2019-2020年高三上學(xué)期數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)教案：第28講 直線、圓的位置關(guān)系.doc

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2019-2020年高三上學(xué)期數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí)教案：第28講 直線、圓的位置關(guān)系 課題 直線、圓的位置關(guān)系（共 3 課時） 修改與創(chuàng)新 教學(xué)目標 1．能用解方程組的方法求兩直線的交點坐標； 2．探索并掌握兩點間的距離公式、點到直線的距離公式，會求兩條平行直線間的距離； 3．能根據(jù)給定直線、圓的方程，判斷直線與圓、圓與圓的位置關(guān)系； 4．能用直線和圓的方程解決一些簡單的問題； 命題走向 本講考察重點是直線間的平行和垂直的條件、與距離有關(guān)的問題、直線與圓的位置關(guān)系（特別是弦長問題），此類問題難度屬于中等，一般以選擇題的形式出現(xiàn)，有時在解析幾何中也會出現(xiàn)大題，多考察其幾何圖形的性質(zhì)或方程知識。 預(yù)測xx年對本講的考察是： （1）一個選擇題或一個填空題，解答題多與其它知識聯(lián)合考察； （2）熱點問題是直線的位置關(guān)系、借助數(shù)形結(jié)合的思想處理直線與圓的位置關(guān)系，注重此種思想方法的考察也會是一個命題的方向； （3）本講的內(nèi)容考察了學(xué)生的理解能力、邏輯思維能力、運算能力。 教學(xué)準備 多媒體課件 教學(xué)過程 要點精講 1．直線l1與直線l2的的平行與垂直 （1）若l1，l2均存在斜率且不重合： ①l1//l2 k1=k2；②l1l2 k1k2=－1。 （2）若 若A1、A2、B1、B2都不為零。 ①l1//l2； ②l1l2 A1A2+B1B2=0； ③l1與l2相交； ④l1與l2重合； 注意：若A2或B2中含有字母，應(yīng)注意討論字母=0與0的情況。兩條直線的交點:兩條直線的交點的個數(shù)取決于這兩條直線的方程組成的方程組的解的個數(shù)。 2． 距離 （1）兩點間距離：若，則 特別地：軸，則、軸，則。 （2）平行線間距離：若， 則：。注意點：x，y對應(yīng)項系數(shù)應(yīng)相等。 （3）點到直線的距離：，則P到l的距離為： 3．直線與圓的位置關(guān)系有三種 （1）若，； （2）； （3）。 還可以利用直線方程與圓的方程聯(lián)立方程組求解，通過解的個數(shù)來判斷： （1）當方程組有2個公共解時（直線與圓有2個交點），直線與圓相交； （2）當方程組有且只有1個公共解時（直線與圓只有1個交點），直線與圓相切； （3）當方程組沒有公共解時（直線與圓沒有交點），直線與圓相離； 即：將直線方程代入圓的方程得到一元二次方程，設(shè)它的判別式為Δ，圓心C到直線l的距離為d,則直線與圓的位置關(guān)系滿足以下關(guān)系： 相切d=rΔ＝0； 相交d0； 相離d>rΔ<0。 4．兩圓位置關(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，。 ； ； ； ； ； 外離 外切 相交 內(nèi)切 內(nèi)含 判斷兩個圓的位置關(guān)系也可以通過聯(lián)立方程組判斷公共解的個數(shù)來解決。 典例解析 題型1：直線間的位置關(guān)系 例1．（1）若三點 A（2，2），B（a，0），C（0，b）(ab0)共線，則, 的值等于 。 （2）已知兩條直線若，則___ _。 解析：（1）答案：；（2）2。 點評：（1）三點共線問題借助斜率來解決，只需保證；（2）對直線平行關(guān)系的判斷在一般式方程中注意系數(shù)為零的情況。 例2．（1）已知兩條直線和互相垂直，則等于（ ） A．2　　　　 B．1　　　　 C．0　　　　 D． （2）若曲線的一條切線與直線垂直，則的方程為（ ） A． B． C． D． 解析：（1）答案為D；（2）與直線垂直的直線為，即在某一點的導(dǎo)數(shù)為4，而，所以在(1，1)處導(dǎo)數(shù)為4，此點的切線為，故選A。 點評：直線間的垂直關(guān)系要充分利用好斜率互為負倒數(shù)的關(guān)系，同時兼顧到斜率為零和不存在兩種情況。 題型2：距離問題 例3．到兩坐標軸距離相等的點的軌跡方程是（ ） A．x－y=0 B．x+y=0 C．|x|－y=0 D．|x|－|y|=0 解析：設(shè)到坐標軸距離相等的點為（x，y） ∴|x|＝|y| ∴|x|－|y|＝0。答案：D 點評：本題較好地考查了考生的數(shù)學(xué)素質(zhì)，尤其是考查了思維的敏捷性與清晰的頭腦，通過不等式解等知識探索解題途徑 例4．已知點P到兩個定點M（－1，0）、N（1，0）距離的比為，點N到直線PM的距離為1．求直線PN的方程。 解析：設(shè)點P的坐標為（x，y），由題設(shè)有， 即。 整理得 x2+y2－6x+1=0 ① 因為點N到PM的距離為1，|MＮ|＝2， 所以∠PMN＝30，直線PM的斜率為， 直線PM的方程為y=（x＋1） ② 將②式代入①式整理得x2－4x＋1＝0。 解得x＝2＋，x＝2－。 代入②式得點P的坐標為（2＋，1＋）或（2－，－1＋）；（2＋，－1－）或（2－，1－）。 直線PN的方程為y=x－1或y=－x+1。 點評：該題全面綜合了解析幾何、平面幾何、代數(shù)的相關(guān)知識，充分體現(xiàn)了“注重學(xué)科知識的內(nèi)在聯(lián)系”.題目的設(shè)計新穎脫俗，能較好地考查考生綜合運用數(shù)學(xué)知識解決問題的能力.比較深刻地考查了解析法的原理和應(yīng)用，以及分類討論的思想、方程的思想。該題對思維的目的性、邏輯性、周密性、靈活性都進行了不同程度的考查.對運算、化簡能力要求也較高，有較好的區(qū)分度。 題型3：直線與圓的位置關(guān)系 例5．（1）直線與圓沒有公共點，則的取值范圍是（ ） A．　 B．　 C． D． （2）圓的切線方程中有一個是（ ） A．x－y＝0　　　 B．x＋y＝0　　　 C．x＝0　　　 D．y＝0 解析：（1）解析：由圓的圓心到直線大于，且，選A。 點評：該題考察了直線與圓位置關(guān)系的判定。 （2）直線ax+by=0，則，由排除法， 選C，本題也可數(shù)形結(jié)合，畫出他們的圖象自然會選C,用圖象法解最省事。 點評：本題主要考查圓的切線的求法，直線與圓相切的充要條件是圓心到直線的距離等于半徑。直線與圓相切可以有兩種方式轉(zhuǎn)化(1)幾何條件：圓心到直線的距離等于半徑(2)代數(shù)條件：直線與圓的方程組成方程組有唯一解,從而轉(zhuǎn)化成判別式等于零來解。 例6．已知圓M：（x＋cosq）2＋（y－sinq）2＝1，直線l：y＝kx，下面四個命題： （A） 對任意實數(shù)k與q，直線l和圓M相切； （B） 對任意實數(shù)k與q，直線l和圓M有公共點； （C） 對任意實數(shù)q，必存在實數(shù)k，使得直線l與和圓M相切； （D）對任意實數(shù)k，必存在實數(shù)q，使得直線l與和圓M相切。 其中真命題的代號是______________（寫出所有真命題的代號） 解析：圓心坐標為（－cosq，sinq） d＝ 故選（B）（D） 點評：該題復(fù)合了三角參數(shù)的形式，考察了分類討論的思想。 題型4：直線與圓綜合問題 例7．直線x+y－2=0截圓x2＋y2＝4得的劣弧所對的圓心角為（ ） A． B． C． D． 解析：如圖所示： 圖 由 消y得：x2－3x+2=0，∴x1=2，x2=1。 ∴A（2，0），B（1，） ∴|AB|==2 又|OB|＝|OA|=2， ∴△AOB是等邊三角形，∴∠AOB=，故選C。 點評：本題考查直線與圓相交的基本知識，及正三角形的性質(zhì)以及邏輯思維能力和數(shù)形結(jié)合思想，同時也體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合思想的簡捷性。如果注意到直線AB的傾斜角為120，則等腰△OAB的底角為60.因此∠AOB=60.更加體現(xiàn)出平面幾何的意義。 例8．過點（1，）的直線l將圓(x－2)2＋y2＝4分成兩段弧，當劣弧所對的圓心角最小時，直線l的斜率k＝ 。 解析：過點的直線將圓分成兩段弧，當劣弧所對的圓心角最小時，直線的斜率 解析(數(shù)形結(jié)合)由圖形可知點A在圓的內(nèi)部, 圓心為O(2,0)要使得劣弧所對的圓心角最小,只能是直線，所以。 點評：本題主要考察數(shù)形結(jié)合思想和兩條相互垂直的直線的斜率的關(guān)系，難度中等。 題型5：對稱問題 例9．一束光線l自A（－3，3）發(fā)出，射到x軸上，被x軸反射到⊙C：x2＋y2－4x－4y＋7＝0上。 (Ⅰ) 求反射線通過圓心C時，光線l的方程； (Ⅱ) 求在x軸上，反射點M的范圍． 解法一：已知圓的標準方程是 (x－2)2+(y－2)2=1，它關(guān)于x軸的對稱圓的方程是(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），由題設(shè)知對稱圓的圓心C′（2，-2）到這條直線的距離等于1，即d==1。整理得 12k2+25k+12=0，解得k= －或k= －。故所求直線方程是y－3=－(x+3)，或y－3= －(x+3)，即3x+4y+3=0或4x+3y+3=0。 解法二：已知圓的標準方程是(x－2)2+(y－2)2=1，設(shè)交線L所在的直線的方程是 y-3=k(x+3)（其中斜率k待定），由題意知k≠0，于是L的反射點的坐標是（－，0），因為光線的入射角等于反射角，所以反射光線L′所在直線的方程為y= －k(x+)，即y+kx+3(1+k)=0。這條直線應(yīng)與已知圓相切，故圓心到直線的距離為1，即d==1。以下同解法一。 點評：圓復(fù)合直線的對稱問題，解題思路兼顧到直線對稱性問題，重點關(guān)注對稱圓的幾何要素，特別是圓心坐標和圓的半徑。 例10．已知函數(shù)f(x)=x2－1(x≥1)的圖像為C1，曲線C2與C1關(guān)于直線y=x對稱。 （1）求曲線C2的方程y=g(x)； （2）設(shè)函數(shù)y=g(x)的定義域為M，x1，x2∈M，且x1≠x2，求證|g(x1)－g(x2)|<|x1－x2|; （3）設(shè)A、B為曲線C2上任意不同兩點，證明直線AB與直線y=x必相交。 解析：（1）曲線C1和C2關(guān)于直線y=x對稱，則g(x)為f(x)的反函數(shù)。 ∵y=x2－1，x2=y+1，又x≥1，∴x=，則曲線C2的方程為g(x)= (x≥0)。 （2）設(shè)x1，x2∈M，且x1≠x2，則x1－x2≠0。又x1≥0， x2≥0， ∴|g(x1)－g(x2)|=| －|=≤<|x1－x2|。 （3）設(shè)A(x1，y1)、B（x2，y2）為曲線C2上任意不同兩點，x1，x2∈M，且x1≠x2， 由（2）知，|kAB|=||=<1 ∴直線AB的斜率|kAB|≠1，又直線y=x的斜率為1，∴直線AB與直線y=x必相交。 點評：曲線對稱問題應(yīng)從方程與曲線的對應(yīng)關(guān)系入手來處理，最終轉(zhuǎn)化為點的坐標之間的對應(yīng)關(guān)系。 題型6：軌跡問題 例11．已知動圓過定點，且與直線相切，其中。 （I）求動圓圓心的軌跡的方程； （II）設(shè)A、B是軌跡上異于原點的兩個不同點，直線和的傾斜角分別為和，當變化且為定值時，證明直線恒過定點，并求出該定點的坐標。 解析：（I）如圖，設(shè)為動圓圓心，為記為，過點作直線的垂線，垂足為，由題意知：即動點到定點與定直線的距離相等，由拋物線的定義知，點的軌跡為拋物線，其中為焦點，為準線，所以軌跡方程為； （II）如圖，設(shè)，由題意得（否則）且所以直線的斜率存在，設(shè)其方程為，顯然，將與聯(lián)立消去，得由韋達定理知① （1）當時，即時，所以，所以由①知：所以。因此直線的方程可表示為，即，所以直線恒過定點。 （2）當時，由， 得==， 將①式代入上式整理化簡可得：，所以， 此時，直線的方程可表示為即，所以直線恒過定點。 所以由（1）（2）知，當時，直線恒過定點，當時直線恒過定點。 點評：該題是圓與圓錐曲線交匯題目，考察了軌跡問題，屬于難度較大的綜合題目。 例12．如圖，圓與圓的半徑都是1，. 過動點分別作圓、圓的切線（分別為切點），使得. 試建立適當?shù)淖鴺讼?，并求動點的軌跡方程。 解析：以的中點為原點，所在直線為軸，建立如圖所示的平面直角坐標系，則，。 由已知，得。 因為兩圓半徑均為1，所以。 設(shè)，則， 即(或)。 點評：本小題主要考查求軌跡方程的方法及基本運算能力。 題型7：課標創(chuàng)新題 例13．已知實數(shù)x、y滿足，求的最大值與最小值。 解析：表示過點A（0，－1）和圓上的動點（x，y）的直線的斜率。 如下圖，當且僅當直線與圓相切時，直線的斜率分別取得最大值和最小值。 設(shè)切線方程為，即，則，解得。 因此， 點評：直線知識是解析幾何的基礎(chǔ)知識，靈活運用直線知識解題具有構(gòu)思巧妙、直觀性強等特點，對啟迪思維大有裨益。下面舉例說明其在最值問題中的巧妙運用。 例14．設(shè)雙曲線的兩支分別為，正三角形PQR的三頂點位于此雙曲線上。若在上，Q、R在上，求頂點Q、R的坐標。 分析：正三角形PQR中，有， 則以為圓心，為半徑的圓與雙曲線交于R、Q兩點。 根據(jù)兩曲線方程可求出交點Q、R坐標。 解析：設(shè)以P為圓心，為半徑的圓的方程為：， 由得：。 （其中，可令進行換元解之） 設(shè)Q、R兩點的坐標分別為，則。 即， 同理可得：， 且因為△PQR是正三角形，則， 即，得。 代入方程，即。 由方程組，得：或， 所以，所求Q、R的坐標分別為 點評：圓是最簡單的二次曲線，它在解析幾何及其它數(shù)學(xué)分支中都有廣泛的應(yīng)用。對一些數(shù)學(xué)問題，若能作一個輔助圓，可以溝通題設(shè)與結(jié)論之間的關(guān)系，從而使問題得解，起到鋪路搭橋的作用。 思維總結(jié) 1．關(guān)于直線對稱問題： （1）關(guān)于l ：Ax ＋By ＋C ＝0對稱問題：不論點，直線與曲線關(guān)于l 對稱問題總可以轉(zhuǎn)化為點關(guān)于l 對稱問題，因為對稱是由平分與垂直兩部分組成，如求P（x0 ，y0）關(guān)于l ：Ax ＋By ＋C ＝0對稱點Q（x1 ，y1）．有＝－（1）與A＋B＋C ＝0。 （2）解出x1 與y1 ；若求C1 ：曲線f（x ，y）＝0（包括直線）關(guān)于l ：Ax ＋By ＋C1 ＝0對稱的曲線C2 ，由上面的（1）、（2）中求出x0 ＝g1（x1 ，y1）與y0 ＝g2（x1 ，y1），然后代入C1 ：f ＝0，就得到關(guān)于l 對稱的曲線C2 方程：f ＝0。 （3）若l ：Ax ＋By ＋C ＝0中的x ，y 項系數(shù)|A|＝1，|B |＝1．就可以用直接代入解之，尤其是選擇填空題。如曲線C1 ：y2 ＝4 x －2關(guān)于l ：x －y －4＝0對稱的曲線l2 的方程為：(x －4) 2 ＝4（y ＋4）－2．即y 用x －4代，x 用y ＋4代，這樣就比較簡單了。 （4）解有關(guān)入射光線與反射光線問題就可以用對稱問題來解決。 點與圓位置關(guān)系：P（x0 ，y0）和圓C ：(x －a) 2 ＋(y －b) 2 ＝r2。 ①點P 在圓C 外有(x0 －a) 2 ＋(y0 －b) 2 ＞r2； ②點P 在圓上：(x0 －a) 2 ＋(y0 －b) 2 ＝r2； ③點P 在圓內(nèi)： (x0 －a) 2 ＋(y0 －b) 2 ＜r2 。 3．直線與圓的位置關(guān)系：l ：f1（x ，y）＝0．圓C ：f2（x ，y）＝0消y 得F（x2）＝0。 （1）直線與圓相交：F（x ，y）＝0中D ＞0；或圓心到直線距離d ＜r 。 直線與圓相交的相關(guān)問題：①弦長|AB|＝|x1 －x2|＝，或|AB|＝2；②弦中點坐標（，）；③弦中點軌跡方程。 （2）直線與圓相切：F（x）＝0中D ＝0，或d ＝r ．其相關(guān)問題是切線方程．如P（x0 ，y0）是圓x2 ＋y2 ＝r2 上的點，過P 的切線方程為x0x ＋y0y ＝r2 ，其二是圓外點P（x0 ，y0）向圓到兩條切線的切線長為或；其三是P（x0 ，y0）為圓x2 ＋y2 ＝r2 外一點引兩條切線，有兩個切點A ，B ，過A ，B 的直線方程為x0x ＋y0y ＝r2 。 （3）直線與圓相離：F（x）＝0中D ＜0；或d ＜r ；主要是圓上的點到直線距離d 的最大值與最小值，設(shè)Q 為圓C ：(x －a) 2 ＋(y －b) 2 ＝r2 上任一點，|PQ|max ＝|PC|＋r ；|PQ|min ＝|PQ|－r ，是利用圖形的幾何意義而不是列出距離的解析式求最值． 4．圓與圓的位置關(guān)系：依平面幾何的圓心距|O1O2|與兩半徑r1 ，r2 的和差關(guān)系判定． （1）設(shè)⊙O1 圓心O1 ，半徑r1 ，⊙O2 圓心O2 ，半徑r2 則： ①當r1 ＋r2 ＝|O1O2|時⊙O1 與⊙O2 外切；②當|r1 －r2|＝|O1O2|時，兩圓相切；③當|r1 －r2|＜|O1O2|＜r1 ＋r2 時兩圓相交；④當|r1 －r2|＞|O1O2|時兩圓內(nèi)含；⑤當r1 ＋r2 ＜|O1O2|時兩圓外離。 （2）設(shè)⊙O1 ：x2 ＋y2 ＋D1x ＋E1y ＋F1 ＝0，⊙O2 ：x2 ＋y2 ＋D2x ＋E2y ＋F2 ＝0。 ①兩圓相交A 、B 兩點，其公共弦所在直線方程為（D1 －D2）x ＋（E1 －E2）y ＋F1 －F2 ＝0； ②經(jīng)過兩圓的交點的圓系方程為x2 ＋y2 ＋D1x ＋E1y ＋F1 ＋l（x2 ＋y2 ＋D2x ＋E2y ＋F2）＝0（不包括⊙O2 方程）。 板書設(shè)計 直線、圓的位置關(guān)系 1．直線l1與直線l2的的平行與垂直 （1）若l1，l2均存在斜率且不重合： ①l1//l2 k1=k2；②l1l2 k1k2=－1。 （2）若 若A1、A2、B1、B2都不為零。 ①l1//l2； ②l1l2 A1A2+B1B2=0； ③l1與l2相交； ④l1與l2重合； 3． 距離 （1）兩點間距離： （2）平行線間距離：若，則：。 （3）點到直線的距離：，則P到l的距離為： 3．直線與圓的位置關(guān)系有三種 （1）若，； （2）； （3）。 4．兩圓位置關(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，。 ； ； ； ； ； 教學(xué)反思