(浙江專用)2022高考數(shù)學二輪復習 專題四 解析幾何 第1講 直線與圓學案
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1、(浙江專用)2022高考數(shù)學二輪復習 專題四 解析幾何 第1講 直線與圓學案 [考情考向分析] 考查重點是直線間的平行和垂直的條件、與距離有關的問題、直線與圓的位置關系(特別是弦長問題).此類問題難度屬于中低檔,一般以選擇題、填空題的形式出現(xiàn). 熱點一 直線的方程及應用 1.兩條直線平行與垂直的判定 若兩條不重合的直線l1,l2的斜率k1,k2存在,則l1∥l2?k1=k2,l1⊥l2?k1k2=-1.若給出的直線方程中存在字母系數(shù),則要考慮斜率是否存在. 2.求直線方程 要注意幾種直線方程的局限性.點斜式、斜截式方程要求直線不能與x軸垂直,兩點式不能表示與坐標軸垂直的直線,而
2、截距式方程不能表示過原點的直線,也不能表示垂直于坐標軸的直線. 3.兩個距離公式 (1)兩平行直線l1:Ax+By+C1=0, l2:Ax+By+C2=0間的距離d=(A2+B2≠0). (2)點(x0,y0)到直線l:Ax+By+C=0的距離公式d=(A2+B2≠0). 例1 (1)已知直線l1:x·sin α+y-1=0,直線l2:x-3y·cos α+1=0,若l1⊥l2,則sin 2α等于( ) A. B.± C.- D. 答案 D 解析 因為l1⊥l2,所以sin α-3cos α=0, 所以tan α=3, 所以sin 2α=2sin αcos α=
3、==. (2)在平面直角坐標系xOy中,直線l1:kx-y+2=0與直線l2:x+ky-2=0相交于點P,則當實數(shù)k變化時,點P到直線x-y-4=0的距離的最大值為________. 答案 3 解析 由題意得,當k≠0時,直線l1:kx-y+2=0的斜率為k,且經(jīng)過點A(0,2),直線l2:x+ky-2=0的斜率為-,且經(jīng)過點B(2,0),且直線l1⊥l2,所以點P落在以AB為直徑的圓C上,其中圓心坐標為C(1,1),半徑為r=, 由圓心到直線x-y-4=0的距離為d==2, 所以點P到直線x-y-4=0的最大距離為 d+r=2+=3. 當k=0時,l1⊥l2,此時點P(2,2)
4、. 點P到直線x-y-4=0的距離d==2. 綜上,點P到直線x-y-4=0的距離的最大值為3. 思維升華 (1)求解兩條直線的平行或垂直問題時要考慮斜率不存在的情況. (2)對解題中可能出現(xiàn)的特殊情況,可用數(shù)形結合的方法分析研究. 跟蹤演練1 (1)直線ax+(a-1)y+1=0與直線4x+ay-2=0互相平行,則實數(shù)a=________. 答案 2 解析 當a≠0時,=≠, 解得a=2. 當a=0時,兩直線顯然不平行.故a=2. (2)圓x2+y2-2x-4y+3=0的圓心到直線x-ay+1=0的距離為2,則a等于( ) A.-1 B.0 C.1 D.2
5、答案 B 解析 因為(x-1)2+2=2, 所以=2,所以a=0. 熱點二 圓的方程及應用 1.圓的標準方程 當圓心為(a,b),半徑為r時,其標準方程為(x-a)2+(y-b)2=r2,特別地,當圓心在原點時,方程為x2+y2=r2. 2.圓的一般方程 x2+y2+Dx+Ey+F=0,其中D2+E2-4F>0,表示以為圓心,為半徑的圓. 例2 (1)圓心為(2,0)的圓C與圓x2+y2+4x-6y+4=0相外切,則C的方程為( ) A.x2+y2+4x+2=0 B.x2+y2-4x+2=0 C.x2+y2+4x=0 D.x2+y2-4x=0 答案 D 解析 圓x
6、2+y2+4x-6y+4=0, 即(x+2)2+(y-3)2=9, 圓心為(-2,3),半徑為3. 設圓C的半徑為r. 由兩圓外切知,圓心距為=5=3+r, 所以r=2. 故圓C的方程為(x-2)2+y2=4, 展開得x2+y2-4x=0. (2)已知圓M與直線3x-4y=0及3x-4y+10=0都相切,圓心在直線y=-x-4上,則圓M的方程為( ) A.2+(y-1)2=1 B.2+2=1 C.2+2=1 D.2+(y-1)2=1 答案 C 解析 到兩直線3x-4y=0及3x-4y+10=0的距離都相等的直線方程為3x-4y+5=0,聯(lián)立方程組解得兩平行線之間的
7、距離為2,所以半徑為1,從而圓M的方程為2+2=1.故選C. 思維升華 解決與圓有關的問題一般有兩種方法 (1)幾何法:通過研究圓的性質(zhì)、直線與圓、圓與圓的位置關系,進而求得圓的基本量和方程. (2)代數(shù)法:即用待定系數(shù)法先設出圓的方程,再由條件求得各系數(shù). 跟蹤演練2 (1)(2016·浙江)已知a∈R,方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圓,則圓心坐標是________,半徑是________. 答案 (-2,-4) 5 解析 由已知方程表示圓,則a2=a+2, 解得a=2或a=-1. 當a=2時,方程不滿足表示圓的條件,故舍去. 當a=-1時,原方程為
8、x2+y2+4x+8y-5=0, 化為標準方程為(x+2)2+(y+4)2=25, 表示以(-2,-4)為圓心,5為半徑的圓. (2)(2018·天津)在平面直角坐標系中,經(jīng)過三點(0,0),(1,1),(2,0)的圓的方程為____________. 答案 x2+y2-2x=0 解析 方法一 設圓的方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0. ∵圓經(jīng)過點(0,0),(1,1),(2,0), ∴解得 ∴圓的方程為x2+y2-2x=0. 方法二 畫出示意圖如圖所示, 則△OAB為等腰直角三角形, 故所求圓的圓心為(1,0),半徑為1, ∴所求圓的方程為(x-1)2+y2=1
9、,
即x2+y2-2x=0.
熱點三 直線與圓、圓與圓的位置關系
1.直線與圓的位置關系:相交、相切和相離,判斷的方法主要有點線距離法和判別式法.
(1)點線距離法:設圓心到直線的距離為d,圓的半徑為r,則d
10、1)2+(y-b1)2=r,圓C2:(x-a2)2+(y-b2)2=r,兩圓心之間的距離為d,則圓與圓的五種位置關系的判斷方法如下:
(1)d>r1+r2?兩圓外離.
(2)d=r1+r2?兩圓外切.
(3)|r1-r2|
11、1, 故兩圓外離. (2)(2018·湖州、衢州、麗水三地市模擬)若c∈R,則“c=4”是“直線3x+4y+c=0與圓x2+y2+2x-2y+1=0相切”的( ) A.充分不必要條件 B.必要不充分條件 C.充要條件 D.既不充分也不必要條件 答案 A 解析 將圓的方程化為標準方程,得(x+1)2+(y-1)2=1,若直線與圓相切,則有=1,解得c=4或c=-6,所以“c=4”是“直線3x+4y+c=0與圓x2+y2+2x-2y+1=0相切”的充分不必要條件,故選A. 思維升華 (1)討論直線與圓及圓與圓的位置關系時,要注意數(shù)形結合,充分利用圓的幾何性質(zhì)尋找解題途徑,減少運
12、算量. (2)圓上的點與圓外點的距離的最值問題,可以轉化為圓心到點的距離問題;圓上的點與直線上點的距離的最值問題,可以轉化為圓心到直線的距離問題;圓上的點與另一圓上點的距離的最值問題,可以轉化為圓心到圓心的距離問題. 跟蹤演練3 (1)已知直線y=ax與圓C:x2+y2-2ax-2y+2=0交于兩點A,B,且△CAB為等邊三角形,則圓C的面積為________. 答案 6π 解析 圓C化為(x-a)2+(y-1)2=a2-1, 且圓心C(a,1),半徑R=(a2>1). ∵直線y=ax與圓C相交,且△ABC為等邊三角形, ∴圓心C到直線ax-y=0的距離為 Rsin 60°=×
13、, 即d==. 解得a2=7. ∴圓C的面積為πR2=π(7-1)=6π. (2)如果圓(x-a)2+(y-a)2=8上總存在到原點的距離為的點,則實數(shù)a的取值范圍是( ) A.(-3,-1)∪(1,3) B.(-3,3) C.[1,1] D.[-3,-1]∪[1,3] 答案 D 解析 圓心(a,a)到原點的距離為|a|,半徑r=2,圓上的點到原點的距離為d.因為圓(x-a)2+(y-a)2=8上總存在到原點的距離為的點,則圓(x-a)2+(y-a)2=8與圓x2+y2=2有公共點,r′=,所以r-r′≤|a|≤r+r′,即1≤|a|≤3,解得1≤a≤3或-3≤a≤-1,
14、所以實數(shù)a的取值范圍是[-3,-1]∪[1,3]. 真題體驗 1.(2016·山東改編)已知圓M:x2+y2-2ay=0(a>0)截直線x+y=0所得線段的長度是2,則圓M與圓N:(x-1)2+(y-1)2=1的位置關系是________. 答案 相交 解析 ∵圓M:x2+(y-a)2=a2, ∴圓心坐標為M(0,a),半徑r1=a, 圓心M到直線x+y=0的距離d=, 由幾何知識得2+()2=a2,解得a=2. ∴M(0,2),r1=2. 又圓N的圓心坐標為N(1,1),半徑r2=1, ∴|MN|==. 又r1+r2=3,r1-r2=1, ∴r1-r2<|MN|<
15、r1+r2,∴兩圓相交. 2.(2016·上海)已知平行直線l1:2x+y-1=0,l2:2x+y+1=0,則l1,l2的距離是________. 答案 3.(2018·全國Ⅰ)直線y=x+1與圓x2+y2+2y-3=0交于A,B兩點,則|AB|=________. 答案 2 解析 由x2+y2+2y-3=0,得x2+(y+1)2=4. ∴圓心C(0,-1),半徑r=2. 圓心C(0,-1)到直線x-y+1=0的距離d==, ∴|AB|=2=2=2. 4.(2018·全國Ⅲ改編)直線x+y+2=0分別與x軸,y軸交于A,B兩點,點P在圓(x-2)2+y2=2上,則△ABP面
16、積的取值范圍是________. 答案 [2,6] 解析 設圓(x-2)2+y2=2的圓心為C,半徑為r,點P到直線x+y+2=0的距離為d,則圓心C(2,0),r=,所以圓心C到直線x+y+2=0的距離為2,可得dmax=2+r=3,dmin=2-r=.由已知條件可得|AB|=2,所以△ABP面積的最大值為|AB|·dmax=6,△ABP面積的最小值為|AB|·dmin=2. 綜上,△ABP面積的取值范圍是[2,6]. 押題預測 1.已知圓C關于y軸對稱,經(jīng)過點(1,0)且被x軸分成的兩段弧長比為1∶2,則圓C的方程為( ) A.2+y2= B.2+y2= C.x2+2=
17、 D.x2+2= 押題依據(jù) 直線和圓的方程是高考的必考點,經(jīng)常以選擇題、填空題的形式出現(xiàn),利用幾何法求圓的方程也是數(shù)形結合思想的應用. 答案 C 解析 由已知得圓心在y軸上,且被x軸所分劣弧所對的圓心角為.設圓心坐標為(0,a),半徑為r, 則rsin=1,rcos=|a|,解得r=, 即r2=,|a|=,即a=±, 故圓C的方程為x2+2=. 2.設m,n為正實數(shù),若直線(m+1)x+(n+1)y-4=0與圓x2+y2-4x-4y+4=0相切,則mn( ) A.有最小值1+,無最大值 B.有最小值3+2,無最大值 C.有最大值3+2,無最小值 D.有最小值3-2,最大
18、值3+2 押題依據(jù) 直線與圓的位置關系是高考命題的熱點,本題與基本不等式結合考查,靈活新穎,加之直線與圓的位置關系本身承載著不等關系,因此此類題在高考中出現(xiàn)的可能性很大. 答案 B 解析 由直線(m+1)x+(n+1)y-4=0與圓(x-2)2+(y-2)2=4相切,可得=2,整理得m+n+1=mn.由m,n為正實數(shù)可知,m+n≥2(當且僅當m=n時取等號),令t=,則2t+1≤t2,因為t>0,所以t≥1+,所以mn≥3+2.故mn有最小值3+2,無最大值.故選B. 3.若圓x2+y2=4與圓x2+y2+ax+2ay-9=0(a>0)相交,公共弦的長為2,則a=________.
19、押題依據(jù) 本題已知公共弦長,求參數(shù)的范圍,情境新穎,符合高考命題的思路. 答案 解析 聯(lián)立兩圓方程 可得公共弦所在直線方程為ax+2ay-5=0, 故圓心(0,0)到直線ax+2ay-5=0的距離為 =(a>0). 故2=2,解得a2=, 因為a>0,所以a=. A組 專題通關 1.若<α<2π,則直線+=1必不經(jīng)過( ) A.第一象限 B.第二象限 C.第三象限 D.第四象限 答案 B 解析 令x=0,得y=sin α<0,令y=0,得x=cos α>0,直線過(0,sin α),(cos α,0)兩點,因而直線不過第二象限. 2.設直線l1:x-
20、2y+1=0與直線l2:mx+y+3=0的交點為A,P,Q分別為l1,l2上任意兩點,點M為P,Q的中點,若|AM|=|PQ|,則m的值為( ) A.2 B.-2 C.3 D.-3 答案 A 解析 根據(jù)題意畫出圖形,如圖所示. 直線l1:x-2y+1=0 與直線l2:mx+y+3=0 的交點為A,M 為PQ 的中點, 若|AM|=|PQ|, 則PA⊥QA, 即l1⊥l2,∴1×m+(-2)×1=0,解得m=2. 3.(2018·浙江省溫州六校協(xié)作體聯(lián)考)直線x+ay+2=0與圓x2+y2=1相切,則a的值為( ) A. B.- C.± D.± 答
21、案 D 解析 因為直線x+ay+2=0與圓x2+y2=1相切,所以圓心(0,0)到直線x+ay+2=0的距離等于圓的半徑,即=1,解得a=±,故選D. 4.與直線x-y-4=0和圓x2+y2+2x-2y=0都相切的半徑最小的圓的方程是( ) A.(x+1)2+2=2 B.(x-1)2+2=4 C.(x-1)2+2=2 D.(x+1)2+2=4 答案 C 解析 圓x2+y2+2x-2y=0的圓心為(-1,1),半徑為,過圓心(-1,1)與直線x-y-4=0垂直的直線方程為x+y=0,所求的圓心在此直線上,又圓心(-1,1)到直線x-y-4=0的距離為=3,則所求圓的半徑為,設所
22、求圓心為(a,b),且圓心在直線x-y-4=0的左上方,則=,且a+b=0,解得a=1,b=-1(a=3,b=-3不符合半徑最小,舍去),故所求圓的方程為(x-1)2+2=2. 5.已知點P是直線l:x+y-b=0上的動點,由點P向圓O:x2+y2=1引切線,切點分別為M,N,且∠MPN=90°,若滿足以上條件的點P有且只有一個,則b等于( ) A.2 B.±2 C. D.± 答案 B 解析 由題意得∠PMO=∠PNO=∠MON=90°,|MO|=|ON|=1, ∴四邊形PMON是正方形, ∴|PO|=, ∵滿足以上條件的點P有且只有一個, ∴OP垂直于直線x+y-b=
23、0, ∴=,∴b=±2. 6.(2018·浙江省溫州六校協(xié)作體聯(lián)考)過點P(-3,0)作直線2ax+(a+b)y+2b=0(a,b不同時為零)的垂線,垂足為M,已知點N(2,3),則當a,b變化時,|MN|的取值范圍是( ) A.[5-,5+] B.[5-,5] C.[5,5+] D.[0,5+] 答案 A 解析 直線2ax+(a+b)y+2b=0過定點D(1,-2),因為PM⊥MD,所以點M在以PD為直徑的圓上運動,易得此圓的圓心為(-1,-1),半徑為,又因為點N與圓心的距離為=5,所以|MN|的取值范圍為[5-,5+],故選A. 7.已知圓C1:x2+y2-kx+
24、2y=0與圓C2:x2+y2+ky-4=0的公共弦所在直線恒過定點P(a,b),且點P在直線mx-ny-2=0上,則mn的取值范圍是( ) A. B. C. D. 答案 D 解析 由x2+y2-kx+2y=0與x2+y2+ky-4=0, 相減得公共弦所在直線方程為kx+y-4=0, 即k(x+y)-=0, 所以由得x=2,y=-2, 即P,因此2m+2n-2=0, 所以m+n=1,mn≤2=(當且僅當m=n時取最大值). 8.直線x+ysin α-3=0(α∈R)的傾斜角的取值范圍是________. 答案 解析 若sin α=0,則直線的傾斜角為; 若s
25、in α≠0, 則直線的斜率k=-∈, 設直線的傾斜角為θ, 則tan θ∈, 故θ∈∪ , 綜上可得直線的傾斜角的取值范圍是. 9.若過點(2,0)有兩條直線與圓x2+y2-2x+2y+m+1=0相切,則實數(shù)m的取值范圍是________. 答案 (-1,1) 解析 由題意過點(2,0)有兩條直線與圓x2+y2-2x+2y+m+1=0相切, 則點(2,0)在圓外,即22-2×2+m+1>0,解得m>-1; 由方程x2+y2-2x+2y+m+1=0表示圓, 則(-2)2+22-4(m+1)>0,解得m<1. 綜上,實數(shù)m的取值范圍是(-1,1). 10.(2018·寧
26、波模擬)已知直線l:mx-y=1.若直線l與直線x-my-1=0平行,則m的值為________;動直線l被圓x2+2x+y2-24=0截得的弦長的最小值為________. 答案 -1 2 解析 當m=0時,兩直線不平行; 當m≠0時,由題意得=,所以m=±1. 當m=1時,兩直線重合,所以m=1舍去,故m=-1. 因為圓的方程為x2+2x+y2-24=0, 所以(x+1)2+y2=25, 所以它表示圓心為C(-1,0),半徑為5的圓. 由于直線l:mx-y-1=0過定點P(0,-1), 所以過點P且與PC垂直的弦長最短, 且最短弦長為2=2. 11.(2018·浙江省
27、稽陽聯(lián)誼學校聯(lián)考)已知直角坐標系中A(-2,0),B(2,0),動點P滿足|PA|=|PB|,則點P的軌跡方程是____________;軌跡為________. 答案 x2+y2-12x+4=0 以(6,0)為圓心,4為半徑的圓 解析 設點P的坐標為(x,y),則由|PA|=|PB|,得|PA|2=2|PB|2,即(x+2)2+y2=2[(x-2)2+y2],化簡得x2+y2-12x+4=0,方程化為標準方程為(x-6)2+y2=32,其表示一個圓. 12.在平面直角坐標系xOy中,已知圓C:(x+1)2+y2=2,點A(2,0),若圓C上存在點M,滿足|MA|2+|MO|2≤10,則
28、點M的縱坐標的取值范圍是________. 答案 解析 設點M(x,y),因為|MA|2+|MO|2≤10, 所以(x-2)2+y2+x2+y2≤10, 即x2+y2-2x-3≤0, 因為(x+1)2+y2=2,所以y2=2-(x+1)2, 所以x2+2-(x+1)2-2x-3≤0,化簡得x≥-. 因為y2=2-(x+1)2,所以y2≤,所以-≤y≤. B組 能力提高 13.已知圓C與x軸相切于點T(1,0),與y軸正半軸交于兩點A,B(B在A的上方)且|AB|=2,過點A任作一條直線與圓O:x2+y2=1相交于M,N兩點,下列三個結論:①=;②-=2;③+=2.其中正確結
29、論的序號是( ) A.①② B.②③ C.①③ D.①②③ 答案 D 解析 根據(jù)題意,利用圓中的特殊三角形,求得圓心及半徑,即得圓的方程為(x-1)2+(y-)2=2,并且可以求得A(0,-1),B(0,+1), 因為M,N在圓O:x2+y2=1上, 所以可設M(cos α,sin α), N(cos β,sin β), 所以|NA|= =, |NB|= =, 所以=-1, 同理可得=-1, 所以=, -=-(-1)=2, +=2, 故①②③都正確. 14.若對圓(x-1)2+(y-1)2=1上任意一點P(x,y),的取值與x,y無關,則實數(shù)a的取
30、值范圍是( ) A.a(chǎn)≤-4 B.-4≤a≤6 C.a(chǎn)≤-4或a≥6 D.a(chǎn)≥6 答案 D 解析 表示圓上的點到直線l1:3x-4y-9=0的距離的5倍,表示圓上的點到直線l2:3x-4y+a=0的距離的5倍, 所以的取值與x,y無關,即圓上的點到直線l1,l2的距離與圓上點的位置無關,所以直線3x-4y+a=0與圓相離或相切,并且l1和l2在圓的兩側,所以d=≥1,并且a>0,解得a≥6,故選D. 15.為保護環(huán)境,建設美麗鄉(xiāng)村,鎮(zhèn)政府決定為A,B,C三個自然村建造一座垃圾處理站,集中處理A,B,C三個自然村的垃圾,受當?shù)貤l件限制,垃圾處理站M只能建在與A村相距5
31、km,且與C村相距 km的地方.已知B村在A村的正東方向,相距3 km,C村在B村的正北方向,相距3 km,則垃圾處理站M與B村相距________ km. 答案 2或7 解析 以A為坐標原點,AB所在直線為x軸建立平面直角坐標系(圖略),則A(0,0),B(3,0),C(3,3). 由題意得垃圾處理站M在以A(0,0)為圓心,5為半徑的圓A上,同時又在以C(3,3)為圓心,為半徑的圓C上,兩圓的方程分別為x2+y2=25和(x-3)2+(y-3)2=31. 由 解得或 ∴垃圾處理站M的坐標為(5,0)或, ∴|MB|=2或|MB|==7, 即垃圾處理站M與B村相距2 km或7 km. 16.點P(x,y)是直線2x+y+4=0上的動點,PA,PB是圓C:x2+(y-1)2=1的兩條切線,A,B是切點,則△PAB面積的最小值為________. 答案 解析 由圓的方程C:x2+(y-1)2=1, 可得圓心C(0,1),半徑r=1, 則圓心到直線2x+y+4=0的距離為d==, 設|PC|=m,則m≥, 則S△PAB=|PA|2sin 2∠APC =|PA|2sin∠APCcos∠APC =|PA|2··=, 令S=,m≥, 所以S′= =>0, 所以函數(shù)S在上單調(diào)遞增, 所以Smin=S=. 即(S△PAB)min=.
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