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1、2022年高考數(shù)學(xué)一輪總復(fù)習(xí) 8.3 圓的方程教案 理 新人教A版
典例精析
題型一 求圓的方程
【例1】求經(jīng)過兩點(diǎn)A(-1,4),B(3,2)且圓心在y軸上的圓的方程.
【解析】方法一:設(shè)圓的方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0,則圓心為(-,-),
由已知得即
解得 D=0,E=-2,F(xiàn)=-9,所求圓的方程為x2+y2-2y-9=0.
方法二:經(jīng)過A(-1,4),B(3,2)的圓,其圓心在線段AB的垂直平分線上,
AB的垂直平分線方程為y-3=2(x-1),即y=2x+1.
令x=0,y=1,圓心為(0,1),r== ,
圓的方程為x2+(y-1)2=10.
【
2、點(diǎn)撥】圓的標(biāo)準(zhǔn)方程或一般方程都有三個(gè)參數(shù),只要求出a、b、r或D、E、F,則圓的方程確定,所以確定圓的方程需要三個(gè)獨(dú)立條件.
【變式訓(xùn)練1】已知一圓過P(4,-2)、Q(-1,3)兩點(diǎn),且在y軸上截得的線段長(zhǎng)為4,求圓的方程.
【解析】設(shè)圓的方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0,①
將P、Q兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別代入①得
令x=0,由①得y2+Ey+F=0,④
由已知|y1-y2|=4,其中y1、y2是方程④的兩根.
所以(y1-y2)2=(y1+y2)2-4y1y2=E2-4F=48,⑤
解②、③、⑤組成的方程組,得
D=-2,E=0,F(xiàn)=-12或D=-10,E=-8,F(xiàn)=4,
3、
故所求圓的方程為x2+y2-2x-12=0或x2+y2-10x-8y+4=0.
題型二 與圓有關(guān)的最值問題
【例2】若實(shí)數(shù)x,y滿足(x-2)2+y2=3.求:
(1)的最大值和最小值;
(2)y-x的最小值;
(3)(x-4)2+(y-3)2的最大值和最小值.
【解析】(1)=,即連接圓上一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的直線的斜率,因此的最值為過原點(diǎn)的直線與圓相切時(shí)該直線的斜率,設(shè)=k,y=kx,kx-y=0.
由=,得k=±,所以的最大值為,的最小值為-.
(2)令x-2=cos α,y=sin α,α∈[0,2π).
所以y-x=sin α-cos α-2=sin(α-)-2,
當(dāng)
4、sin(α-)=-1時(shí),y-x的最小值為--2.
(3)(x-4)2+(y-3)2是圓上點(diǎn)與點(diǎn)(4,3)的距離的平方,因?yàn)閳A心為A(2,0),B(4,3),
連接AB交圓于C,延長(zhǎng)BA交圓于D.
|AB|==,則|BC|=-,|BD|=+,
所以(x-4)2+(y-3)2的最大值為(+)2,最小值為(-)2.
【點(diǎn)撥】涉及與圓有關(guān)的最值問題,可借助圖形性質(zhì),利用數(shù)形結(jié)合求解,一般地:①形如U=形式的最值問題,可轉(zhuǎn)化為動(dòng)直線斜率的最值問題;②形如(x-a)2+(y-b)2形式的最值問題,可轉(zhuǎn)化為圓心已定的動(dòng)圓半徑的最值問題.
【變式訓(xùn)練2】已知實(shí)數(shù)x,y滿足x2+y2=3(y≥0).
5、試求m=及b=2x+y的取值范圍.
【解析】如圖,m可看作半圓x2+y2=3(y≥0)上的點(diǎn)與定點(diǎn)A(-3,-1)連線的斜率,b可以看作過半圓x2+y2=3(y≥0)上的點(diǎn)且斜率為-2的直線的縱截距.
由圖易得≤m≤,-2≤b≤.
題型三 圓的方程的應(yīng)用
【例3】在平面直角坐標(biāo)系xOy中,二次函數(shù)f(x)=x2+2x+b(x∈R)與兩坐標(biāo)軸有三個(gè)交點(diǎn),經(jīng)過三個(gè)交點(diǎn)的圓記為C.
(1)求實(shí)數(shù)b的取值范圍;
(2)求圓C的方程;
(3)問圓C是否經(jīng)過定點(diǎn)(其坐標(biāo)與b無關(guān))?請(qǐng)證明你的結(jié)論.
【解析】(1)令x=0,得拋物線與y軸交點(diǎn)是(0,b),
由題意b≠0,且Δ>0,解得
6、b<1且b≠0.
(2)設(shè)所求圓的一般方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0,
令y=0,得x2+Dx+F=0,這與x2+2x+b=0是同一個(gè)方程,故D=2,F(xiàn)=b.
令x=0,得y2+Ey+F=0,此方程有一個(gè)根為b,代入得出E=-b-1.
所以圓C的方程為x2+y2+2x-(b+1)y+b=0.
(3)圓C必過定點(diǎn),證明如下:
假設(shè)圓C過定點(diǎn)(x0,y0)(x0,y0不依賴于b),將該點(diǎn)的坐標(biāo)代入圓C的方程,
并變形為x+y+2x0-y0+b(1-y0)=0,(*)
為使(*)式對(duì)所有滿足b<1(b≠0)的b都成立,必須有1-y0=0,
結(jié)合(*)式得x+y+2x0-y0=
7、0,
解得或
經(jīng)檢驗(yàn)知,點(diǎn)(0,1),(-2,1)均在圓C上,因此圓C過定點(diǎn).
【點(diǎn)撥】本題(2)的解答用到了代數(shù)法求過三點(diǎn)的圓的方程,體現(xiàn)了設(shè)而不求的思想.(3)的解答同樣運(yùn)用了代數(shù)的恒等思想,同時(shí)問題體現(xiàn)了較強(qiáng)的探究性.
【變式訓(xùn)練3】(xx安徽)動(dòng)點(diǎn)A(x,y)在圓x2+y2=1上繞坐標(biāo)原點(diǎn)沿逆時(shí)針方向勻速旋轉(zhuǎn),12秒旋轉(zhuǎn)一周.已知時(shí)間t=0時(shí),點(diǎn)A的坐標(biāo)是(,),則當(dāng)0≤t≤12時(shí),動(dòng)點(diǎn)A的縱坐標(biāo)y關(guān)于t(單位:秒)的函數(shù)的單調(diào)遞增區(qū)間是( )
A.[0,1] B.[1,7] C.[7,12] D.[ 0,1]和[7,12]
【解析】選D.由題意知角速度為=,故可得y=sin(t+),0≤t≤12,
≤t+≤或π≤t+≤π,所以0≤t≤1或7≤t≤12.
所以單調(diào)遞增區(qū)間為[0,1]和[7,12].
總結(jié)提高
1.確定圓的方程需要三個(gè)獨(dú)立條件,“選標(biāo)準(zhǔn),定參數(shù)”是解題的基本方法.一般來講,條件涉及圓上的多個(gè)點(diǎn),可選擇一般方程;條件涉及圓心和半徑,可選圓的標(biāo)準(zhǔn)方程.
2.解決與圓有關(guān)的問題,應(yīng)充分運(yùn)用圓的幾何性質(zhì)幫助解題.解決與圓有關(guān)的最值問題時(shí),可根據(jù)代數(shù)式子的幾何意義,借助于平面幾何知識(shí),數(shù)形結(jié)合解決.也可以利用圓的參數(shù)方程解決最值問題.