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【第34 讲:直线与圆,圆与圆的位置关系】
【知识梳理】
一、直线与圆的位置关系(高频考点,高考选填、解答题均涉及)
1.三种位置关系定义(基于直线与圆的公共点个数)
相离:直线与圆无公共点(公共点个数=0);
相切:直线与圆有且仅有一个公共点(公共点个数=1,此时直线称为圆的切线,公共点称为切点);
相交:直线与圆有两个公共点(公共点个数=2,此时直线称为圆的割线)。
2.核心判定方法(两种方法,优先用几何法)
(1)几何法(最常用,依托圆心到直线的距离与半径的关系)
判定依据:设圆的圆心为
,半径为
,直线
(修正:原表述中直线常数项
与圆心坐标字母冲突,此处统一为
),计算圆心到直线的距离
,通过
与
的大小
比较判定位置关系:
相离:
(教材例题核心判定方式,如人教版必修2“判断直线与圆的位置关系”);
相切:
(高考真题高频场景,如2023 年新高考II 卷第13 题,已知直线与圆相切求参数);
相交:
(常考“求直线被圆截得的弦长”,需结合此条件)。
(2)代数法(联立方程,基于判别式)
判定步骤:
①联立圆的方程(标准式或一般式)与直线方程,消去
或
,得到关于单个变量的一元二次方程
(或
);
②计算判别式
;
③判定:相离(
)、相切(
)、相交(
)。
适用场景:需求直线与圆的公共点坐标时(如求交点、弦的端点),高考解答题中“求切线方程”
“求弦长”常辅助使用。
3.重要衍生问题(高考高频考查)
(1)圆的切线方程(核心应用,分“过圆上一点”和“过圆外一点”)
过圆上一点
的切线方程:
若圆为标准方程
,切线方程为
(教材推
导结论,直接套用);
若圆为
(圆心在原点),切线方程简化为
(2022 年全国甲卷文科第15 题
曾考查)。
过圆外一点
的切线方程:
步骤:设切线斜率为
,写切线方程
(点斜式,非斜截式,修正原表述),利用
“圆心到切线距离=半径”列方程求
;若斜率不存在,需单独验证直线
是否为切线(避免漏解,
模拟题高频易错点)。
重要结论1(切线性质):圆的切线垂直于过切点的半径(教材核心性质,可用于快速判断切线斜率:
若切点与圆心连线斜率为
,则切线斜率
,
;若
,切线垂直于x 轴,斜率不存在)。
重要结论2(过圆外一点的切线长):设圆外点
,圆心
,半径
,则切线长
(2021 年全国新课标III 卷理科第16 题曾考查,可直接用勾股定理推导,无需求切线方
程)。
(2)直线被圆截得的弦长(高考解答题常考)
核心公式:弦长
(几何法推导,
为圆心到直线的距离,
为圆半径);
应用场景:已知直线与圆相交,求弦长(如2024 年浙江模拟题,已知直线方程和圆方程,求弦长),
无需联立方程求交点,直接用公式计算更高效。
重要结论3(特殊弦:直径):若直线过圆心,则直线被圆截得的弦长为直径(
),反之,若
弦长为直径,则直线必过圆心(可用于证明“某点为圆心”或“直线过圆心”,如2023 年北京高考文科第
19 题)。
重要结论4(弦的中点性质):圆心与弦的中点的连线垂直于弦(教材性质,可用于“已知弦中点求
弦所在直线方程”:先求圆心与中点连线的斜率
,则弦的斜率
,再用点斜式写方程)。
二、圆与圆的位置关系(高考选填题高频,侧重判定与距离计算)
1.五种位置关系定义(基于两圆公共点个数与圆心距)
设两圆的圆心分别为
、
,半径分别为
、
(不妨设
),圆心距
,五种位置关系如下:
外离:无公共点,且一个圆在另一个圆外部(
);
外切:有且仅有一个公共点(外切点),两圆在公共点外侧(
,教材重点,如人教版必修
2“两圆外切的判定”);
相交:有两个公共点(
,高考真题常考“求两圆公共弦长”);
内切:有且仅有一个公共点(内切点),一个圆在另一个圆内部(
);
内含:无公共点,且一个圆在另一个圆内部(
,特殊情况:
时两圆同心)。
2.核心判定方法(仅几何法,代数法复杂不常用)
步骤:
①求两圆的圆心坐标
、
和半径
、
;
②计算圆心距
;
③对比
与
、
的大小,判定位置关系(高考真题如2021 年全国乙卷理科第11 题,通过判
定两圆位置关系求参数范围)。
重要结论5(位置关系与半径、圆心距的特殊关联):
两圆外切时,圆心、两圆的切点三点共线(且圆心在切点两侧);
两圆内切时,圆心、两圆的切点三点共线(且圆心在切点同侧);
两圆相交时,圆心距
、两圆半径
满足“三角形三边关系”(
),公共弦垂
直平分两圆心的连线(2022 年江苏模拟题曾考查公共弦与圆心连线的位置关系)。
3.重要衍生问题(常考模拟题与高考选填)
(1)两圆的公共弦方程与弦长
公共弦方程:联立两圆的一般方程,消去二次项(
、
项),得到的二元一次方程即为公共弦方
程(推导依据:两圆公共点坐标同时满足两圆方程,相减后仍成立);
示例:圆
与圆
,公共弦方程为
。
公共弦长:利用“弦长公式”计算,以其中一个圆为基准,圆心到公共弦的距离为d',半径为
,则
弦长
(2023 年北京模拟题曾考查)。
重要结论6(无公共弦的情况):当两圆外离、内含或内切时,无公共弦(外离、内含无公共点,内
切仅有一个公共点,均无法形成弦);仅当两圆相交时,存在公共弦。
重要结论7(同心两圆的公共弦):若两圆同心(
),则联立方程消去二次项后,若得到“矛
盾等式”(如
),说明两圆无公共弦;若得到“恒等式”(如
),说明两圆重合(此时任意直
线与圆的交线均为公共弦)。
(2)两圆的公切线(选填题低频,侧重条数判断)
公切线条数与位置关系对应:
外离:4 条(2 条外公切线,2 条内公切线);
外切:3 条(2 条外公切线,1 条内公切线,切点在两圆圆心连线上);
相交:2 条(仅外公切线);
内切:1 条(公切线,切点在两圆圆心连线上);
内含:0 条;
应用场景:已知两圆位置关系,判断公切线条数(如2022 年江苏模拟题),或已知公切线条数,求两
圆参数范围。
重要结论8(公切线的对称性):两圆的外公切线(或内公切线)关于两圆心的连线对称(可用于求
公切线方程:先求一条公切线,再利用对称性求另一条,减少计算量)。
三、核心总结(结合教材与真题的高频要点)
1.直线与圆:优先用“圆心到直线的距离
与半径
”判定位置关系,切线方程需分“圆上点”“圆外
点”,弦长用
计算;牢记切线垂直于过切点的半径、切线长公式、弦中点与圆心连线垂直于弦
等核心结论,可快速解题。
2.圆与圆:仅用“圆心距
与
、
”判定位置关系,公共弦方程通过两圆方程相减得到,公切
线条数与位置关系直接对应;关注“圆心与切点共线”“公共弦垂直平分圆心连线”等结论,避免易错点。
3.高考高频场景:直线与圆相切求参数(用
)、切线长计算(用勾股定理)、直线被圆截得的弦长
(用
)、两圆位置关系判定求范围(对比
与
),需熟练掌握核心公式与重要结论的结
合应用。
【考点一:直线与圆的位置关系】
【角度1:直线与圆的位置关系的判断】
【例题】【多选题】1.(25-26 高二上·全国·单元测试)已知直线
,圆
,点
,则( )
A.若
在圆
上,则直线与圆
相交B.若
在圆
内,则直线与圆
相离
C.若
在圆
外,则直线与圆
相交D.若
在直线上,则直线与圆
相离
2.(25-26 高二上·全国·单元测试)已知圆
,直线
,则圆
上到直线的距离
知识讲解与常考题型
题型分类
等于1 的点的个数为( )
A.1
B.2
C.3
D.4
【针对训练】3.(2025 高三·全国·专题练习)向量
,
,
与
的夹
角为
,则直线
与圆
的位置关系是( )
A.相切
B.相交
C.相离
D.由
的值确定
4.(25-26 高二上·全国·单元测试)已知圆
,直线
,则直线与圆
的位置关系为( )
A.相交
B.相离
C.相切
D.相交或相切
5.(24-25 高一下·上海·期末)已知圆
和直线
.下面四个命题:
①对任意实数
与
,直线和圆
相切;
②对任意实数
与
,直线和圆
有公共点;
③对任意实数
,必存在实数
,使得直线和圆
相切;
④对任意实数
,必存在实数
,使得直线和圆
相切.
其中真命题的序号是 .(写出所有真命题的序号)
【角度2:弦长问题】
【例题】1.(北京市2025 一2026 学年上学期新高三入学定位考试数学试题)直线
被圆
所截得的弦长为( )
A.
B.2
C.
D.4
2.(25-26 高三上·山西长治·开学考试)已知直线
与圆
交于
两点,
写出满足“
面积为
”的
的一个值 .
【针对训练】1.(25-26 高二上·全国·单元测试)已知直线
,圆
.
(1)若直线是圆
的一条对称轴,求
的值;
(2)从①若直线被圆
截得的弦长为4,②若直线被圆
截得的弦长最短这两个条件中选择一个作为已知,
求直线的方程.
注:若选择两个条件分别解答,按第一个解答计分.
2.(22-23 高二上·广东肇庆·期中)设直线
与圆
相交于
两点,且
,
则
为( )
A.2
B.
C.3
D.
【多选题】3.(25-26 高二上·全国·单元测试)已知圆
与直线
,下列
选项正确的是( )
A.直线过定点
B.直线与圆必相交
C.圆截
轴所得弦长为
D.直线被圆截得的最短弦长为
【解题策略】
一、核心原则:几何法优先,代数法辅助
直线与圆的位置关系问题,优先利用“圆心到直线的距离
与半径
的关系”(几何法)解题,减少联立
方程的复杂运算;仅当需要求公共点坐标时,辅助使用代数法(判别式)。
二、分题型解题策略
1.直线与圆的位置判定题型(高考选填基础题)
(1)已知直线与圆的方程,判定位置关系
优先方法:几何法(最快)
解题步骤:
①从圆的方程(标准式/一般式)中提取圆心
和半径
(一般式需配方:圆心
,
半径
);
②用点到直线距离公式计算
(直线
);
③对比
与
:
(相离)、
(相切)、
(相交)。
避坑要点:若圆为一般式,需先验证
(确保是圆),再求圆心和半径。
(2)已知位置关系,求直线/圆中参数范围(高考选填高频)
优先方法:几何法(列不等式/等式)
解题步骤:
①确定圆心
、半径
,写出直线方程(含参数,如
);
②根据位置关系列条件:
相离:
(列不等式,解参数范围);
相切:
(列等式,解参数值,注意斜率不存在的情况);
相交:
(列不等式,解参数范围);
③若直线含斜率参数,需单独验证“斜率不存在的直线”是否满足位置关系(避免漏解,如直线
)。
示例场景:已知直线
与圆
相切,求
,用
列方程
,直接解
。
2.圆的切线方程求解题型(高考选填/解答题高频)
(1)过圆上一点的切线方程(教材重点,直接套用结论)
优先方法:结论法(无需算距离)
解题步骤:
①若圆为标准式
,且切点
在圆上,切线方程为
;
②若圆为原点圆
,切线方程简化为
(高频简化形式,2022 年全国甲卷
曾考)。
验证技巧:可通过“圆心到切线距离=半径”快速验证方程正确性,避免公式记错。
(2)过圆外一点的切线方程(易错点,需防漏解)
优先方法:几何法(设斜率,列距离等式)
解题步骤:
①设圆外点
,圆的圆心
、半径
;
②分情况讨论:
情况1 :切线斜率存在,设切线方程为
(点斜式),整理为标准式
;
用
列方程
,解
(可能有2 个解);
情况2:切线斜率不存在,验证直线
是否为切线(代入圆方程,看是否有唯一解);
③综合两种情况,写出所有切线方程。
避坑要点:必须单独验证斜率不存在的情况,否则易漏1 条切线(如过圆外一点
作圆
的切线,斜率不存在的
不是切线,需排除,但过
作圆
的切线,
是切线,需保留)。
3.直线被圆截得的弦长计算题型(高考解答题核心)
(1)已知直线与圆的方程,求弦长(最常见)
优先方法:几何法(弦长公式)
解题步骤:
①求圆心
到直线的距离
(用点到直线距离公式);
②确认直线与圆相交(
,若题目未说明,需先判定);
③代入弦长公式
(核心公式,几何意义:半弦长、
、
构成直角三角形)。
优势对比:无需联立方程求交点,比代数法(求交点后用距离公式)节省50%计算量,2024 年浙江模
拟题直接用此方法求解。
(2)已知弦长,求直线/圆中参数(高考解答题中档)
优先方法:几何法(逆用弦长公式)
解题步骤:
①设参数(如直线斜率
、圆半径
),写出圆心和
;
②计算
(含参数,如直线
,
);
③逆用弦长公式:
,两边平方得
,代入
列方程求解参数;
④验证:若直线含斜率,需验证参数对应的直线是否与圆相交(
),排除增解。
4.弦的中点相关题型(高考解答题拓展)
已知弦的中点,求弦所在直线方程(或参数)
优先方法:利用“弦中点性质”(几何法)
解题依据:圆心与弦中点的连线垂直于弦(教材核心性质),即
(
为圆心,
为弦中
点)。
解题步骤:
①从圆方程中得圆心
,已知弦中点
;
②计算
(若
,则
垂直x 轴,弦平行x 轴,斜率为0);
③求弦的斜率:
(
);
④用点斜式写弦的方程:
。
避坑要点:若弦中点与圆心连线斜率不存在(
),弦的斜率为0,方程为
;反之,若
,弦的斜率不存在,方程为
。
三、高频易错点总结
1.斜率漏解:求切线方程时,必须单独验证“斜率不存在的直线”,尤其是直线过圆外点时;
2.公式记错:弦长公式是
(非
),圆的一般式求圆心时注意负号(
);
3.忽略圆的条件:若圆为一般式,先验证
,再进行后续计算,避免处理“点圆”或“无
轨迹”情况。
【角度3:切线问题】
【例题】1.(2025 高三·全国·专题练习)圆
过点
的切线方程为 .
2.(25-26 高二上·全国·单元测试)过点
作圆
的两条切线,设切点分别为A,
B,则
.
【针对训练】1.(2025 高三·全国·专题练习)过直线l:
上一点P 作圆M:
的两条切线,切点分别为A,B,若
的最大值为
,则
( )
A.
B.
C.
D.
2.(25-26 高二上·全国·课后作业)如图,圆
,点
为直线
上一动点,过
动点
作圆
的两条切线,切点分别为
.则直线
的方程为 ,直线
所经过的定点的坐标
为 .
3.(25-26 高二上·全国·单元测试)圆幂是指平面上任意一点到圆心的距离与半径的平方差.在平面上任给
两个不同圆心的圆,则两圆圆幂相等的点的集合是一条直线,这条线称为这两个圆的根轴.已知圆
与圆
,则圆
与圆
的根轴的方程为 .已知点
为根轴上的
一动点,过点
作圆
的两条切线PA,PB,切点分别为A,B,当
最小时,点
的坐标为
.
【考点二:圆与圆的位置关系】
【例题】【多选题】1.(24-25 高二下·河北秦皇岛·期中)与圆
和圆
都相切的直线方程可能为( )
A.
B.
C.
D.
【多选题】2.(25-26 高二上·全国·课后作业)(多选)已知圆
和圆
相交于
两点,则下列结论正确的是( )
A.两圆相交
B.直线
的方程为
C.两圆有两条公切线
D.线段
的长为
【针对训练】1.(25-26 高二上·全国·课后作业)已知
与
有且只有两条公切线,则实数
的取值范围是 .
2.(2025 高二·全国·专题练习)已知
,
,圆
上有且仅有一个点
满足
,则的取值可以为( )
A.1 或3
B.2
C.3
D.1 或5
【多选题】3.(25-26 高二上·全国·单元测试)已知圆
,圆
.则下列选项正确的是( )
A.直线
恒过定点
B.当圆
和圆
有三条公切线时,若P,Q 分别是圆
上的动点,则
C.若圆
和圆
共有2 条公切线,则
D.当
时,圆
与圆
相交弦的弦长为
【解题策略】
一、核心原则:几何法唯一主导,聚焦“圆心距与半径关系”
圆与圆的位置关系仅需通过“两圆圆心距
与两圆半径
(设
)的大小对比”判定,无需联立方
程(代数法复杂且无必要),所有题型均围绕此核心关系展开。
二、分题型解题策略
1.圆与圆的位置判定题型(高考选填基础题,教材重点)
(1)已知两圆方程,判定位置关系
解题步骤:
①拆求两圆核心要素:从每个圆的方程(标准式/一般式)中提取圆心
、
和半径
(一般式需先配方:圆心
,半径
,且需验证
,确保
是圆);
②计算圆心距
:用两点间距离公式
;
③对比判定:
(外离)、
(外切)、
(相交)、
(内切)、
(内含,
时为同心)。
教材关联:对应人教版必修2 中“两圆位置关系的判定”思路,高考中常作为基础题单独考查或结合
其他知识点(如公切线、公共弦)。
(2)已知位置关系,求圆中参数范围(高考选填高频)
解题步骤:
①确定已知圆的圆心
、半径
,含参数圆的圆心
、半径
(参数通常在圆心坐标或半径中,如
、
);
②计算圆心距
(含参数,需化简表达式);
③根据目标位置关系列不等式/等式:
外离:
(列不等式,注意半径为正数的隐含条件,如
);
外切/内切:
或
(列等式,解参数值,无需限定
,避免漏解);
相交:
(列双向不等式,解参数范围);
内含:
(列不等式,注意
);
④结合半径正数、圆心距非负等隐含条件,最终确定参数范围(避免增解)。
2.两圆公共弦相关题型(高考选填/解答题中档)
(1)求两圆公共弦方程
解题步骤:
①确保两圆方程为一般式(若为标准式,先展开为
形式);
②两圆方程相减,消去二次项(
项),得到的二元一次方程即为公共弦方程(推导依据:公共
点坐标同时满足两圆方程,相减后仍成立);
③特殊情况:若两圆外离、内含或内切,相减后虽得直线方程,但无实际公共弦(需结合位置关系判
断,避免无意义求解)。
高考关联:2023 年北京模拟题、2021 年浙江选考均曾考查,常与“公共弦长”结合。
(2)求两圆公共弦长
解题步骤:
①先求公共弦方程(按上述步骤);
②选择其中一个圆(优先选半径已知、圆心坐标简单的圆),确定其圆心
、半径
;
③计算圆心
到公共弦的距离d'(用点到直线距离公式
,其中直线为
,圆心
);
④代入弦长公式
(与直线被圆截得的弦长公式一致,几何意义:半弦长、d'、
构
成直角三角形);
避坑要点:无需联立两圆方程求公共点坐标,直接用几何法计算,效率更高;若两圆相交,公共弦长
唯一,选择任意一个圆计算结果一致。
3.两圆公切线相关题型(高考选填低频,侧重条数与方程)
(1)判断公切线条数(基础应用)
解题步骤:
①先判定两圆位置关系(按“位置判定题型”步骤);
②直接对应公切线条数:外离(4 条)、外切(3 条)、相交(2 条)、内切(1 条)、内含(0 条);
高考关联:常作为选择题选项或解题中间步骤,如“已知两圆有3 条公切线,求参数”,本质是判定
外切关系。
(2)求公切线方程(选填难点,教材拓展)
解题步骤(以外公切线为例,内公切线类似):
①设公切线方程:斜率存在时设为
(整理为
),斜率不存在时设为
;
②利用“公切线到两圆圆心的距离均等于对应半径”列方程组:
对圆1(圆心
,半径
):
;
对圆2(圆心
,半径
):
;
③解方程组求参数k、m:若方程组有解,对应斜率存在的公切线;若无解,需验证斜率不存在的直线
(代入“到两圆心距离等于半径”,判断是否为切线);
④结合位置关系筛选:外离时需区分外公切线(两圆在切线同侧)和内公切线(两圆在切线异侧,此
时方程组中绝对值符号需变号,如
与
);外切/内切时公切线过切
点,可结合“圆心、切点共线”简化计算。
避坑要点:斜率不存在的公切线易漏解,需单独验证;内公切线方程求解时,通过绝对值符号变号体
现“两圆在切线异侧”,避免符号错误。
4.两圆相切的特殊题型(高考选填/解答题高频,含外切与内切)
解题步骤:
①明确相切类型:题目未说明时需分“外切”和“内切”两种情况讨论;
②列核心等式:外切时
,内切时
(用绝对值统一表述,无需限定半径大小);
③处理特殊场景:
若为“动圆与定圆相切”(如动圆过定点
且与定圆
相切):设动圆圆心为
,半径为
,
则“过定点
”得
,“与定圆相切”得
,消去
可得动圆圆心轨迹方程(外切时
为椭圆,内切时为双曲线一支,教材拓展内容);
若“相切且过某点”:联立“相切条件”与“圆过点条件”,解圆心坐标或半径参数;
高考关联:2022 年全国乙卷、2021 年新高考I 卷均曾考查“动圆与定圆相切”,核心是利用“圆心距
=半径和/差”建立关系。
三、高频易错点总结
1.半径符号忽略:计算含参数的半径时,需确保半径为正数(如
则
),否则会出现无效解;
2.内切条件混淆:内切时圆心距为“半径差的绝对值”,需分
和
两种情况,避免漏解;
3.公共弦存在性:仅当两圆相交时,公共弦才存在,外离、内含、内切时无需计算公共弦长;
4.公切线斜率漏解:求公切线方程时,必须单独验证“斜率不存在的直线”(如
),尤其是两圆圆
心横坐标相同时(易漏此类切线);
5.公式符号错误:点到直线距离公式、弦长公式中,根号内表达式需为非负数(如弦长公式中
),需提前验证。
一、单选题
1.(2025·福建·模拟预测)已知直线
与圆
相交于
,
两点,
,则
( )
A.5
B.4
C.3
D.2
2.(2025·湖北·三模)已知直线
与
相交于点P,点Q 在圆
上,则( ).
A.
有最大值
B.
有最大值
C.
有最小值
D.
有最小值
课后针对训练
3.(2025·山东烟台·三模)若圆
与圆
交于M,N 两点,则四边形
的面积为( ).
A.5
B.
C.
D.10
4.(2025·江西新余·模拟预测)过直线
上的任意一点
作圆
的两条切线,切点
分别为A,B,则点
到直线AB 的距离的最大值为( )
A.1
B.2
C.
D.
5.(2025·云南·模拟预测)在平面直角坐标系
中,点
是圆
:
上的动点,
,则
的最大值为( )
A.
B.
C.
D.
6.(2023·新课标Ⅰ卷·高考真题)过点
与圆
相切的两条直线的夹角为
,则
( )
A.1
B.
C.
D.
7.(2023·全国乙卷·高考真题)已知实数
满足
,则
的最大值是( )
A.
B.4
C.
D.7
8.(2024·全国甲卷·高考真题)已知直线
与圆
交于
两点,则
的最小值为( )
A.2
B.3
C.4
D.6
9.(2025·全国一卷·高考真题)已知圆
上到直线
的距离为1 的点有且仅
有2 个,则r 的取值范围是( )
A.
B.
C.
D.
二、多选题
10.(2025·广西北海·模拟预测)已知圆
,圆
,直线
,下列结论正确的是( )
A.若直线与圆
相切,则
B.若
,则圆
上到直线的距离等于
的点恰有3 个
C.若圆
与圆
恰有三条公切线,则
D.若
为圆
上的点,当
时,过点
作圆
的两条切线,切点分别为
,则
可能为
三、填空题
11.(2025·江西·模拟预测)直线
与圆
相交于A,B 两点,且
(
为坐标原点),则
.
12.(2022·新高考全国Ⅱ卷·高考真题)设点
,若直线
关于
对称的直线与圆
有公共点,则a 的取值范围是 .
13.(2022·天津·高考真题)若直线
被圆
截得的弦长为
,则
的
值为 .
14.(2023·新课标Ⅱ卷·高考真题)已知直线
与
交于A,B 两点,写出
满足“
面积为
”的m 的一个值 .
15.(2002·北京·高考真题)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 .
16.(2025·天津·高考真题)
,与x 轴交于点A,与y 轴交于点B,与
交于C、D 两点,
,则
.