高中数学人教A版 (2019)选择性必修 第一册2.4 圆的方程教案

这是一份高中数学人教A版 (2019)选择性必修 第一册2.4 圆的方程教案，共8页。教案主要包含了学习目标，要点梳理，思路点拨，总结升华等内容，欢迎下载使用。
圆的方程【学习目标】1.掌握圆的标准方程的特点，能根据所给有关圆心、半径的具体条件准确地写出圆的标准方程，能运用圆的标准方程正确地求出其圆心和半径，解决一些简单的实际问题，并会推导圆的标准方程.2.掌握圆的一般方程的特点，能将圆的一般方程化为圆的标准方程从而求出圆心的坐标和半径；能用待定系数法，由已知条件导出圆的方程．【要点梳理】要点一：圆的标准方程，其中为圆心，为半径.要点诠释：(1)如果圆心在坐标原点，这时，圆的方程就是.有关图形特征与方程的转化：如：圆心在x轴上：b=0；圆与y轴相切时：；圆与x轴相切时：；与坐标轴相切时：；过原点：(2)圆的标准方程圆心为，半径为，它显现了圆的几何特点.(3)标准方程的优点在于明确指出了圆心和半径.由圆的标准方程可知，确定一个圆的方程，只需要a、b、r这三个独立参数，因此，求圆的标准方程常用定义法和待定系数法.要点二：点和圆的位置关系如果圆的标准方程为，圆心为，半径为，则有(1)若点在圆上(2)若点在圆外(3)若点在圆内例1．求满足下列条件的各圆的方程：（1）圆心在原点，半径是3；（2）圆心在点C（3，4）上，半径是；（3）经过点P（5，1），圆心在点C（8，―3）上．【思路点拨】根据题设条件，可利用圆的标准方程解决．【答案】（1）x2+y2=9 （2）(x―3)2+(y―4)2=5（3）(x―8)2+(y+3)2=25【解析】  （1）x2+y2=9；（2）(x―3)2+(y―4)2=5；（3）解法一：∵圆的半径，圆心在点C（8，―3）．∴圆的方程是(x―8)2+(y+3)2=25．解法二：∵圆心为C（8，―3），故设圆的方程为(x―8)2+(y+3)2=r2．又∵点P（5，1）在圆上，∴(5―8)2+(1+3)2=r2，∴r2=25，∴所求圆的方程是(x―8)2+(y+3)2=25．【总结升华】  确定圆的标准方程只需确定圆心的坐标和圆的半径即可，因此圆心和半径被称为圆的两要素．确定圆的方程的主要方法是待定系数法，即列出关于a、b、r的方程组，求a、b、r或直接求出圆心（a，b）和半径r，一般步骤为：（1）根据题意，设所求的圆的标准方程为(x―a)2+(y―b)2=r2；（2）根据已知条件，建立关于a、b、r的方程组；（3）解方程组，求出a、b、r的值，并把它们代入所设的方程中去，就得到所求圆的方程．【变式1】圆心是（4，―1），且过点（5，2）的圆的标准方程是（    ）A．(x―4)2+(y+1)2=10     B．(x+4)2+(y―1)2=10C．(x―4)2+(y+1)2=100    D．【答案】A例2．写出下列方程表示的圆的圆心和半径．    （1）x2+y2=2；（2）(x―3)2+y2=a2（a≠0）；（3）(x+2)2+(y+1)2=b2（b≠0）．【答案】（1）（0，0），（2）（3，0），|a|（3）（―2，―1），|b|【解析】 （1）圆心（0，0），半径为；（2）圆心（3，0），半径为|a|；（3）圆心（―2，―1），半径为|b|．【总结升华】（2）、（3）两题中a2、b2仅为半径的平方，没有给定a＞0，b＞0，∴半径r=|a|、|b|．例3．求圆心在直线y=―x上，且过两点A（2，0），B（0，―4）的圆的方程．【思路点拨】先写出线段AB的中垂线方程，然后求出中垂线与直线y=―x的交点，这个点就是圆心，进一步求出圆的方程。(x―3)2+(y+3)2=10  由于圆过A、B两点，所以圆心在AB的中垂线上，即，又圆心在直线y=―x上，故圆心为（3，―3）．于是半径．故所求的圆的方程为(x―3)2+(y+3)2=10．  求圆的标准方程的关键是求圆的坐标和圆的半径，这就需要充分挖掘题目中所给的几何条件，并充分利用平面几何中的有关知识求解，如“若圆经过某两点，则圆心必在这两点连线的中垂线上”等．求圆心在直线x―2y―3=0上，且过点A（2，―3），B（―2，―5）的圆的标准方程． (x+1)2+(y+2)2=10设圆的标准方程为，则解得：所以所求圆的标准方程是：(x+1)2+(y+2)2=10． 要点三：圆的一般方程当时，方程叫做圆的一般方程.为圆心，为半径.要点诠释：由方程得(1)当时，方程只有实数解.它表示一个点.(2)当时，方程没有实数解，因而它不表示任何图形．(3)当时，可以看出方程表示以为圆心，为半径的圆.例4．下列方程能否表示圆？若能表示圆，求出圆心和半径．（1）2x2+y2―7y+5=0；（2）x2―xy+y2+6x+7y=0；（3）x2+y2―2x―4y+10=0；（4）2x2+2y2―5x=0．【答案】（1）不能表示圆（2）不能表示圆（3）不能表示圆（4）表示圆  【解析】  （1）∵方程2x2+y2―7y+5=0中x2与y2的系数不相同，∴它不能表示圆．（2）∵方程x2―xy+y2+6x+7y=0中含有xy这样的项，∴它不能表示圆．（3）方程x2+y2―2x―4y+10=0化为(x―1)2+(y―2)2=―5，∴它不能表示圆．（4）方程2x2+2y2－5x=0化为，∴它表示以为圆心，为半径长的圆．【总结升华】（1）判断一个二元二次方程是否表示圆的方法：先看这个方程是否具备圆的一般方程的特征，即：①x2与y2的系数相等；②不含xy的项．当它具有圆的一般方程的特征时，再看它能否表示圆，此时有两种途径，一是看D2+E2―4F是否大于零；二是直接配方变形，看右端是否为大于零的常数．（2）圆的标准方程指出了圆心坐标与半径大小，几何特征明显；圆的一般方程表明圆的方程是一种特殊的二元二次方程，代数特征明显．【变式1】（1）下列方程各表示什么图形；①x2+y2―4x―2y+5=0；②x2+y2―2x+4y―4=0；③．（2）圆C：x2+y2―2x―4y+4=0的圆心到直线：3x+4y+4=0的距离d=________．【答案】（1）①方程表示点（2，1）；②方程表示以（1，―2）为圆心，3为半径长的圆；③当a=0时，该方程表示的图形为一个点（0，0）；当a≠0时，该方程表示的图形为圆，圆心为，半径长为|a|．  （2）3【解析】（1）略；（2）圆的方程可化为：，圆心坐标为（1，2），所以到直线的距离．例5．已知直线x2+y2―2(t+3)x+2(1―4t2)y+16t4+9=0表示一个圆．（1）求t的取值范围；（2）求这个圆的圆心和半径；（3）求该圆半径r的最大值及此时圆的标准方程．【思路点拨】若一个圆可用一般方程表示，则它具备隐含条件D2+E2―4F＞0，解题时，应充分利用这一隐含条件．【答案】（1）（2）（t+3，4t2-1） （3） 【解析】（1）已知方程表示一个圆D2+E2―4F＞0，即4(t+3)2+4(1―4t2)2―4(16t4+9)＞0，整理得7t2―6t―1＜0．（2）圆的方程化为[x―(t+3)]2+[y+(1―4t2)]2=1+6t―7t2．∴它的圆心坐标为（t+3， 4t2-1），半径为．（3）由．∴r的最大值为，此时圆的标准方程为．【总结升华】在本例中，当t在中任取一个值，它对应着一个不同的圆，它实质上是一系列的圆，因此本例中的圆的方程实质上是一个圆系方程，由得y=4(x―3)2―1，再由，知，因此它是一个圆心在抛物线的圆系方程．【变式1】（1）求过的圆的方程，及圆心坐标和半径；（2）求经过点且与直线相切于点（8，6）的圆的方程．【答案】【解析】（1）法一：设圆的方程为：，则，解得：所以所求圆的方程为：，即，所以圆心为（4，1），半径为．法二：线段的中点为为，线段的中垂线为，即同理得线段中垂线为联立，解得所以所求圆的方程为（4，1），半径所以．（2）法一：设圆的方程为：，则，解得：所以圆的方程为．法二：过点与直线垂直的直线是，线段的中垂线为，由得：圆心坐标为，由两点间距离公式得半径，所以圆的方程为．【变式2】判断方程ax2+ay2―4(a―1)x+4y=0（a≠0）是否表示圆，若表示圆，写出圆心坐标和半径长．【答案】， 要点四：几种特殊位置的圆的方程条件方程形式标准方程一般方程圆心在原点过原点圆心在x轴上圆心在y轴上圆心在x轴上且过原点圆心在y轴上且过原点与x轴相切与y轴相切要点五：用待定系数法求圆的方程的步骤求圆的方程常用“待定系数法”.用“待定系数法”求圆的方程的大致步骤是：(1)根据题意，选择标准方程或一般方程.(2)根据已知条件，建立关于或的方程组.(3)解方程组，求出或的值，并把它们代入所设的方程中去，就得到所求圆的方程.类型三：点与圆的位置关系例6．判断点M（6，9），N（3，3），Q（5，3）与圆(x―5)2+(y―6)2=10的位置关系．【答案】M在圆上  N在圆外  Q在圆内【解析】  ∵圆的方程为(x―5)2+(y―6)2=10，分别将M（6，9），N（3，3），Q（5，3）代入得(6―5)2+(9―6)2=10，∴M在圆上；(3―5)2+(3―6)2=13＞10，∴N在圆外；(5―5)2+(3―6)2=9＜10，∴Q在圆内．【总结升华】点与圆的位置关系，从形的角度来看，设圆心为O，半径为r，则点P在圆内|PQ|＜r；点P在圆上|PQ|=r；点P在点圆外|PO|＞r．从数的角度来看，设圆的标准方程为(x―a)2+(y―b)2=r2，圆心为A（a，b），半径为r，则点M（x0，y0）在圆上(x0―a)2+(y0―b)2=r2；点M（x0，y0）在圆外(x0―a)2+(y0―b)2＞r2；点M（x0，y0）在圆内(x0―a)2+(y0―b)2＜r2．【变式1】已知两点P1（3，8）和P2（5，4），求以线段P1P2为直径的圆的方程，并判断点M（5，3）、N（3，4）、P（3，5）是在此圆上、在圆内、还是在圆外？【答案】点M在此圆外，点N在此圆上，点P在此圆内 要点六：轨迹方程求符合某种条件的动点的轨迹方程，实质上就是利用题设中的几何条件，通过“坐标法”将其转化为关于变量之间的方程．1．当动点满足的几何条件易于“坐标化”时，常采用直接法；当动点满足的条件符合某一基本曲线的定义（如圆）时，常采用定义法；当动点随着另一个在已知曲线上的动点运动时，可采用代入法（或称相关点法）．2．求轨迹方程时，一要区分“轨迹”与“轨迹方程”；二要注意检验，去掉不合题设条件的点或线等．3．求轨迹方程的步骤：（1）建立适当的直角坐标系，用表示轨迹（曲线）上任一点的坐标；（2）列出关于的方程；（3）把方程化为最简形式；（4）除去方程中的瑕点（即不符合题意的点）；（5）作答．类型四：轨迹问题例7．已知一曲线是与两个定点O（0，0），A（3，0）距离的比为的点的轨迹，求这条曲线的方程，并画出曲线．【思路点拨】先设出要求点的坐标，然后列出点满足的几何条件，化简整理即可。【答案】(x+1)2+y2=4   曲线是圆心为C（―1，0），半径长为2的圆【解析】  在给定的坐标系中，设M（x，y）是曲线上的任意一点，点M在曲线上的条件是．由两点间距离公式，得，两边平方并化简，得曲线方程x2+y2+2x―3=0，配方得(x+1)2+y2=4．所以所求曲线是圆心为C（―1，0），半径长为2的圆（如图）．【总结升华】  本例求轨迹方程的方法是直接法．用直接法求曲线方程的步骤如下：（1）建系设点：建立适当的直角坐标系，设曲线上任一点坐标为M（x，y）；（2）几何点集：写出满足题设的点M的集合P={M|P (M)}；（3）翻译列式：将几何条件P（M）用坐标x、y表示，写出方程f (x,y)=0；（4）化简方程：通过同解变形化简方程；（5）查漏除杂：验证方程表示的曲线是否为已知的曲线，重点检查方程表示的曲线是否有多余的点，曲线上是否有遗漏的点．【变式1】如下图，过第一象限的定点C（a，b）作互相垂直的两直线CA、CB，分别交于x轴、y轴的正半轴于A、B两点，试求线段AB的中点M的轨迹方程．【答案】2ax+2by=a2+b2（x＞0且y＞0）．