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2023高考数学二轮复习专题练三核心热点突破专题五解析几何第1讲直线与圆含解析202303112183

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第1讲 直线与圆高考定位 考查重点是直线间的平行和垂直的条件、与距离有关的问题、直线与圆的位置关系(特别是弦长问题),此类问题难度属于中低档,一般以选择题、填空题的形式出现.真题感悟1.(2020·全国Ⅲ卷)在平面内,A,B是两个定点,C是动点.若·=1,则点C的轨迹为(  )A.圆B.椭圆C.抛物线D.直线解析 以AB所在直线为x轴,线段AB的垂直平分线为y轴建立平面直角坐标系,设点A,B分别为(-a,0),(a,0)(a>0),点C为(x,y),则=(x+a,y),=(x-a,y),所以·=(x-a)(x+a)+y·y=x2+y2-a2=1,整理得x2+y2=a2+1.因此点C的轨迹为圆.故选A.答案 A2.(2020·全国Ⅱ卷)若过点(2,1)的圆与两坐标轴都相切,则圆心到直线2x-y-3=0的距离为(  )A.B.C.D.解析 因为圆与两坐标轴都相切,且点(2,1)在圆上.所以可设圆的方程为(x-a)2+(y-a)2=a2(a>0).则(2-a)2+(1-a)2=a2,解之得a=1或a=5.所以圆心的坐标为(1,1)或(5,5),所以圆心到直线2x-y-3=0的距离d==或d==.答案 B3.(2020·全国Ⅰ卷)已知⊙M:x2+y2-2x-2y-2=0,直线l:2x+y+2=0,点P为l上的动点.过点P作⊙M的切线PA,PB,切点为A,B,当|PM|·|AB|最小时,直线AB的方程为(  )A.2x-y-1=0B.2x+y-1=0C.2x-y+1=0D.2x+y+1=0解析 由⊙M:x2+y2-2x-2y-2=0①,得⊙M:(x-1)2+(y-1)2=4,所以圆心M(1,1).\n如图,连接AM,BM,易知四边形PAMB的面积为|PM|·|AB|,欲使|PM|·|AB|最小,只需四边形PAMB的面积最小,即只需△PAM的面积最小.因为|AM|=2,所以只需|PA|最小.又|PA|==,所以只需直线2x+y+2=0上的动点P到M的距离最小,其最小值为=,此时PM⊥l,易求出直线PM的方程为x-2y+1=0.由得所以P(-1,0).易知P、A、M、B四点共圆,所以以PM为直径的圆的方程为x2+=,即x2+y2-y-1=0②,由①②得,直线AB的方程为2x+y+1=0,故选D.答案 D4.(2019·全国Ⅰ卷)已知点A,B关于坐标原点O对称,|AB|=4,⊙M过点A,B且与直线x+2=0相切.(1)若A在直线x+y=0上,求⊙M的半径;(2)是否存在定点P,使得当A运动时,|MA|-|MP|为定值?并说明理由.解 (1)因为⊙M过点A,B,所以圆心M在AB的垂直平分线上.由已知A在直线x+y=0上,且A,B关于坐标原点O对称,所以M在直线y=x上,故可设M(a,a).因为⊙M与直线x+2=0相切,所以⊙M的半径为r=|a+2|.连接MA,由已知得|AO|=2.又MO⊥AO,故可得2a2+4=(a+2)2,解得a=0或a=4.故⊙M的半径r=2或r=6.(2)存在定点P(1,0),使得|MA|-|MP|为定值.理由如下:设M(x,y),由已知得⊙M的半径为r=|x+2|,|AO|=2.由于MO⊥AO,故可得x2+y2+4=(x+2)2,化简得M的轨迹方程为y2=4x.\n因为曲线C:y2=4x是以点P(1,0)为焦点,以直线x=-1为准线的抛物线,所以|MP|=x+1.因为|MA|-|MP|=r-|MP|=x+2-(x+1)=1,所以存在满足条件的定点P.考点整合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与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d=.3.圆的方程(1)圆的标准方程:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),圆心为(a,b),半径为r.(2)圆的一般方程:x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),圆心为,半径为r=.4.直线与圆的位置关系的判定(1)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<r⇔相交;d=r⇔相切;d>r⇔相离.(2)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.热点一 直线的方程【例1】(1)(2020·西安检测)若直线x+(1+m)y-2=0与直线mx+2y+4=0平行,则m的值是(  )A.1B.-2C.1或-2D.-(2)已知直线l1:kx-y+4=0与直线l2:x+ky-3=0(k≠0)分别过定点A,B,又l1,l2相交于点M,则|MA|·|MB|的最大值为________.解析 (1)由题意知m(1+m)-2×1=0,解得m=1或-2,当m=-2时,两直线重合,舍去;当m=1时,满足两直线平行,所以m=1.\n(2)由题意可知,直线l1:kx-y+4=0经过定点A(0,4),直线l2:x+ky-3=0经过定点B(3,0),注意到直线l1:kx-y+4=0和直线l2:x+ky-3=0始终垂直,点M又是两条直线的交点,则有MA⊥MB,所以|MA|2+|MB|2=|AB|2=25.故|MA|·|MB|≤(当且仅当|MA|=|MB|=时取“=”).答案 (1)A (2)探究提高 1.求解两条直线平行的问题时,在利用A1B2-A2B1=0建立方程求出参数的值后,要注意代入检验,排除两条直线重合的可能性.2.求直线方程时应根据条件选择合适的方程形式利用待定系数法求解,同时要考虑直线斜率不存在的情况是否符合题意.【训练1】(1)(多选题)光线自点(2,4)射入,经倾斜角为135°的直线l:y=kx+1反射后经过点(5,0),则反射光线还经过下列哪个点(  )A.(14,2)B.C.(13,2)D.(13,1)(2)已知l1,l2是分别经过A(1,1),B(0,-1)两点的两条平行直线,当l1,l2间的距离最大时,则直线l1的方程是________.解析 (1)因为直线l的倾斜角为135°,所以直线l的斜率k=-1,设点(2,4)关于直线l:y=-x+1的对称点为(m,n),则解得所以反射光线经过点(-3,-1)和点(5,0),则反射光线所在直线的方程为y=(x-5)=(x-5),当x=13时,y=1;当x=14时,y=.故选BD.(2)当直线AB与l1,l2垂直时,l1与l2间的距离最大.由A(1,1),B(0,-1)得kAB==2.∴两平行直线的斜率k=-.∴直线l1的方程是y-1=-(x-1),即x+2y-3=0.答案 (1)BD (2)x+2y-3=0\n热点二 圆的方程【例2】(1)(2020·石家庄模拟)古希腊数学家阿波罗尼斯在其巨著《圆锥曲线论》中提出“在同一平面上给出三点,若其中一点到另外两点的距离之比是一个大于零且不等于1的常数,则该点轨迹是一个圆”.现在,某电信公司要在甲、乙、丙三地搭建三座5G信号塔来构建一个特定的三角形信号覆盖区域,以实现5G商用,已知甲、乙两地相距4km,丙、甲两地距离是丙、乙两地距离的倍,则这个三角形信号覆盖区域的最大面积(单位:km2)是(  )A.2B.4C.3D.4(2)已知圆C的圆心在直线x+y=0上,圆C与直线x-y=0相切,且在直线x-y-3=0上截得的弦长为,则圆C的方程为________.解析 (1)以甲、乙两地所在直线为x轴,线段甲乙的垂直平分线为y轴建立平面直角坐标系,设甲、乙两地的坐标分别为(-2,0),(2,0),丙地坐标为(x,y)(y≠0),则=·,整理得(x-4)2+y2=12,可知丙地所在的圆的半径为r=2.所以三角形信号覆盖区域的最大面积为×4×2=4.(2)∵所求圆的圆心在直线x+y=0上,∴设所求圆的圆心为(a,-a).又∵所求圆与直线x-y=0相切,∴半径r==|a|.又所求圆在直线x-y-3=0上截得的弦长为,圆心(a,-a)到直线x-y-3=0的距离d=,∴d2+=r2,即+=2a2,解得a=1,∴圆C的方程为(x-1)2+(y+1)2=2.答案 (1)B (2)(x-1)2+(y+1)2=2探究提高 1.第(1)题是一道以阿波罗尼斯圆为背景的数学应用问题,解题关键是先利用题设条件给出的关系式,求出阿波罗尼斯圆的方程,即(x-4)2+y2=12,然后应用圆中的几何量求解三角形信号覆盖区域的最大面积.2.求圆的方程主要方法有两种:(1)直接法求圆的方程,根据圆的几何性质,直接求出圆心坐标和半径,进而写出方程.(2)待定系数法求圆的方程时,若已知条件与圆心(a,b)和半径r有关,则设圆的标准方程,否则选择圆的一般方程.\n温馨提醒 解答圆的方程问题,应注意数形结合,充分运用圆的几何性质.【训练2】(1)(2020·北京卷)已知半径为1的圆经过点(3,4),则其圆心到原点的距离的最小值为(  )A.4B.5C.6D.7(2)已知A,B分别是双曲线C:-=1的左、右顶点,P(3,4)为C上一点,则△PAB的外接圆的标准方程为________.解析 (1)由平面几何知识知,当且仅当原点、圆心、点(3,4)共线时,圆心到原点的距离最小且最小值为dmin=-1=4.故选A.(2)∵P(3,4)为C上一点,-=1,解得m=1,则B(1,0),A(-1,0),∴kPB==2,BP的中点为(2,2),PB的垂直平分线方程为l1:y=-(x-2)+2,AB的垂直平分线方程为l2:x=0,则圆心是l1与l2的交点M,联立l1与l2方程,解得则M(0,3),r=|MB|==,∴△PAB外接圆的标准方程为x2+(y-3)2=10.答案 (1)A (2)x2+(y-3)2=10热点三 直线(圆)与圆的位置关系角度1 圆的切线问题【例3】(1)(2020·全国Ⅲ卷)若直线l与曲线y=和圆x2+y2=都相切,则l的方程为(  )A.y=2x+1B.y=2x+C.y=x+1D.y=x+(2)(多选题)在平面直角坐标系xOy中,圆C的方程为x2+y2-4x=0.若直线y=k(x+1)上存在一点P,使过点P所作的圆的两条切线相互垂直,则实数k的可能取值是(  )A.1B.2C.3D.4\n解析 (1)易知直线l的斜率存在,设直线l的方程y=kx+b,则= ①,设直线l与曲线y=的切点坐标为(x0,)(x0>0),则y′|x=x0=x0-=k ②,=kx0+b ③,由②③可得b=,将b=,k=x0-代入①得x0=1或x0=-(舍去),所以k=b=,故直线l的方程y=x+.(2)由x2+y2-4x=0,得(x-2)2+y2=4,则圆心为C(2,0),半径r=2,过点P所作的圆的两条切线相互垂直,设两切点分别为A,B,连接AC,BC,所以四边形PACB为正方形,即PC=r=2,圆心到直线的距离d=≤2,即-2≤k≤2,所以实数k的取值可以是1,2.故选AB.答案 (1)D (2)AB探究提高 1.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”建立关于切线斜率的等式,所以求切线方程时主要选择点斜式.2.过圆外一点求解切线段长的问题,可先求出圆心到圆外点的距离,再结合半径利用勾股定理计算.【训练3】(1)(2020·浙江卷)已知直线y=kx+b(k>0)与圆x2+y2=1和圆(x-4)2+y2=1均相切,则k=__________,b=__________.(2)已知⊙O:x2+y2=1,点A(0,-2),B(a,2),从点A观察点B,要使视线不被⊙O挡住,则实数a的取值范围是(  )A.(-∞,-2)∪(2,+∞)B.∪C.∪D.解析 (1)直线kx-y+b=0(k>0)分别与圆心坐标为(0,0),半径为1,及圆心坐标为(4,0),半径为1的两圆相切,可得\n由①②,解得(2)易知点B在直线y=2上,过点A(0,-2)作圆的切线.设切线的斜率为k,则切线方程为y=kx-2,即kx-y-2=0.由d==1,得k=±.∴切线方程为y=±x-2,和直线y=2的交点坐标分别为,.故要使视线不被⊙O挡住,则实数a的取值范围是∪.答案 (1) - (2)B角度2 圆的弦长的相关计算【例4】在直角坐标系xOy中,曲线y=x2+mx-2与x轴交于A,B两点,点C的坐标为(0,1).当m变化时,解答下列问题:(1)能否出现AC⊥BC的情况?说明理由;(2)证明过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.(1)解 不能出现AC⊥BC的情况,理由如下:设A(x1,0),B(x2,0),则x1,x2满足方程x2+mx-2=0,所以x1x2=-2.又C的坐标为(0,1),故AC的斜率与BC的斜率之积为·=-,所以不能出现AC⊥BC的情况.(2)证明 BC的中点坐标为,可得BC的中垂线方程为y-=x2.由(1)可得x1+x2=-m,所以AB的中垂线方程为x=-.联立又x+mx2-2=0,③\n由①②③解得x=-,y=-.所以过A,B,C三点的圆的圆心坐标为,半径r=.故圆在y轴上截得的弦长为2=3,即过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.探究提高 1.研究直线与圆的位置关系最常用的解题方法为几何法,将代数问题几何化,利用数形结合思想解题.2.与圆的弦长有关的问题常用几何法,即利用圆的半径r,圆心到直线的距离d,及半弦长,构成直角三角形的三边,利用勾股定理来处理.【训练4】(1)(2020·天津卷)已知直线x-y+8=0和圆x2+y2=r2(r>0)相交于A,B两点.若|AB|=6,则r的值为__________.(2)(2020·菏泽联考)已知圆O:x2+y2=4,直线l与圆O交于P,Q两点,A(2,2),若|AP|2+|AQ|2=40,则弦PQ的长度的最大值为________.解析 (1)依题意得,圆心(0,0)到直线x-y+8=0的距离d==4,因此r2=d2+=25,又r>0,所以r=5.(2)设点M为PQ的中点,则|PM|=|MQ|,在△APQ中,由余弦定理易得|AP|2+|AQ|2=|AM|2+|PM|2+|MQ|2+|AM|2=2(|AM|2+|MQ|2)又|MQ|2=|OQ|2-|OM|2=4-|OM|2,|AP|2+|AQ|2=40.∴40=2|AM|2+8-2|OM|2,则|AM|2-|OM|2=16,设M(x,y),则(x-2)2+(y-2)2-(x2+y2)=16.化简得x+y+2=0.当OM⊥l时,OM取到最小值,即|OM|min==.此时,|PQ|=2=2.\n故弦PQ的长度的最大值为2.答案 (1)5 (2)2A级 巩固提升一、选择题1.(2020·长沙模拟)命题p:m=2,命题q:直线(m-1)x-y+m-12=0与直线mx+2y-3m=0垂直,则p是q成立的(  )A.充分不必要条件B.必要不充分条件C.充要条件D.既不充分也不必要条件解析 若两直线垂直,则(m-1)×m+(-1)×2=0,解之得m=2或m=-1.∴p是q成立的充分不必要条件.答案 A2.过点A(1,2)的直线在两坐标轴上的截距之和为零,则该直线方程为(  )A.y-x=1B.y+x=3C.2x-y=0或x+y=3D.2x-y=0或y-x=1解析 当直线过原点时,可得斜率为=2,故直线方程为y=2x,当直线不过原点时,设方程为+=1,代入点(1,2)可得-=1,解得a=-1,方程为x-y+1=0,故所求直线方程为2x-y=0或y-x=1.答案 D3.过点(3,1)作圆(x-1)2+y2=r2的切线有且只有一条,则该切线的方程为(  )A.2x+y-5=0B.2x+y-7=0C.x-2y-5=0D.x-2y-7=0解析 依题意知,点(3,1)在圆(x-1)2+y2=r2上,且为切点.∵圆心(1,0)与切点(3,1)连线的斜率为,所以切线的斜率k=-2.故过点(3,1)的切线方程为y-1=-2(x-3),即2x+y-7=0.\n答案 B4.(2020·全国Ⅲ卷)点(0,-1)到直线y=k(x+1)距离的最大值为(  )A.1B.C.D.2解析 设点A(0,-1),直线l:y=k(x+1),由l恒过定点B(-1,0),当AB⊥l时,点A(0,-1)到直线y=k(x+1)的距离最大,最大值为.故选B.答案 B5.(2020·合肥调研)已知点P为圆C:(x-1)2+(y-2)2=4上一点,A(0,-6),B(4,0),则|+|的最大值为(  )A.+2B.+4C.2+4D.2+2解析 取AB中点D(2,-3),则+=2,|+|=|2|=2||,又由题意知,圆C的圆心C(1,2),半径为2,||的最大值为圆心C(1,2)到D(2,-3)的距离d再加半径r,又d==,∴d+r=+2,∴2||的最大值为2+4,即|+|的最大值为2+4.答案 C6.(多选题)集合A={(x,y)|x2+y2=4},B={(x,y)|(x-3)2+(y-4)2=r2},其中r>0,若A∩B中有且仅有一个元素,则r的值是(  )A.3B.5C.7D.9解析 圆x2+y2=4的圆心是O(0,0),半径为R=2,圆(x-3)2+(y-4)2=r2的圆心是C(3,4),半径为r,|OC|=5,当2+r=5,r=3时,两圆外切;当|r-2|=5,r=7时,两圆内切,它们都只有一个公共点,即集合A∩B只有一个元素.故选AC.答案 AC7.(多选题)已知点A是直线l:x+y-=0上一定点,点P,Q是圆x2+y2=1上的动点,若∠PAQ的最大值为90°,则点A的坐标可以是(  )A.(0,)B.(1,-1)\nC.(,0)D.(-1,1)解析 如图所示,坐标原点O到直线l:x+y-=0的距离d==1,则直线l与圆x2+y2=1相切,由图可知,当AP,AQ均为圆x2+y2=1的切线时,∠PAQ取得最大值,连接OP,OQ,由于∠PAQ的最大值为90°,且∠APO=∠AQO=90°,|OP|=|OQ|=1,则四边形APOQ为正方形,所以|OA|=|OP|=.设A(t,-t),由两点间的距离公式得|OA|==,整理得2t2-2t=0,解得t=0或t=,因此,点A的坐标为(0,)或(,0).故选AC.答案 AC8.(多选题)已知圆C1:x2+y2=r2与圆C2:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)交于不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),则下列结论正确的是(  )A.a(x1-x2)+b(y1-y2)=0B.2ax1+2by1=a2+b2C.x1+x2=aD.y1+y2=2b解析 圆C2的方程为x2+y2-2ax-2by+a2+b2-r2=0,两圆的方程相减,可得直线AB的方程为2ax+2by-a2-b2=0,即得2ax+2by=a2+b2,分别把A(x1,y1),B(x2,y2)两点的坐标代入,可得2ax1+2by1=a2+b2,2ax2+2by2=a2+b2,两式相减可得2a(x1-x2)+2b(y1-y2)=0,即a(x1-x2)+b(y1-y2)=0,所以选项A、B均正确;由圆的性质可得,线段AB与线段C1C2互相平分,所以x1+x2=a,y1+y2=b,所以选项C正确,选项D不正确.答案 ABC二、填空题9.(2019·北京卷)设抛物线y2=4x的焦点为F,准线为l.则以F为圆心,且与l相切的圆的方程为________.解析 抛物线y2=4x的焦点F的坐标为(1,0),准线l为直线x=-1,所求的圆以F为圆心,且与准线l相切,故圆的半径r=2.\n所以圆的方程为(x-1)2+y2=4.答案 (x-1)2+y2=410.已知圆C的圆心在x轴的正半轴上,点M(0,)在圆C上,且圆心到直线2x-y=0的距离为,则圆C的方程为________.解析 ∵圆C的圆心在x轴的正半轴上,设C(a,0),且a>0.则圆心C到直线2x-y=0的距离d==,解得a=2.∴圆C的半径r=|CM|==3,因此圆C的方程为(x-2)2+y2=9.答案 (x-2)2+y2=911.已知圆C的方程是x2+y2-8x-2y+8=0,直线l:y=a(x-3)被圆C截得的弦长最短时,直线l方程为________________.解析 圆C的标准方程为(x-4)2+(y-1)2=9,∴圆C的圆心C(4,1),半径r=3.又直线l:y=a(x-3)过定点P(3,0),则当直线l与直线CP垂直时,被圆C截得的弦长最短.因此a·kCP=a·=-1,∴a=-1.故所求直线l的方程为y=-(x-3),即x+y-3=0.答案 x+y-3=012.(2020·衡水中学检测)已知直线Ax+By+C=0(其中A2+B2=C2,C≠0)与圆x2+y2=6交于点M,N,O是坐标原点,则|MN|=________,·=________.解析 由于A2+B2=C2,且C≠0,∴圆心(0,0)到直线Ax+By+C=0的距离d==1.所以|MN|=2=2=2.设向量,的夹角为θ,则cos(π-θ)==,所以cosθ=-,所以·=||||cosθ=×2×=-10.答案 2 -10B级 能力突破13.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]\n解析 由题意知圆心的坐标为(2,0),半径r=,圆心到直线x+y+2=0的距离d==2,所以圆上的点到直线的最大距离是d+r=3,最小距离是d-r=.易知A(-2,0),B(0,-2),所以|AB|=2,所以2≤S△ABP≤6.答案 A14.如图,在平面直角坐标系xOy中,已知以M为圆心的圆M:x2+y2-12x-14y+60=0及其上一点A(2,4).(1)设圆N与x轴相切,与圆M外切,且圆心N在直线x=6上,求圆N的标准方程;(2)设平行于OA的直线l与圆M相交于B,C两点,且|BC|=|OA|,求直线l的方程.解 圆M的标准方程为(x-6)2+(y-7)2=25,所以圆心M(6,7),半径为5,(1)由圆心N在直线x=6上,可设N(6,y0),因为圆N与x轴相切,与圆M外切,所以0<y0<7,圆N的半径为y0,从而7-y0=5+y0,解得y0=1.因此,圆N的标准方程为(x-6)2+(y-1)2=1.(2)因为直线l∥OA,所以直线l的斜率为=2.设直线l的方程为y=2x+m,即2x-y+m=0,则圆心M到直线l的距离d==.\n因为|BC|=|OA|==2,又|MC|2=d2+,所以25=+5,解得m=5或m=-15.故直线l的方程为2x-y+5=0或2x-y-15=0.

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发布时间:2022-08-25 22:20:58 页数:15
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文章作者:U-336598

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