2021高考数学二轮复习专题六第1讲:直线与圆
展开专题六 解析几何
第一讲 直线与圆
考点一 直线的方程
1.两条直线平行与垂直的判定
若两条不重合的直线l1,l2的斜率k1,k2存在,则l1∥l2⇔k1=k2,l1⊥l2⇔k1k2=-1.若给出的直线方程中存在字母系数,则要考虑斜率是否存在.
2.两个距离公式
(1)两平行直线l1:Ax+By+C1=0,l2:Ax+By+C2=0间的距离d=.
(2)点(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离公式d=.
[对点训练]
1.(2018·东北三校联考)过点(5,2),且在y轴上的截距是在x轴上的截距的2倍的直线方程是( )
A.2x+y-12=0
B.2x+y-12=0或2x-5y=0
C.x-2y-1=0
D.x-2y-1=0或2x-5y=0
[解析] 当直线过原点时,由题意可得直线方程为2x-5y=0;当直线不经过原点时,可设出其截距式为+=1,再由过点(5,2)即可解出2x+y-12=0,故选B.
[答案] B
2.直线l过点(2,2),且点(5,1)到直线l的距离为,则直线l的方程是( )
A.3x+y+4=0 B.3x-y+4=0
C.3x-y-4=0 D.x-3y-4=0
[解析] 由已知,设直线l的方程为y-2=k(x-2),即kx-y+2-2k=0,所以=,解得k=3,所以直线l的方程为3x-y-4=0,故选C.
[答案] C
3.(2018·湖北孝感五校联考)已知直线y=2x是△ABC中∠C的平分线所在的直线,若点A,B的坐标分别是(-4,2),(3,1),则点C的坐标为( )
A.(-2,4) B.(-2,-4)
C.(2,4) D.(2,-4)
[解析] 设A(-4,2)关于直线y=2x的对称点为A′(x,y),则解得即A′(4,-2),∴直线A′C即BC所在直线的方程为y-1=(x-3),即3x+y-10=0.又知点C在直线y=2x上,联立解得则C(2,4),故选C.
[答案] C
4.(2018·湖南东部十校联考)经过两条直线2x+3y+1=0和x-3y+4=0的交点,并且垂直于直线3x+4y-7=0的直线方程为________________________.
[解析] 解法一:由方程组解得
即交点为,
∵所求直线与直线3x+4y-7=0垂直,
∴所求直线的斜率为k=.
由点斜式得所求直线方程为y-=,
即4x-3y+9=0.
解法二:由垂直关系可设所求直线方程为4x-3y+m=0,
由方程组可解得交点为,
代入4x-3y+m=0得m=9,
故所求直线方程为4x-3y+9=0.
解法三:由题意可设所求直线的方程为(2x+3y+1)+λ(x-3y+4)=0,
即(2+λ)x+(3-3λ)y+1+4λ=0,①
又因为所求直线与直线3x+4y-7=0垂直,
所以3(2+λ)+4(3-3λ)=0
所以λ=2,代入①式得所求直线方程为4x-3y+9=0.
[答案] 4x-3y+9=0
[快速审题] 看到直线方程的求解,想到直线方程的五种形式,想到每种形式的适用条件.
求直线方程的两种方法
(1)直接法:选用恰当的直线方程的形式,由题设条件直接求出方程中系数,写出结果.
(2)待定系数法:先由直线满足的一个条件设出直线方程,使方程中含有待定系数,再由题设条件构建方程,求出待定系数.
考点二 圆的方程
1.圆的标准方程
当圆心为(a,b),半径为r时,其标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,特别地,当圆心在原点时,方程为x2+y2=r2.
2.圆的一般方程
x2+y2+Dx+Ey+F=0,其中D2+E2-4F>0,表示以为圆心,为半径的圆.
[对点训练]
1.(2018·福建漳州模拟)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
[解析] ∵点P(x,y)关于直线y=x对称的点为P′(y,x),
∴(1,2)关于直线y=x对称的点为(2,1),
∴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,故选A.
[答案] A
2.(2018·广东珠海四校联考)已知圆C与直线x-y=0及x-y-4=0都相切,圆心在直线x+y=0上,则圆C的标准方程为( )
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
[解析] 由题意设圆心坐标为(a,-a),则有=,即|a|=|a-2|,解得a=1.故圆心坐标为(1,-1),半径r==,所以圆C的标准方程为(x-1)2+(y+1)2=2,故选B.
[答案] B
3.(2018·重庆一模)若P(2,1)为圆(x-1)2+y2=25的弦AB的中点,则直线AB的方程为( )
A.x-y-1=0 B.2x-y-3=0
C.x+y-3=0 D.2x+y-5=0
[解析] 圆心C的坐标为(1,0),所以直线PC的斜率为kPC==1,所以直线AB的斜率为-1,故直线AB的方程为y-1=-(x-2),即x+y-3=0,故选C.
[答案] C
4.[原创题]在平面直角坐标系xOy中,以点(1,0)为圆心且与直线mx-y-2m-1=0(m∈R)相切的所有圆中,半径最大的圆的标准方程为_________________________________.
[解析] 解法一:由题意得:半径等于==≤ ≤,当且仅当m=1时取等号,所以半径最大为r=,所求圆为(x-1)2+y2=2.
解法二:直线mx-y-2m-1=0过定点(2,-1),当切点为(2,-1)时圆的半径最大,此时半径r==,故所求圆的方程为(x-1)2+y2=2.
[答案] (x-1)2+y2=2
[快速审题] 看到圆的方程,想到圆心与半径,看到含参数的直线方程,想到直线是否过定点.
求圆的方程的两种方法
(1)几何法:通过研究圆的性质、直线和圆、圆与圆的位置关系,从而求得圆的基本量和方程.
(2)代数法:用待定系数法先设出圆的方程,再由条件求得各系数,从而求得圆的方程,一般采用待定系数法.
考点三 直线与圆、圆与圆的位置关系
1.判断直线与圆的位置关系的方法
(1)代数法:将圆的方程和直线的方程联立起来组成方程组,利用判别式Δ来讨论位置关系:Δ>0⇔相交;Δ=0⇔相切;Δ<0⇔相离.
(2)几何法:把圆心到直线的距离d和半径r的大小加以比较:d
2.与圆的切线有关的结论
(1)过圆x2+y2=r2上一点P(x0,y0)的切线方程为x0x+y0y=r2.
(2)过圆(x-a)2+(y-b)2=r2上一点P(x0,y0)的切线方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
(3)过圆x2+y2=r2外一点P(x0,y0)作圆的两条切线,切点为A,B,则过A、B两点的直线方程为x0x+y0y=r2.
[解析] (1)由题意知:圆心坐标为(0,0),半径为2,则△AOB的边长为2,所以△AOB的高为,即圆心到直线x-y-a=0的距离为,所以=,解得a=±,故选B.
(2)当直线斜率不存在时,明显满足题意,此时直线l的方程为x=1.当直线斜率存在时,可设直线l的方程为y-5=k(x-1),再由圆心到直线的距离等于半径,得=2,解得k=-,所以直线l的方程为4x+3y-19=0.
综上所述,直线l的方程为x=1或4x+3y-19=0.
(3)直线l的方程为y=kx+1,圆心C(2,3)到直线l的距离d==,
由R2=d2+2
得1=+,
解得k=2或,
所以直线l的方程为y=2x+1或y=x+1.
[答案] (1)B (2)x=1或4x+3y-19=0 (3)y=2x+1或y=x+1
[探究追问1] 在本例(3)中若把条件“|MN|=”,改为·=12,其中O为坐标原点,则|MN|=________.
[解析] 设M(x1,y1),N(x2,y2),
由题意得直线l的方程为y=kx+1,
代入方程(x-2)2+(y-3)2=1,
整理得(1+k2)x2-4(1+k)x+7=0,
所以x1+x2=,x1x2=,
·=x1x2+y1y2=(1+k2)x1x2+k(x1+x2)+1=+8,
由题设可知+8=12,解得k=1,
所以直线l的方程为y=x+1,
故圆心C在直线l上,所以|MN|=2.
[答案] 2
[探究追问2] 在本例(3)中若圆C的方程不变,且过点A(0,1)且斜率为k的直线l上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,则k的取值范围是________.
[解析] 由题意知直线l的方程为y=kx+1,要使直线l上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,只需直线l与圆C′:(x-2)2+(y-3)2=4有公共点,所以≤2,即≤2,解得k≥0.
[答案] [0,+∞)
直线(圆)与圆的位置关系的解题思路
(1)讨论直线与圆及圆与圆的位置关系时,要注意数形结合,充分利用圆的几何性质寻找解题途径,减少运算量.
(2)直线与圆相切时利用“切线与过切点的半径垂直,圆心到切线的距离等于半径”建立切线斜率的等式,求切线方程主要选择点斜式.
(3)弦长用圆的半径和圆心到直线的距离表示,l=2(其中l为弦长,r为圆的半径,d为圆心到直线的距离).
[对点训练]
1.(2018·福建福州一模)已知圆O:x2+y2=4上到直线l:x+y=a的距离等于1的点至少有2个,则a的取值范围为( )
A.(-3,3)
B.(-∞,-3)∪(3,+∞)
C.(-2,2)
D.[-3,3]
[解析] 由圆的方程可知圆心为O(0,0),半径为2,因为圆上的点到直线l的距离等于1的点至少有2个,所以圆心到直线l的距离d
2.已知圆C1:x2+y2-2x+10y-24=0和圆C2:x2+y2+2x+2y-8=0,则两圆的公共弦长为________.
[解析] 联立两圆的方程得
两式相减整理得x-2y+4=0,即为两圆公共弦所在直线的方程.
解法一:设两圆相交于点A,B,
则A,B两点的坐标满足方程组
解得或
所以|AB|==2,
即公共弦长为2.
解法二:由x2+y2-2x+10y-24=0,
得圆心坐标为(1,-5),半径r=5.
圆心到直线x-2y+4=0的距离d==3,
设两圆的公共弦长为l,
由r2=d2+2,
得l=2=2=2,
即两圆的公共弦长为2.
[答案] 2
1.(2016·全国卷Ⅱ)圆x2+y2-2x-8y+13=0的圆心到直线ax+y-1=0的距离为1,则a=( )
A.- B.- C. D.2
[解析] 由已知可得圆的标准方程为(x-1)2+(y-4)2=4,故该圆的圆心为(1,4),由点到直线的距离公式得d==1,解得a=-,故选A.
[答案] A
2.(2018·全国卷Ⅲ)直线x+y+2=0分别与x轴,y轴交于A,B两点,点P在圆(x-2)2+y2=2上,则△ABP面积的取值范围是( )
A.[2,6] B.[4,8]
C.[,3] D.[2,3]
[解析] 由圆(x-2)2+y2=2可得圆心坐标为(2,0),半径r=,△ABP的面积记为S,点P到直线AB的距离记为d,则有S=|AB|·d,易知|AB|=2,dmax=+=3,dmin=-=,所以2≤S≤6,故选A.
[答案] A
3.(2018·北京卷)在平面直角坐标系中,记d为点P(cosθ,sinθ)到直线x-my-2=0的距离.当θ,m变化时,d的最大值为( )
A.1 B.2 C.3 D.4
[解析] 解法一:由点到直线的距离公式得d=
,cosθ-msinθ=
,
令sinα=,cosα=,
∴cosθ-msinθ=sin(α-θ),∴d≤==1+,
∴当m=0时,dmax=3,故选C.
解法二:∵cos2θ+sin2θ=1,∴P点的轨迹是以原点为圆心的单位圆,
又x-my-2=0表示过点(2,0)且斜率不为0的直线,
如图,可得点(-1,0)到直线x=2的距离即为d的最大值,故选C.
[答案] C
4.(2018·江苏卷)在平面直角坐标系xOy中,A为直线l:y=2x上在第一象限内的点,B(5,0),以AB为直径的圆C与直线l交于另一点D.若·=0,则点A的横坐标为________.
[解析]
由题意易得∠BAD=45°.
设直线DB的倾斜角为θ,则tanθ=-,
∴tan∠ABO=-tan(θ-45°)=3,
∴kAB=-tan∠ABO=-3.
∴AB的方程为y=-3(x-5),
由得xA=3.
[答案] 3
5.(2016·全国卷Ⅲ)已知直线l:mx+y+3m-=0与圆x2+y2=12交于A,B两点,过A,B分别作l的垂线与x轴交于C,D两点.若|AB|=2,则|CD|=________.
[解析]
由题意可知直线l过定点(-3,),该定点在圆x2+y2=12上,不妨设点A(-3,),由于|AB|=2,r=2,所以圆心到直线AB的距离为d
==3,又由点到直线的距离公式可得d=,∴=3,
解得m=-,所以直线l的斜率k=-m=,即直线l的倾斜角为30°.如图,过点C作CH⊥BD,垂足为H,所以|CH|=2,在Rt△CHD中,∠HCD=30°,所以|CD|==4.
[答案] 4
1.近两年圆的方程成为高考全国课标卷命题的热点,需重点关注.此类试题难度中等偏下,多以选择题或填空题形式考查.
2.直线与圆的方程偶尔单独命题,单独命题时有一定的深度,有时也会出现在压轴题的位置,难度较大,对直线与圆的方程(特别是直线)的考查主要体现在圆锥曲线的综合问题上.
热点课题14 与圆有关的最值问题
[感悟体验]
1.(2018·厦门模拟)已知圆C1:(x-2)2+(y-3)2=1,圆C2:(x-3)2+(y-4)2=9,M,N分别是圆C1,C2上的动点,P为x轴上的动点,则|PM|+|PN|的最小值为( )
A.5-4 B.-1 C.6-2 D.
[解析] 两圆的圆心均在第一象限,先求|PC1|+|PC2|的最小值,作点C1关于x轴的对称点C′1(2,-3),则
(|PC1|+|PC2|)min=|C′1C2|=5,所以(|PM|+
|PN|)min=5-(1+3)=5-4,故选A.
[答案] A
2.(2018·宁夏银川一中检测)过点M(1,2)的直线l与圆C:(x-3)2+(y-4)2=25交于A,B两点,C为圆心,当∠ACB最小时,直线l的方程是________________.
[解析] 验证得M(1,2)在圆内,当∠ACB最小时,直线l与CM垂直,又圆心为(3,4),则kCM==1,则kl=-1,故直线l的方程为y-2=-(x-1),整理得x+y-3=0.
[答案] x+y-3=0
专题跟踪训练(二十四)
一、选择题
1.(2018·合肥检测)直线x+(a2+1)y+1=0的倾斜角的取值范围是( )
A. B.
C.∪ D.∪
[解析] 由直线方程可得该直线的斜率为-,又-1≤-<0,所以倾斜角的取值范围是,故选B.
[答案] B
2.(2018·沈阳质量监测)已知直线l过圆x2+(y-3)2=4的圆心,且与直线x+y+1=0垂直,则直线l的方程为( )
A.x+y-2=0 B.x-y+2=0
C.x+y-3=0 D.x-y+3=0
[解析] 由已知得,圆心为(0,3),所求直线的斜率为1,由直线方程的斜截式得,y=x+3,即x-y+3=0,故选D.
[答案] D
3.(2018·河北五个一联盟联考)已知直线l1:mx-2y+1=0,l2:x-(m-1)y-1=0,则“m=2”是l1平行于l2的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充分必要条件
D.既不充分也不必要条件
[解析] 当m=2时,直线l1:2x-2y+1=0,直线l2:x-y-1=0,此时直线l1与l2平行,所以充分性成立;当l1∥l2时,-m(m-1)+2=0,即m2-m-2=0,∴m=2或m=-1,经检验m=-1时,直线l1与直线l2重合,故l1∥l2时,m=2,故必要性成立.综上,“m=2\”是l1平行于l2的充分必要条件,故选C.
[答案] C
4.(2018·陕西西安高三质检)圆:x2+y2-2x-2y+1=0上的点到直线x-y=2距离的最大值是( )
A.1+ B.2
C.1+ D.2+2
[解析] 将圆的方程化为(x-1)2+(y-1)2=1,即圆心坐标为(1,1),半径为1,则圆心到直线x-y=2的距离d==,故圆上的点到直线x-y=2距离的最大值为1+d=1+,故选A.
[答案] A
5.(2018·宁夏银川质检)已知圆C1:x2+y2=4,圆C2:x2+y2+6x-8y+16=0,则圆C1与圆C2的位置关系是( )
A.相离 B.外切 C.相交 D.内切
[解析] 易知圆C2的标准方程为(x+3)2+(y-4)2=9,则圆C1与C2的圆心的距离为=5,又两圆半径之和为2+3=5,所以圆C1与圆C2外切,故选B.
[答案] B
6.(2018·辽宁第一次质量监测)已知直线l:y=k(x+)和圆C:x2+(y-1)2=1,若直线l与圆C相切,则k=( )
A.0 B. C.或0 D.或0
[解析] 因为直线l与圆C相切,所以圆心C到直线l的距离d==1,即|-1+k|=,解得k=0或k=,故选D.
[答案] D
7.(2018·长春二检)圆(x-2)2+y2=4关于直线y=x对称的圆的方程是( )
A.(x-)2+(y-1)2=4
B.(x-)2+(y-)2=4
C.x2+(y-2)2=4
D.(x-1)2+(y-)2=4
[解析] 解法一:圆与圆关于直线对称,则圆的半径相同,只需圆心关于直线对称即可.
设所求圆的圆心坐标为(a,b),则解得所以圆(x-2)2+y2=4的圆心关于直线y=x对称的点的坐标为(1,),从而所求圆的方程为(x-1)2+(y-)2=4,故选D.
解法二:由于两圆关于直线对称,因此两圆心的连线必与该直线垂直,则两圆心连线的斜率为-,备选项中只有选项D中的圆心与已知圆的圆心连线的斜率为-,故选D.
[答案] D
8.已知直线2x+(y-3)m-4=0(m∈R)恒过定点P,若点P平分圆x2+y2-2x-4y-4=0的弦MN,则弦MN所在直线的方程是( )
A.x+y-5=0 B.x+y-3=0
C.x-y-1=0 D.x-y+1=0
[解析] 对于直线方程2x+(y-3)m-4=0(m∈R),取y=3,则必有x=2,所以该直线恒过定点P(2,3).
设圆心是C,则易知C(1,2),
所以kCP==1,
由垂径定理知CP⊥MN,所以kMN=-1.
又弦MN过点P(2,3),
故弦MN所在直线的方程为y-3=-(x-2).
即x+y-5=0,故选A.
[答案] A
9.(2018·福州质检)过点P(1,-2)作圆C:(x-1)2+y2=1的两条切线,切点分别为A,B,则AB所在直线的方程为( )
A.y=- B.y=-
C.y=- D.y=-
[解析] 圆(x-1)2+y2=1的圆心为C(1,0),半径为1,以|PC|==2为直径的圆的方程为(x-1)2+(y+1)2=1,将两圆的方程相减得AB所在直线的方程为2y+1=0,即y=-,故选B.
[答案] B
10.(2018·河南名校第二次联考)已知m,n,a,b∈R,且满足3m+4n=6,3a+4b=1,则的最小值为( )
A. B. C.1 D.
[解析] 此题可理解为点A(m,n)和点B(a,b)分别在直线l1:3x+4y=6与l2:3x+4y=1上,求A、B两点距离的最小值,|AB|=,因为l1∥l2,所以|AB|min==1,故选C.
[答案] C
11.(2018·四川成都二模)已知直线l的方程是y=k(x-1)-2,若点P(-3,0)在直线l上的射影为H,O为坐标原点,则|OH|的最大值是( )
A.5+ B.3+2
C.+ D.+3
[解析] 因为直线l的方程是y=k(x-1)-2,所以直线l过定点M(1,-2).则点P(-3,0)在直线l上的射影H在以PM为直径的圆上.
|PM|==2,
线段PM的中点即圆心C(-1,-1),则|OC|=.
因此,当O,C,H三点共线时,|OH|取得最大值=+,故选C.
[答案] C
12.(2018·安徽芜湖六校联考)在平面直角坐标系xOy中,点A(0,3),直线l:y=2x-4,设圆C的半径为1,圆心在l上.若圆C上存在点M,使MA=2MO,则圆心C的横坐标a的取值范围是( )
A. B.[0,1]
C. D.
[解析] 因为圆心在直线y=2x-4上,
所以圆C的方程为(x-a)2+[y-2(a-2)]2=1.
设点M(x,y),因为MA=2MO,所以=2,化简得x2+y2+2y-3=0,即x2+(y+1)2=4,
所以点M在以D(0,-1)为圆心,2为半径的圆上.
由题意,点M(x,y)在圆C上,所以圆C与圆D有公共点,则|2-1|≤CD≤2+1,即1≤≤3.
由≥1得5a2-12a+8≥0,解得a∈R;
由≤3得5a2-12a≤0,解得0≤a≤.
所以点C的横坐标a的取值范围为,故选A.
[答案] A
二、填空题
13.若点P(1,2)在以坐标原点为圆心的圆上,则该圆在点P处的切线方程为__________________.
[解析] 由题意,得kOP==2,则该圆在点P处的切线方程的斜率为-,所以所求切线方程为y-2=-(x-1),即x+2y-5=0.
[答案] x+2y-5=0
14.若圆C1:x2+y2=1与圆C2:x2+y2-6x-8y+m=0外切,则实数m的值为________.
[解析] 因为圆C2:(x-3)2+(y-4)2=25-m,又因为圆C1与圆C2外切,所以+1=5,解得m=9.
[答案] 9
15.(2018·衡水中学模拟)已知直线ax+y-1=0与圆C:(x-1)2+(y+a)2=1相交于A,B两点,且△ABC为等腰直角三角形,则实数a的值为________.
[解析] 因为△ABC是等腰直角三角形,所以圆心C(1,-a)到直线ax+y-1=0的距离d=rsin45°=,即d==,所以a=±1.
[答案] ±1
16.(2018·南宁测试)过动点M作圆:(x-2)2+(y-2)2=1的切线MN,其中N为切点,若|MN|=|MO|(O为坐标原点),则|MN|的最小值是________.
[解析] 解法一:由题意知圆的圆心为(2,2),半径为1.设M(x,y),则|MO|=,|MN|=.由|MN|=|MO|,得4x+4y-7=0,即y=-x,所以|MN|=|MO|=== = ,当x=时,|MN|取得最小值=.
解法二:由题意知圆的圆心为(2,2),半径为1.设M(x,y),则|MO|=,
|MN|=.由|MN|=|MO|,得4x+4y-7=0,即点M的轨迹为4x+4y-7=0,则由题意知,要使|MN|取得最小值,即|MO|取得最小值,此时|MO|的最小值就是原点到直线4x+4y-7=0的距离,即=,故|MN|的最小值为.
[答案]
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