高中数学圆的方程典型例题(1)

高中数学圆的方程典型例题类型一:圆的方程例求过两点、且圆心在直线上的圆的原则方程并判断点与圆的关系.分析：欲求圆的原则方程,需求出圆心坐标的圆的半径的大小,而要判断点与圆的位置关系,只须看点与圆心的距离和圆的半径的大小关系,若距离不小于半径,则点在圆外;若距离等于半径，则点在圆上;若距离不不小于半径,则点在圆内.解法一:(待定系数法）设圆的原则方程为圆心在上，故圆的方程为又该圆过、两点解之得：，.因此所求圆的方程为.解法二:（直接求出圆心坐标和半径）由于圆过、两点,因此圆心必在线段的垂直平分线上,又由于,故的斜率为1,又的中点为，故的垂直平分线的方程为：即.又知圆心在直线上,故圆心坐标为半径故所求圆的方程为又点到圆心的距离为.点在圆外例求半径为4,与圆相切，且和直线相切的圆的方程分析:根据问题的特性,宜用圆的原则方程求解.解:则题意，设所求圆的方程为圆.圆与直线相切,且半径为4,则圆心的坐标为或.又已知圆的圆心的坐标为，半径为3若两圆相切,则或()当时,或(无解），故可得所求圆方程为，或.（）当时，或(无解），故.所求圆的方程为，或.阐明：对本题,易发生如下误解：由题意,所求圆与直线相切且半径为,则圆心坐标为，且方程形如.又圆，即，其圆心为，半径为.若两圆相切，则.故,解之得因此欲求圆的方程为,或上述误解只考虑了圆心在直线上方的情形，而疏漏了圆心在直线下方的情形.此外,误解中没有考虑两圆内切的状况也是不全面的.例3 求通过点,且与直线和都相切的圆的方程分析：欲拟定圆的方程需拟定圆心坐标与半径,由于所求圆过定点,故只需拟定圆心坐标.又圆与两已知直线相切，故圆心必在它们的交角的平分线上解:圆和直线与相切,圆心在这两条直线的交角平分线上，又圆心到两直线和的距离相等两直线交角的平分线方程是或又圆过点,圆心只能在直线上设圆心到直线的距离等于,化简整顿得解得:或圆心是，半径为或圆心是，半径为所求圆的方程为或.阐明：本题解决的核心是分析得到圆心在已知两直线的交角平分线上,从而拟定圆心坐标得到圆的方程,这是过定点且与两已知直线相切的圆的方程的常规求法.例、设圆满足:(1)截轴所得弦长为2;（2)被轴提成两段弧,其弧长的比为,在满足条件(1)(2)的所有圆中,求圆心到直线的距离最小的圆的方程.分析:规定圆的方程,只须运用条件求出圆心坐标和半径,便可求得圆的原则方程满足两个条件的圆有无数个,其圆心的集合可看作动点的轨迹,若能求出这轨迹的方程，便可运用点到直线的距离公式，通过求最小值的措施找到符合题意的圆的圆心坐标,进而拟定圆的半径,求出圆的方程.解法一:设圆心为，半径为则到轴、轴的距离分别为和由题设知:圆截轴所得劣弧所对的圆心角为,故圆截轴所得弦长为.又圆截轴所得弦长为2.又到直线的距离为当且仅当时取“=”号，此时.这时有或又故所求圆的方程为或解法二：同解法一,得.将代入上式得：上述方程有实根,故,.将代入方程得.又由知、同号故所求圆的方程为或阐明:本题是求点到直线距离最小时的圆的方程,若变换为求面积最小呢?类型二：切线方程、切点弦方程、公共弦方程例5 已知圆,求过点与圆相切的切线解：点不在圆上,切线的直线方程可设为根据 解得 因此 即 由于过圆外一点作圆得切线应当有两条，可见另一条直线的斜率不存在易求另一条切线为阐明:上述解题过程容易漏解斜率不存在的状况,要注意补回漏掉的解本题尚有其她解法，例如把所设的切线方程代入圆方程,用鉴别式等于0解决(也要注意漏解)还可以运用,求出切点坐标、的值来解决,此时没有漏解.例6 两圆与相交于、两点，求它们的公共弦所在直线的方程分析:一方面求、两点的坐标，再用两点式求直线的方程，但是求两圆交点坐标的过程太繁.为了避免求交点，可以采用“设而不求”的技巧.解：设两圆、的任一交点坐标为，则有： -得：、的坐标满足方程方程是过、两点的直线方程又过、两点的直线是唯一的.两圆、的公共弦所在直线的方程为阐明:上述解法中,巧妙地避开了求、两点的坐标，虽然设出了它们的坐标,但并没有去求它，而是运用曲线与方程的概念达到了目的.从解题的角度上说,这是一种“设而不求”的技巧,从知识内容的角度上说,还体现了对曲线与方程的关系的深刻理解以及对直线方程是一次方程的本质结识.它的应用很广泛.例7、过圆外一点,作这个圆的两条切线、,切点分别是、，求直线的方程。练习：1求过点,且与圆相切的直线的方程解:设切线方程为,即,圆心到切线的距离等于半径，,解得, 切线方程为，即，当过点的直线的斜率不存在时,其方程为，圆心到此直线的距离等于半径，故直线也适合题意。因此,所求的直线的方程是或.2、过坐标原点且与圆相切的直线的方程为 解：设直线方程为,即圆方程可化为,圆心为（，），半径为.依题意有,解得或,直线方程为或.3、已知直线与圆相切,则的值为 .解：圆的圆心为(，),半径为1,，解得或.类型三:弦长、弧问题例8、求直线被圆截得的弦的长.例9、直线截圆得的劣弧所对的圆心角为 解:依题意得，弦心距，故弦长,从而B是等边三角形,故截得的劣弧所对的圆心角为.例1、求两圆和的公共弦长类型四：直线与圆的位置关系例11、已知直线和圆，判断此直线与已知圆的位置关系例12、若直线与曲线有且只有一种公共点,求实数的取值范畴.解:曲线表达半圆,运用数形结合法，可得实数的取值范畴是或例1圆上到直线的距离为1的点有几种？分析:借助图形直观求解.或先求出直线、的方程，从代数计算中寻找解答解法一:圆的圆心为,半径.设圆心到直线的距离为,则.如图，在圆心同侧,与直线平行且距离为的直线与圆有两个交点,这两个交点符合题意又.与直线平行的圆的切线的两个切点中有一种切点也符合题意符合题意的点共有个.解法二：符合题意的点是平行于直线，且与之距离为1的直线和圆的交点设所求直线为，则，即,或，也即,或.设圆的圆心到直线、的距离为、,则,与相切，与圆有一种公共点;与圆相交，与圆有两个公共点即符合题意的点共3个.阐明:对于本题,若不留意，则易发生如下误解：设圆心到直线的距离为，则圆到距离为的点有两个.显然，上述误解中的是圆心到直线的距离，,只能阐明此直线与圆有两个交点,而不能阐明圆上有两点到此直线的距离为1.到一条直线的距离等于定值的点，在与此直线距离为这个定值的两条平行直线上，因此题中所求的点就是这两条平行直线与圆的公共点求直线与圆的公共点个数，一般根据圆与直线的位置关系来判断,即根据圆心与直线的距离和半径的大小比较来判断.练习：直线与圆没有公共点,则的取值范畴是 解：依题意有,解得,.练习2：若直线与圆有两个不同的交点,则的取值范畴是 解：依题意有，解得，的取值范畴是.3、 圆上到直线的距离为的点共有(）(）1个 (）个 （C）3个 (）4个分析：把化为，圆心为,半径为,圆心到直线的距离为，因此在圆上共有三个点到直线的距离等于，因此选、 过点作直线,当斜率为什么值时，直线与圆有公共点,如图所示.分析:观测动画演示,分析思路PEOyx解:设直线的方程为即根据有整顿得解得类型五:圆与圆的位置关系问题导学四:圆与圆位置关系如何拟定?例14、判断圆与圆的位置关系，例5:圆和圆的公切线共有 条。解:圆的圆心为,半径，圆的圆心为，半径,.,两圆相交.共有2条公切线。练习1:若圆与圆相切，则实数的取值集合是 解：圆的圆心为,半径，圆的圆心为,半径,且两圆相切，或,或，解得或，或或，实数的取值集合是.：求与圆外切于点,且半径为的圆的方程.解：设所求圆的圆心为，则所求圆的方程为.两圆外切于点，,所求圆的方程为.类型六:圆中的对称问题例16、圆有关直线对称的圆的方程是 GOBNMyAx图3CA例17 自点发出的光线射到轴上,被轴反射，反射光线所在的直线与圆相切(）求光线和反射光线所在的直线方程.（)光线自到切点所通过的路程分析、略解:观测动画演示，分析思路.根据对称关系，一方面求出点的对称点的坐标为，另一方面设过的圆的切线方程为根据,即求出圆的切线的斜率为或进一步求出反射光线所在的直线的方程为或最后根据入射光与反射光有关轴对称,求出入射光所在直线方程为或光路的距离为，可由勾股定理求得.阐明:本题亦可把圆对称到轴下方，再求解类型七:圆中的最值问题例1：圆上的点到直线的最大距离与最小距离的差是 解：圆的圆心为（2，2),半径，圆心到直线的距离，直线与圆相离,圆上的点到直线的最大距离与最小距离的差是.例19 (1）已知圆，为圆上的动点,求的最大、最小值（）已知圆，为圆上任一点.求的最大、最小值，求的最大、最小值分析：（1)、(2)两小题都波及到圆上点的坐标，可考虑用圆的参数方程或数形结合解决.解：(1）(法1)由圆的原则方程可设圆的参数方程为(是参数）则(其中）.因此,.（法2)圆上点到原点距离的最大值等于圆心到原点的距离加上半径1,圆上点到原点距离的最小值等于圆心到原点的距离减去半径1.因此.因此.（2） (法1)由得圆的参数方程:是参数.则.令，得，.因此,.即的最大值为，最小值为.此时因此的最大值为，最小值为(法)设,则由于是圆上点，当直线与圆有交点时,如图所示，两条切线的斜率分别是最大、最小值.由，得因此的最大值为,最小值为令,同理两条切线在轴上的截距分别是最大、最小值由，得.因此的最大值为,最小值为.例20:已知,点在圆上运动,则的最小值是 .解:设，则.设圆心为，则，的最小值为.练习:1：已知点在圆上运动.（1）求的最大值与最小值;(）求的最大值与最小值.解：(1)设，则表达点与点(，)连线的斜率当该直线与圆相切时，获得最大值与最小值.由，解得,的最大值为,最小值为(2)设,则表达直线在轴上的截距. 当该直线与圆相切时，获得最大值与最小值由,解得，的最大值为，最小值为. 设点是圆是任一点,求的取值范畴分析一:运用圆上任一点的参数坐标替代、,转化为三角问题来解决.解法一：设圆上任一点则有,，即（）.又解之得：.分析二:的几何意义是过圆上一动点和定点的连线的斜率,运用此直线与圆有公共点,可拟定出的取值范畴.解法二：由得：，此直线与圆有公共点,故点到直线的距离.解得：此外，直线与圆的公共点还可以这样来解决：由消去后得：，此方程有实根,故,解之得:阐明：这里将圆上的点用它的参数式表达出来,从而将求变量的范畴问题转化成三角函数的有关知识来求解.或者是运用其几何意义转化成斜率来求解，使问题变得简捷以便.3、已知点，点在圆上运动，求的最大值和最小值.类型八：轨迹问题例1、基本训练：已知点与两个定点,的距离的比为，求点的轨迹方程.例22、已知线段的端点的坐标是(4,3），端点在圆上运动，求线段的中点的轨迹方程.例2如图所示，已知圆与轴的正方向交于点，点在直线上运动，过做圆的切线，切点为，求垂心的轨迹分析:按常规求轨迹的措施，设,找的关系非常难由于点随,点运动而运动,可考虑，三点坐标之间的关系解：设,，连结,则，,是切线,因此,，因此四边形是菱形因此，得又满足,因此即是所求轨迹方程阐明:题目巧妙运用了三角形垂心的性质及菱形的有关知识.采用代入法求轨迹方程.做题时应注意分析图形的几何性质,求轨迹时应注意分析与动点有关联的点,如有关联点轨迹方程已知，可考虑代入法.例24已知圆的方程为，圆内有定点，圆周上有两个动点、,使,求矩形的顶点的轨迹方程.分析:运用几何法求解，或运用转移法求解,或运用参数法求解.解法一:如图,在矩形中，连结，交于，显然，,在直角三角形中，若设,则.由，即,也即，这便是的轨迹方程解法二:设、,则，又，即又与的中点重叠,故,，即 ,有.这就是所求的轨迹方程解法三：设、，由于为矩形,故与的中点重叠，即有， , 又由有联立、消去、,即可得点的轨迹方程为.阐明:本题的条件较多且较隐含，解题时,思路应清晰，且应充足运用图形的几何性质,否则,将使解题陷入困境之中本题给出三种解法其中的解法一是几何措施，它充足运用了图形中隐含的数量关系而解法二与解法三,从本质上是同样的,都可以称为参数措施解法二波及到了、四个参数,故需列出五个方程;而解法三中，由于借助了圆的参数方程，只波及到两个参数、，故只需列出三个方程便可.上述三种解法的共同之处是，运用了图形的几何特性，借助数形结合的思想措施求解练习:1、由动点向圆引两条切线、，切点分别为、,=600，则动点的轨迹方程是 .解:设.=0，=00.,，,化简得，动点的轨迹方程是.练习巩固:设为两定点，动点到点的距离与到点的距离的比为定值,求点的轨迹.解：设动点的坐标为.由，得，化简得.当时，化简得,整顿得；当时,化简得.因此当时,点的轨迹是觉得圆心,为半径的圆；当时，点的轨迹是轴.2、已知两定点,，如果动点满足,则点的轨迹所包围的面积等于 解:设点的坐标是.由,得,化简得，点的轨迹是以（2，0）为圆心，2为半径的圆,所求面积为.4、已知定点,点在圆上运动,是线段上的一点,且,问点的轨迹是什么？解:设.,，.点在圆上运动,，即,点的轨迹方程是例、已知定点，点在圆上运动,的平分线交于点，则点的轨迹方程是 .解:设是的平分线,， .由变式1可得点的轨迹方程是.练习巩固：已知直线与圆相交于、两点，以、为邻边作平行四边形,求点的轨迹方程.解:设,的中点为.是平行四边形,是的中点,点的坐标为，且.直线通过定点，化简得点的轨迹方程是.类型九：圆的综合应用例5、 已知圆与直线相交于、两点，为原点,且,求实数的值.分析:设、两点的坐标为、，则由,可得,再运用一元二次方程根与系数的关系求解.或由于通过原点的直线的斜率为，由直线与圆的方程构造觉得未知数的一元二次方程,由根与系数关系得出的值，从而使问题得以解决.解法一:设点、的坐标为、一方面,由,得，即,也即: 另一方面,、是方程组的实数解，即、是方程 的两个根.，又、在直线上,将代入，得 将、代入，解得，代入方程,检查成立,解法二：由直线方程可得,代入圆的方程,有，整顿，得.由于,故可得.,是上述方程两根故.得，解得.经检查可知为所求 阐明：求解本题时，应避免除求、两点的坐标的具体数值.除此之外，还应对求出的值进行必要的检查，这是由于在求解过程中并没有保证有交点、存在.解法一显示了一种解此类题的通法，解法二的核心在于根据直线方程构造出一种有关的二次齐次方程,虽有规律可循，但需一定的变形技巧,同步也可看出，这种措施给人以一种淋漓酣畅，一气呵成之感.例26、已知对于圆上任一点,不等式恒成立,求实数的取值范畴分析一：为了使不等式恒成立，虽然恒成立，只须使就行了因此只规定出的最小值,的范畴就可求得.解法一：令，由得：且,即,，即又恒成立即恒成立.成立，.分析二：设圆上一点由于这时点坐标满足方程问题转化为运用三解问题来解.解法二：设圆上任一点，恒成立即恒成立.只须不不不小于的最大值设即阐明：在这种解法中,运用了圆上的点的参数设法.一般地,把圆上的点设为（).采用这种设法一方面可减少参数的个数，另一方面可以灵活地运用三角公式.从代数观点来看，这种做法的实质就是三角代换.例7 有一种大型商品，、两地均有发售，且价格相似某地居民从两地之一购得商品后运回的费用是:每单位距离地的运费是地的运费的3倍已知、两地距离为10公里，顾客选择地或地购买这种商品的原则是:涉及运费和价格的总费用较低.求、两地的售货区域的分界线的曲线形状，并指出曲线上、曲线内、曲线外的居民应如何选择购货地点.分析:该题不管是问题的背景或生活实际的贴近限度上都具有深刻的实际意义和较强的应用意识，启示我们在学习中要注意联系实际，要注重数学在生产、生活以及有关学科的应用.解题时要明确题意，掌握建立数学模型的措施.解:以、所拟定的直线为轴，的中点为坐标原点,建立如图所示的平面直角坐标系,.设某地的坐标为,且地居民选择地购买商品便宜,并设地的运费为元/公里,地的运费为元公里由于地居民购货总费用满足条件:价格地运费价格+地的运费即:，化简整顿得：以点为圆心为半径的圆是两地购货的分界线圆内的居民从地购货便宜,圆外的居民从地购货便宜,圆上的居民从、两地购货的总费用相等.因此可随意从、两地之一购货.阐明:实际应用题要明确题意,建议数学模型