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2019-2020年高中數(shù)學(xué) 專題十 直線與圓教案 新人教A版必修2
【高考導(dǎo)航】
一、 考試內(nèi)容
1. 有向線段.兩點間的距離.線段的定比分點.
2. 直線的方程.直線的斜率.直線的點斜式、斜截式、兩點式、截距式方程.直線方程的一般式.
3. 兩條直線平行與垂直的條件.兩條直線所成的角.兩條直線交點.點到直線的距離.
4. 圓的標準方程和一般方程.
二、 考試要求
1. 理解有向線段的概念.掌握有向線段定比分點坐標公式,熟練運用兩點間的距離公式和線段的中點坐標公式.
2. 理解直線斜率的概念,掌握過兩點的直線的斜率公式.熟練掌握直線方程的點斜式,掌握直線方程的斜截式、兩點式、截距式以及直線方程的一般式.能夠根據(jù)條件求出直線的方程.
3. 掌握兩條直線平行與垂直的條件,能夠根據(jù)直線的方程判定兩條直線的位置關(guān)系.會求兩條相交直線的夾角和交點.掌握點到直線的距離公式.
4. 熟練掌握圓的標準方程和一般方程.能夠根據(jù)條件求出圓的標準方程和一般方程.掌握直線和圓的位置關(guān)系的判定方法.
三、 考點簡析
1. 有向線段.有向線段是解析幾何的基本概念,可用有向線段的數(shù)量來刻劃它,而在數(shù)軸上有向線段AB的數(shù)量AB=xB-xA.
2. 兩點間的距離公式.不論A(x1,y1), B(x2,y2)在坐標平面上什幺位置,都有d=|AB|=,特別地,與坐標軸平行的線段的長|AB|=|x2-x1|或|AB|=|y2-y1|.
3. 定比分點公式.定比分點公式是解決共線三點A(x1, y1), B(x2,y2), P(x,y)之間數(shù)量關(guān)系的一個公式,其中λ的值是起點到分點,分點到終點的有向線段的數(shù)量之比.這里起點、分點、終點的位置是可以任意選擇的,一旦選定后λ的值也就隨之確定了.若以A為起點,B為終點,P為分點,則定比分點公式是.當P點為AB的中點時,λ=1,此時中點公式是
4. 直線的傾斜角和斜率的關(guān)系.
(1) 每一條直線都有傾斜角,但不一定有斜率.
(2) 斜率存在的直線,其斜率k與傾斜角α之間的關(guān)系是
k=tanα.
5. 確定直線方程需要有兩個互相獨立的條件.確定直線方程的形式很多,但必須注意各種形式的直線方程的適用范圍.
6. 平面上直線與二元一次方程是一一對應(yīng)的.
7. 兩條直線的夾角.當兩直線的斜率k1k2 ,都存在且k1k2≠-1時,tanθ=,當直線的斜率不存在時,可結(jié)合圖形判斷,另外還應(yīng)注意到:“到角”公式與“夾角”公式的區(qū)別.
8. 怎幺判斷兩直線是否平行或垂直?判斷兩直線是否平行或垂直時,若兩直線的斜率都存在,可用斜率的關(guān)系來判斷;若直線的斜率不存在,則必須用一般式的平行垂直條件來判斷.
(1) 斜率存在且不重合的兩條直線l1:y=k1x+b1, l2:y=k2x+b2,有以下結(jié)論:
① l1∥l2k1=k2;
② l1⊥l2k1k2=-1.
(2) 對于直線l1:A1x+B1y+C1=0, l2:A2x+B2y+C2=0,當A1、A2、B1、B2都不為零時,有以下結(jié)論:
① l1∥l2=
② l1⊥l2A1A2+B1B2=0;
③ l1與l2相交;
④ l1與l2重合.
9. 點到直線的距離公式.
(1) 已知一點P(x0,y0)及一條直線l:Ax+By+C=0,則點P到直線l的距離d=;
(2) 兩平行直線l1:Ax+By+C1=0, l2:Ax+By+C2=0之間的距離d=.
10. 確定圓方程需要有三個互相獨立的條件.圓的方程有兩種形式,要注意各種形式的圓方程的適用范圍.
(1) 圓的標準方程:(x-a)2+(y-b)2=r2,其中(a,b)是圓心坐標,r是圓的半徑;
(2) 圓的一般方程:x2+y2+Dx+Ey+F=0 (D2+E2-4F>0),圓心坐標為(),半徑為r=
11. 直線與圓的位置關(guān)系的判定方法.
(1) 法一:直線:Ax+By+C=0;圓:x2+y2+Dx+Ey+F=0.
一元二次方程
(2) 法二:直線:Ax+By+C=0;圓:(x-a)2+(y-b)2=r2,圓心(a,b)到直線的距離為d=.
12. 兩圓的位置關(guān)系的判定方法.
設(shè)兩圓圓心分別為O1、 O2,半徑分別為r1、 r2, |O1O2|為圓心距,則兩圓位置關(guān)系如下:
|O1O2|>r1+r2兩圓外離;
|O1O2|=r1+r2兩圓外切;
|r1-r2|<|O1O2|<r1+r2兩圓相交;
|O1O2|=|r1-r2|兩圓內(nèi)切;
0<|O1O2|<|r1-r2|兩圓內(nèi)含.
四、 思想方法
1. 公式法.求直線和圓的方程要正確運用公式解題.各種位置關(guān)系的判斷要靈活使用各種結(jié)論.
2.數(shù)形結(jié)合思想.解題時重視方程的幾何意義和圖形的輔助作用是非常必要的.即:將對幾何圖形的研究,轉(zhuǎn)化為對代數(shù)式的研究,同時又要理解代數(shù)問題的幾何意義.
【典型例題】
【例1】 要將兩種大小不同的鋼板截成A、B、C三種規(guī)格,每張鋼板可同時截成三種規(guī)格小鋼板塊數(shù)如下表:
A
B
C
第一種鋼板
1
3
1
第二種鋼板
1
1
4
每塊鋼板面積第一種1平方單位,第二種3平方單位,今需要A、B、C三種規(guī)格的成品各14、 23、 39塊,問各截這兩種鋼板多少張可得到所需三種規(guī)格成品,且使所用鋼板面積最小,并求出這個最小面積.
【解】設(shè)截第一種鋼板x張,第二種鋼板y張,滿足條件,則
其目標函數(shù)z=x+3y取最小值.作出如圖可行域,最優(yōu)解在附近,取y=8,x=7滿足條件,此時z=31;取y=7, x=11,滿足條件,此時z=32.比較即知,x=7,y=8,即截第一種鋼板7張,第二種鋼板8張,可得到所需規(guī)格成品,且所使用的鋼板面積最小為31平方單位.
【例2】 如圖,已知:射線OA為y=kx(k>0,x>0),射線OB為y=-kx(x>0),動點P(x,y)在∠AOx的內(nèi)部,PM⊥OA于M,PN⊥OB于N,四邊形ONPM的面積恰為k.
(1) 當k為定值時,動點P的縱坐標y是其橫坐標x的函數(shù),求這個函數(shù)y=f(x)的解析式;
(2) 根據(jù)k的取值范圍,確定y=f(x)的定義域.
【解】設(shè)
則 , ,由動點P在∠AOx的內(nèi)部,得0<y<kx .
∴
∴=
∴ (1)
又,,
∴, , 代入(1)消去a,b 得
∵y>0,∴
(2) 由得 ,
∴ ∴
① 當k=1時,x >
②當0
1時,
【例3】 如圖所示,已知⊙O′過定點A(0,p)(p>0),圓心O′在拋物線x2=2py上運動,MN為圓O′在x軸上所得的弦,令|AM|=d1,|AN|=d2,∠MAN=θ.
(1) 當O′點運動時,|MN|是否有變化?并證明你的結(jié)論;
(2) 求的最大值,并求取得最大值的θ值.
【解】設(shè),
則⊙O′的半徑|O′A|
∴ ⊙O′的方程為
令y=0,并把代入得
x2-2x0x+x02-p2=0,
得 ,
∴為定值.
(2) ∵ ,
∴ ,,
則 ,,
∴ =
=
當且僅當 ,即時,
的最大值為
此時(B為MN中點)又
∴ 為等腰直角三角形,
則
【例4】 如圖所示,已知圓C:x2+y2=4內(nèi)一點A(,0)與圓C上一動點Q的連線AQ的垂直平分線交OQ于點P.
(1) 當點Q在圓C上運動一周時,求動點P的軌跡方程;
(2) 過點O傾斜角為θ的直線與點P的軌跡相交于B1、B2兩點,當θ在區(qū)間內(nèi)變化時,求△AB1B2的面積S(θ).并求S(θ)的最大值.
【說明】本題考查直線與圓的綜合問題.解題關(guān)鍵:①橢圓定義的運用;②直線參數(shù)方程的運用;③用基本不等式求最值.
【解】(1) 因為點P在線段AQ的垂直平分線上,所以
|PA|=|PQ|
∴
又∵
所以點P的軌跡是以O(shè)、 A為焦點的橢圓,其方程為
.
(2) 設(shè)直線B1B2的參數(shù)方程為 (t為參數(shù))
代入
整理,得
由弦長公式及韋達定理,得
所以△AB1B2的面積為
∴=
當且僅當, 即
∴ S(θ)取最大值.
【例5】 設(shè)正方形ABCD的外接圓方程x2+y2-6x+a=0(a<9 ) C、D點所在直線l的斜率為.
(1)求外接圓圓心M點的坐標及正方形對角線AC、 BD的斜率;
(2)如果ABCD的外接圓方程半徑為,在x軸上方的A、 B兩點在一條以x軸為對稱軸的拋物線上,求此拋物線的方程及直線l的方程.
【解】(1)由
可知圓心M的坐標為(3, 0),依題意:
, ,
MA、 MB的斜率k滿足: ,
解得:
(2) 將圓方程分別與AC、 BD直線方程:, 聯(lián)立,可解得A(-1, 2),
B(5, 4).
設(shè)拋物線方程為∶ (*)將A(-1, 2)、 B(5, 4)的坐標代入(*),得 解得:a=2, m=-3,∴ 拋物線的方程為 .A(-1, 2)點關(guān)于M(3, 0)點的對稱點為C(7, -2),故直線l的方程為,即
【例6】 已知圓(x+4)2+y2=25的圓心為M1,圓(x-4)2+y2=1的圓心為M2,一動圓與這兩個圓都外切.
(1) 求動圓圓心P的軌跡方程;
(2) 若過點M2的直線與(1)中所求軌跡有兩個交點A、B,求|AM1||BM1|的取值范圍.
【解】 (1) ∵ |PM1|-5=|PM2|-1,
∴ |PM1|-|PM2|=4
∴ 動圓圓心P的軌跡是以M1、 M2為焦點的雙曲線的右支.
c=4, a=2, b2=12,故所求軌跡方程為:
1.當過M2的直線傾斜角不等于,設(shè)其斜率為k,直線方程為:.
與雙曲線聯(lián)立,消去y化簡得:
又設(shè)
由 解得:
由雙曲線左準線方程x=-1且e=2,
有|AM1||BM1| =
2.又當傾斜角等于, A(4,y1),B(4,y2),
|AM1|=|BM2|=e(4+1)=10∴|AM1||BM1|=100
故 |AM1||BM1|≥100.
【例7】 已知函數(shù)y= (x∈N).
(1) 當n=1, 2, 3, …時,把已知函數(shù)的圖像和直線y=1的交點的橫坐標依次記為a1, a2,a3…,求證a1+a2+a3+…+an<1;
(2) 對于每一個n的值,設(shè)An、 Bn為已知函數(shù)的圖像上與x軸距離為1的兩點,求證n取任意一個正整數(shù)時,以AnBn為直徑的圓都與一條定直線相切,并求出這條定直線的方程和切點的坐標.
【解】原函數(shù)y= (x∈N)可化為∶
(1)當y=1時,可求得,
∴ 是以為首項, 為公比的等比數(shù)列.
∴
(2)同理可以求的橫坐標, 可得的坐標分別為
∴
∴中點C(橫坐標)到Y(jié)軸的距離
∴以C為圓心, 為直徑的圓必定與Y軸相切,切點(0,0)
【例8】 (1997年全國高考數(shù)學(xué)試題)設(shè)圓滿足:①截y軸所得弦長為2;②被x軸分成兩段圓弧,其弧長的比為3∶1,在滿足條件①、②的所有圓中,求圓心到直線l:x-2y=0的距離最小的圓的方程.
【解】 設(shè)圓心P(a,b),半徑為r, 則 點P到x軸,y軸的距離分別為
|a|,|b|,由題意知圓P截X軸所得劣弧的圓心角為90∴圓P截X軸所得弦長=,故r2=2b2.又圓P截y軸所得弦長= 2,
故r2=a2+1
∴, ∴.
∵P(a,b)到直線l:x-2y=0的距離為
當且僅當a=b時等號成立
此時 ∴或
由于, 故 .
于是,所求圓的方程為
或.
【例9】 (1989年全國高考數(shù)學(xué)試題) (如圖所示)自點A(-3,3)發(fā)出的光線L射到x軸上,被x軸反射,其反射光線所在直線與圓x2+y2-4x-4y+7=0相切,求光線L所在的直線的方程.
【解】圓方程x2+y2-4x-4y+7=0可化為(x-2)2+(y-2)2=1
它關(guān)于x軸的對稱圓C′的方程是(x-2)2+(y+2)2=1,
設(shè)光線L所在的直線的方程是y-3=k(x+3), (其中斜率k待定)
解之得: 或
故所求直線的方程是y-3=(x+3) 或y-3=(x+3)
即 3x+4y-3=0 或 4x+3y+3=0
【例10】已知圓C:x2+(y-1)2=5,直線l:mx-y+1-m=0.
(1) 求證:對m∈R,直線l與圓C總有兩個不同的交點
(2) 設(shè)直線l與圓C交于A、B兩點,若|AB|=,求l的傾斜角;
(3) 若定點P(1,1)分弦AB為,求此時直線l的方程.
【證法一】由消去y并整理,得
因為, 故直線l與圓C總有兩個不同的交點.
【證法二】由已知直線l:mx-y+1-m=0,故直線l恒過定點P(1,1) ,定點P(1,1)在圓C:x2+(y-1)2=5內(nèi), 故直線l與圓C總有兩個不同的交點.
【證法三】圓心(0,1)到直直線l的距離
圓心(0,1)到直直線l的距離小于半徑, 故直線l與圓C總有兩個不同的交點.
(2) 【解法一】則x1,x2是方程
的兩根
∵
∴
所以解得m=,所以l的傾斜角為或.
【解法二】圓半徑r=, 圓心(0,1)到直線l的距離
, 即 所以解得m=,所以l的傾斜角為或.
(3) ∵ , ∴ ,
∴ (1)
由(1),(2),(3)得m=1, 此時直線l的方程為x-y=0或x+y-2=0.
【同步精練】
一、 選擇題
1.若a∈,則直線2xcosα+3y+1=0的傾斜角的取值范圍是 ( )
A. B. C. D.
2.點A(-2,1),B(3,2)已知直線l:ax+y+2=0與AB的延長線總有交點(不含端點B),則實數(shù)a的取值范圍是 ( )
A. a<或a> B. D.
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