23 高二上·四川雅安·阶段练习)若点A (a+1,3)在圆C:
(x−a)
2+( y −1)
2=m
外,则
实数m 的取值范围是(    )
A.(−∞,√5)
B.(−∞,5)
C.(0,5)
D.(0,√5)
【即学即练4】(24-25 高二下·上海·随堂练习)已知点P(1,−5),则该点与圆x
2+ y
2=25的位置关系是   
.
知识点03 圆的一般方程
1.当D2+E2-4F>0 时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0 称为圆的一般方程,其圆心为,半径为
r= .
2. 当D2+E2-4F=0 时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0 表示点.
3.当D2+E2-4F<0 时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0 不表示任何图形.
【即学即练5】(23-24 高二上·全国·课后作业)若方程x
2+ y
2+tx +ty +t + 4 =0表示圆,则实数t的取值范
围为(    )
A.(−2,4)
B.(−∞,−2)∪(4 ,+∞)
C.(−4,2)
D.(−∞,−4)∪(2,+ ∞)
【即学即练6】(23-24 高二下·重庆铜梁·开学考试)已知A(2,0),B(4,2),O为原点,则△AOB的外接
3
圆方程为          
 
 . 
知识点04 由圆的一般方程确定点与圆的位置关系
已知M(x0,y0)和圆的方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),其位置关系如下表:
位置关系
代数关系
点在圆上
x0
2+y0
2+Dx0+Ey0+F=0
点在圆内
x0
2+y0
2+Dx0+Ey0+F<0
点在圆外
x0
2+y0
2+Dx0+Ey0+F>0
判断二元二次方程Ax²+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0 表示圆要" 两看":
一看方程是否具备圆的一般方程的特征:①A=C≠0,②B=0;
二看它能否表示圆.此时判断D²+E²- 4AF 是否大于0,或直接配方变形,判断等号右边是否为大于零的常
数.
【即学即练7】(22-23 高二上·辽宁朝阳·期中)已知A(1,2)为圆C : x
2+ y
2−2ax−4 y +5a=0外一点,
则实数a的取值范围为        .
【即学即练8】(22-23 高二上·上海杨浦·期中)已知点P(2,1)在圆x²+y²+(λ−1)x+2λy+λ=0 外,则实
数λ 的取值范围是             
难点:动点问题
示例1:(22-23 高二下·江西赣州·期中)已知O 为坐标原点,A (2,0),设动点C 满足|OC|≤2,动点P 满
足⃗PA ⋅⃗PC =0,则|OP|的最大值为(    )
A.2√2
B.√3+1
C.2
D.√2
【题型1:由圆的标准、一般方程确定圆心与半径】
4
例1.(23-24 高二上·广东湛江·期中)在平面直角坐标系中,圆心为(1,0),半径为2 的圆的方程是
(    )
A.
(x −1)
2+ y
2=2
B.
(x +1)
2+ y
2=2
C.
(x −1)
2+ y
2= 4
D.
(x +1)
2+ y
2= 4
变式1.(23-24 高二上·安徽马鞍山·阶段练习)已知圆的圆心在(−3,4),半径为5,则它的方程为
(    )
A.
(x−3)
2+( y −4)
2=5
B.
(x +3)
2+( y + 4)
2=25
C.( x +3)
2+( y −4)
2=25
D.
(x +3)
2+( y −4)
2=5
变式2.(多选)(24-25 高二上·全国·课堂例题)(多选)下列说法正确的是(    )
A.圆
(x−1)
2+( y −2)
2=5
的圆心为(1,2),半径为√5
B.圆
(x +2)
2+ y
2=b
2(b≠0)的圆心为(−2,0),半径为b
C.圆(x−√3)
2+( y +√2)
2=2
的圆心为(√3,−√2),半径为√2
D.圆
(x +2)
2+( y +2)
2=5
的圆心为(2,2),半径为√5
变式3.(23-24 高二下·湖南岳阳·阶段练习)已知⊙C : x
2+ y
2+ x−2 y + 1
2 =0,则该圆的圆心坐标和半
径分别为(    )
A.(−1
2 ,1),√3
2
B.(−1,2),√3
C.(
1
2 ,1),√3
D.(1,−2),√3
2
变式4.(23-24 高二上·陕西宝鸡·阶段练习)已知圆的方程是x
2+ y
2−2 x + 4 y +3=0,则下列直线中通过
圆心的是(    )
A.x + y −2=0
B.x−y −1=0
C.2 x−y −3=0
D.x−2 y −5=0
变式5.(24-25 高二上·全国·假期作业)求下列各圆的圆心坐标和半径:
(1)x
2+ y
2−2 x−5=0;
5
(2)x
2+ y
2+2 x−4 y −4 =0.
变式6.(23-24 高二下·全国·课前预习)方程x
2+ y
2+2 x−4 y −4 =0表示的圆的圆心为          ,半径
为             .
变式7.(24-25 高二上·上海·课堂例题)若方程x
2+ y
2+2ax−4 ay +6a−1=0表示圆,求a 的取值范围,
并求出圆心坐标和半径.
【方法技巧与总结】
由圆的标准方程,可直接得到圆的圆心坐标和半径大小;反过来说,给出了圆的圆心和半径,即可直接写
出圆的标准方程,这一点体现了圆的标准方程的直观性,为其优点.
【题型2:由圆心与半径确定圆的标准方程】
例2.(2024·海南·模拟预测)下列方程中表示圆心在直线 y = x上,半径为 √2,且过原点的圆的是 
(   )
A.( x −1)❑
2+( y −1)❑
2=√2
B.( x −1)❑
2+( y +1)❑
2=√2
C.( x −1)❑
2+( y +1)❑
2=2
D.( x −1)❑
2+( y −1)❑
2=2
变式1.(23-24 高二下·山东烟台·阶段练习)圆心在y轴上,半径为2,且过点(2,4)的圆的方程为
(     ).
A.x
2+( y −1)
2=1
 
B.
(x−2)
2+ y
2= 4
C.
(x−2)
2+( y −4)
2= 4
D.x
2+( y −4)
2= 4
 
变式2.(23-24 高二下·安徽·阶段练习)已知A (4,0),B(1,√3),圆M 经过A,B 两点,且圆的周长被x
轴平分,则圆M 的标准方程为(    )
A.(x−5
2)
2
+( y −√3
2 )
2
=3
B.(x−2)
2+ y
2= 4
C.x
2+ y
2= 4
D.
(x −1)
2+ y
2= 4
变式3.(24-25 高二上·江西鹰潭·开学考试)已知圆C :(x −1)
2+ y
2=1
,以圆心C和P(3,2)为直径的圆的
标准方程是      .
变式4.(2024·江西南昌·三模)设圆心在x轴的圆C过点(1,1),且与直线y =2 x−1相切,则圆C的标准方
6
程为           .
变式5.(23-24 高二下·上海·期中)已知点A (−1,1),B (3,5),以线段AB为直径的圆的标准方程为  
 
.
变式6.(23-24 高二下·上海·阶段练习)已知圆心为C (−1,3),半径r =√3,写出圆的标准方程      .
变式7.(22-23 高二上·江苏·阶段练习)已知圆C经过A (0,1),B (4 ,a)(a>0)两点.
(1)当a=3,并且AB是圆C的直径,求此时圆C的标准方程;
(2)如果AB是圆C的直径,证明:无论a 取何正实数,圆C恒经过除A外的另一个定点,求出这个定点坐标.
【方法技巧与总结】
圆的标准方程的两种求法
(1)几何法:利用图形的平面几何性质,如"弦的中垂线必过圆心"," 两条弦的中垂线的交点必为圆心",
以及中点坐标公式、两点间距离公式等,直接求出圆心坐标和半径,进而得到圆的标准方程.
(2)待定系数法:由三个独立条件得到三个方程,解方程组可得到圆的标准方程中三个参数,从而确定
圆的标准方程.它是求圆的方程最常用的方法,一般步骤是:
①设————设所求圆的方程为(x- a)²+(y-b)²=r²;
②列——由已知条件,建立关于a,b,r 的方程组;③解———解方程组,求出a,b,r;
④代————将a,b,r 代入所设方程,得所求圆的方程.
【题型3:圆的一般方程的求解】
例3.(2024·山西临汾·二模)已知圆C过点O(0,0), A(2,0),B(0,4),则C的方程为      .
变式1.(23-24 高三上·江苏·期末)已知△ABC的顶点是A (5,1),B (7,−3),C (1,−1),则△ABC的外
接圆的方程是      .
变式2.(22-23 高二上·北京石景山·期末)在△ABC中,A (0,3),B(−√3,0)和C(√3,0).则△ABC的外接
圆方程为                  .
变式3.(23-24 高二上·湖南·期末)已知四边形ABCD的三个顶点A(1,0),B(3,−2),C(4 ,−1).
(1)求过A,B,C 三点的圆的方程.
(2)设线段AB上靠近点A 的三等分点为E,过E 的直线l 平分四边形ABCD的面积.若四边形ABCD为平
行四边形,求直线l 的方程.
变式4.(23-24 高二上·全国·期中)已知△ABC 的三个顶点为A (4,0),B (0,2),C (2,6).
(1)求AC 边上的高BD 所在直线的方程;
(2)求△ABC 的外接圆的方程.
变式5.(23-24 高二上·山东枣庄·阶段练习)已知O(0,0), A (1,1),B (4,2)三点,求:
7
(1)△OAB的面积.
(2)△OAB外接圆的一般方程.
变式6.(23-24 高二上·安徽·阶段练习)已知在△ABC中,AB 边所在直线的方程为x−3 y −6=0,AC 边
所在直线的方程为x−y −2=0,AC 边上的中线所在直线的方程为x + y −2=0.
(1)求C 点的坐标;
(2)求△ABC的外接圆方程.
变式7.(23-24 高二上·新疆喀什·期中)已知三角形ABC 的三个顶点为A(−1,1),B(−4,0),
C(4 ,−4),
(1)求三角形ABC 外接圆O1的方程;
(2)判断点M 1(3,−1), M 2(2,−3)是否在这个圆上.
【题型4:由一般方程确定参数取值范围】
例4.(24-25 高二上·江苏徐州·阶段练习)方程x
2+ y
2−2mx −4 y +2m
2−4 m−1=0所表示的圆的最大
面积为(  )
A.4 π
B.9π
C.8π
D.16π
变式1.(23-24 高二上·江苏南通·期中)若方程x
2+ y
2+ 4 mx−2 y + 4 m
2−m=0表示一个圆,则实数 m
的取值范围是(   )
A.m<−1
B.m<1
C.m>−1
D.m≥−1
变式
2 .(23-24
高二上· 福建厦门· 期中)若a∈{−2,−1,0, 3
4 ,1},则方程
x
2+ y
2+ax +2ay +2a
2+a−1=0表示的圆的个数为(    )
A.1
B.2
C.3
D.4
变式3.(23-24 高二上·广东·期末)已知方程x
2+ y
2+2 x−2ay +2a+ 4 =0表示一个圆,则实数a取值范
围是(    )
A. (−∞,−1]∪[3,+∞) 
B.[−1,3]
C.(−∞,−1)∪(3,+∞)D.(−1,3)
变式4.(22-23 高二上·全国·期中)“实数m<2”是“方程x
2+ y
2−3 x + y +m=0表示圆”的(   )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
变式5.(多选)(23-24 高二上·河北邢台·期末)已知曲线C :a x
2+a y
2−2 x + 4 a
2 y =0,下列结论正确
的是(    )
A.当a=0时,曲线C是一条直线
8
B.当a≠0时,曲线C是一个圆
C.当曲线C是圆时,它的面积的最小值为2π
D.当曲线C是面积为5 π的圆时,|a|=1
变式6.(24-25 高二上·全国·课后作业)若方程x
2+ y
2−ax +by +c =0表示圆心为(1,2),半径为1 的圆,
则a+b+c =      .
变式7.(24-25 高二上·全国·随堂练习)若方程
(x −m)
2+( y −2)
2=m
2−m−2
表示圆的标准方程,则m的
取值范围是      .
【方法技巧与总结】
二元二次方程与圆的关系
1.形如x²+y²+Dx+By+F=0 的二元二次方程,判定其是否表示圆时可有如下两种方法:
①由圆的一般方程的定义判断D²+E²- 4F 是否为正. 若D²+E²- 4F>0,则方程表示圆,否则不表示圆;
②将方程配方变形成“标准"形式后,根据圆的标准方程的特征,观察是否可以表示圆.
2.由圆的一般方程x²+y²+Dx+Ey+F=0 求圆心和半径长的方法:
①利用配方法将圆的一般方程化为标准方程,可以非常直观地求出圆心及半径长;
②运用二元二次方程x2+y²+Dx+Ey+F=0 判断是否为圆,如果是,也可以利用公式写出圆心,利用公式求
出半径
【题型5:点与圆的位置关系】
例5.(23-24 高二上·湖北荆门·期末)已知圆C的方程为x
2+ y
2−2mx + 4 my +5m
2−3m+3=0,若点
(1,−2m)在圆外,则m的取值范围是(    )
A.(−∞,1)∪(4 ,+ ∞) B.(1,+ ∞)
C.(1,4)
D.(4 ,+ ∞)
变式1.(24-25 高二上·江苏徐州·阶段练习)已知圆x
2+ y
2−2ax + 4 ay +5a
2−9=0上的所有点都在第二
象限,则实数a的取值范围是(  )
A.(−∞,−3)
B.[−3,−3
2]
C.[3,+∞)
D.(−3,−3
2)
变式2.(2024·河北沧州·二模)若点A (2,1)在圆x
2+ y
2−2mx−2 y +5=0(m为常数)外,则实数m的
取值范围为(    )
A.(−∞,2)
B.(2,+∞)
C.(−∞,−2)
D.(−2,+∞)
变式3 .(24-25 高二上· 全国· 课后作业)已知圆
(x−a)
2+( y −1)
2=2a(0<a<1),则原点O 在
(    )
9
A.圆内
B.圆外
C.圆上
D.圆上或圆外
变式4.(22-23 高二上·河南郑州·期中)若点P(−1,2)在圆C : x
2+ y
2−2 x + 4 y + k =0的外部,则实数k的
取值范围是(    )
A.(−5,5)
B.(−15,5)
C.(−∞,−15)∪(5,+ ∞)
D.(−15,2)
变式5.(22-23 高二上·浙江·期中)若点A (a,2)不在圆( x −1)
2+( y +1)
2=5a的外部,则实数a的取值范
围为(    )
A.[1,5]
B.[2,5]
C.[3,5]
D.[4,5]
变式6.(21-22 高二上·安徽·阶段练习)若圆C :x
2+ y
2−(m−2) x +(m−2) y +m
2−3m+2=0过坐标原
点,则实数m 的值为(    )
A.1
B.2
C.2 或1
D.-2 或-1
变式7 .( 多选) (23-24 高二下· 江苏南京· 期中)点P(3,a)关于直线x + y −a=0的对称点在圆
(x−2)
2+( y −4)
2=13内,则实数a可以为(    )
A.4
B.6
C.8
D.10
【题型6:圆过定点问题】
例6.(23-24 高二上·湖北荆州·期末)圆C : x ²+ y ²+ax−2ay −5=0恒过的定点为(    )
A.(−2,1),(2,−1) 
B.(−1,−2),(2,1) 
C.(−1,−2),(1,2) 
D.(−2,−1),(2,1) 
变式1.(21-22 高二上·浙江温州·期中)点P(x , y)是直线2 x + y −5=0上任意一点,O是坐标原点,则以
OP为直径的圆经过定点(      )
A.(0,0)和(1,1)
B.(0,0)和(2,2)
C.(0,0)和(1,2)
D.(0,0)和(2,1)
变式2.(2024 高三·全国·专题练习)当m 变化时,圆x2+y2+(m+2)x+y-2=0 恒过定点        .
变式3.(23-24 高二上·江西南昌·阶段练习)已知圆C : x
2+ y
2= 4,点M (1,1),平面内一定点N(异于点
M),对于圆C上的任意动点A,都有|AN|
|AM|为定值,定点N的坐标为        .
变式4.(23-24 高二上·重庆·期中)已知直线(m+2) x +(m+3) y −7−3m=0(m∈R)过定点P,圆C 经
过P 点且与x 轴和y 轴正半轴都相切.
(1)求定点P 的坐标;
10
(2)求圆C 的方程.
变式5.(2021 高三·全国·专题练习)在平面直角坐标系xOy 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.
一、单选题
1.(23-24 高二上·江苏南京·开学考试)已知直角梯形ABCD,且A (1,1),B (3,1),C (3,3),D (2,3),则
过其中三点的圆的方程可以为(    )
A.
(x −2)
2+ y
2=3
B.
(x −2)
2+ y
2=2
C.
(x −2)
2+( y −2)
2=2
D.
(x −3)
2+( y −2)
2=2
2.(23-24 高二上·吉林延边·期中)已知圆C :(x −1)
2+( y −1)
2=1
,则下列点在圆C 内的是(    )
A.(0,0)
B.(1,0)
C.(2,1)
D.(
1
2 , 1
2)
3.(2024 高三·全国·专题练习)已知圆C : x
2+ y
2+mx +1=0的面积为π,则m=(    )
A.±2
B.±2√2
C.± 4√2
D.±8
4.(2024 高三·全国·专题练习)经过点(2,0),且圆心是两直线x-2y+1=0 与x+y-2=0 的交点的圆的
方程为(    )
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
5.(2024 高三·全国·专题练习)若点(2a,a+1)在圆x2+(y-1)2=5 的内部,则实数a 的取值范围是(  
11
  )
A.{a|-1<a<1}
B.{a|0<a<1}
C.{a|a<-1 或a>1}
D.{a|-1<a<0}
6.(2024 高三·全国·专题练习)圆x2+y2=4 上的点到点(1,0)的距离的最大值为(    )
A.1
B.2
C.3
D.5
7.(23-24 高二下·全国·课堂例题)若直线2 x + y −1=0是圆x
2+( y +a)
2=1
的一条对称轴,则圆心坐标为
(    )
A.(0,1)
B.(0,−1)
C.(0, 1
2 )
D.(0,−1
2 )
8.(24-25 高三上·北京海淀·开学考试)若圆x
2+ y
2−2ax +6 y =0的圆心到x轴、y轴的距离相等,则a= 
(    )
A.2
B.3
C.±3
D.±6
二、多选题
9 .(21-22 高二上· 安徽芜湖· 期中)设圆C :(x−k )
2+( y −k )
2= 4 (k ∈R),则下列命题正确的是
(    )
A.所有圆的面积都是4 π
B.存在k ∈R,使得圆C 过点(3,0)
C.经过点(2,2)的圆C 有且只有一个
D.不论k 如何变化,圆心C 始终在一条直线上
10.(2024 高三·全国·专题练习)已知圆C 关于y 轴对称,经过点(1,0),且被x 轴分成两段,弧长之比为
1∶2,则圆C 的方程可能是(    )
A.x2+(y+√3
3
)2=1
3
B.x2+(y-√3
3
)2=1
3
C.x2+(y+√3
3
)2=4
3
D.x2+(y-√3
3
)2=4
3
11.(23-24 高二上·安徽亳州·阶段练习)已知P1(4,9),P2(6,3)两点,以线段P1 P2为直径的圆为圆P,则
(    )
A.M (6,9)在圆P 上
B.N (3,3)在圆P 内
12
C.Q (5,3)在圆P 内
D.R (2,7)在圆P 外
三、填空题
12.(24-25 高二上·江苏徐州·阶段练习)在平面直角坐标系xOy中,已知点A (2,0),若点M满足
M A
2+ M O
2=10,则点M的轨迹方程是    .
13.(23-24 高二上·四川宜宾·期中)已知点P(4 ,−2),点A为圆x
2+ y
2= 4上任意一点,则PA连线的中点
轨迹方程是     .
14.(23-24 高二下·贵州黔东南·期末)若点P(2,1)在圆C : x❑
2+ y❑
2+2 x−a=0上,则C的半径r =   
.
四、解答题
15.(2024·广东深圳·模拟预测)已知过点(1,0)的动直线l 与圆C1: x
2+ y
2−4 x =0相交于不同的两点A,
B.
(1)求圆C1的圆心坐标;
(2)求线段AB的中点M 的轨迹C 的方程.
16.(23-24 高二上·广东河源·期末)已知点A(0,−2),B(1,−1),直线l: x +2my +1=0与直线AB垂直.
(1)求m的值;
(2)若圆C经过点A ,B,且圆心C在x轴上,求点C的坐标.
17.(23-24 高二下·全国·课堂例题)从以下三个条件中任选一个,补充在下面的问题横线处,并进行解答.
①经过点C (0,−2);②圆心在直线x−y −1=0上;③以线段AB为直径.
问题:已知圆E经过A (6,−2),B (0,6)两点,且__________.求圆E的方程;
注:如选择多个条件分别解答,按第一个条件计分.
18.(23-24 高二上·江苏南通·阶段练习)已知矩形ABCD 的两条对角线相交于点M (2,0),AB 边所在直
线的方程为x−3 y −6=0,点T (−1,1)在AD 边所在的直线上.
(1)求AD 边所在直线的方程;
(2)求矩形ABCD 外接圆的标准方程.
19.(23-24 高二上·山西运城·阶段练习)已知圆C经过A (0,2),B (1,1),且圆心在直线l1:2 x + y −4 =0上.
(1)求圆C的方程;
(2)若从点M (3,5)发出的光线经过直线l2: x + y −1=0反射后恰好平分圆C的圆周,求反射光线所在直线的
13
方程.