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选择性必修一

第19讲 2.4.1圆的标准方程

学习目标

第19讲 2.4.1圆的标准方程

课程标准学习目标
①理解圆的定义及确定圆的几何要素。 ②理解与掌握平面直角坐标系中圆的标准方程.。 ③会根据相关条件写出圆的标准方程及圆的圆心,半径。通过本节课的学习,了解与掌握确定圆的位置,大小的几何要素,能根据相关条件求出圆的标准方程,并能解决与圆有关的问题.

知识清单

知识点01:圆的定义

平面内到定点的距离等于定长的点的集合叫作圆,定点称为圆心,定长称为圆的半径.

如图,在平面直角坐标系中,的圆心的坐标为, 半径为, 为圆上任意一点, 可用集合表示为:

知识点02:圆的标准方程

我们把方程称为圆心为半径为的圆的标准方程.

知识点03:点与圆的位置关系

判断点与:位置关系的方法:

(1)几何法(优先推荐)

设到圆心的距离为,则

①则点在外

②则点在上

③则点在内

(2)代数法

将点带入:方程内

①点在外

②点在上

③点在内

知识点04:圆上的点到定点的最大、最小距离

设的方程,圆心,点是上的动点,点为平面内一点;记;

①若点在外,则;

②若点在上,则;

③若点在内,则;

题型精讲

【即学即练1】(23-24高二上·广东湛江·期中)在平面直角坐标系中,圆心为,半径为2的圆的方程是(    )

A.B.

C.D.

【即学即练2】(23-24高二·全国·课堂例题)求圆心为,半径为5的圆的标准方程,并判断点,是否在这个圆上.

【即学即练3】(2024高三·全国·专题练习)圆(x-2)2+y2=1上的点到原点距离的取值范围是(    )

A.(0,3]B.[0,3]

C.[1,3]D.[2,3]

题型01求圆的标准方程

【典例1】(23-24高二下·安徽·阶段练习)已知,,圆M经过A,B两点,且圆的周长被x轴平分,则圆M的标准方程为(    )

A.B.

C.D.

【典例2】(23-24高二上·浙江杭州·期中)过和两点的面积最小的圆的标准方程为(    )

A.B.

C.D.

【典例3】(23-24高二上·福建三明·期末)已知点,,以线段AB为直径的圆的标准方程为 .

【变式1】(23-24高二上·安徽马鞍山·阶段练习)已知圆的圆心在,半径为5,则它的方程为(    )

A.B.

C.D.

【变式2】(22-23高二下·湖南邵阳·期中)圆心在y轴,半径为1且过点的圆的标准方程为:

【变式3】(23-24高二上·上海青浦·阶段练习)已知圆心为,半径,写出圆的标准方程 .

题型02由圆的方程求圆心或半径

【典例1】(23-24高二上·山西太原·期末)圆的圆心坐标和半径分别为(    )

A.,B.,C.,3D.,3

【典例2】(23-24高二上·四川雅安·阶段练习)已知圆的方程是,其圆心和半径分别是(    )

A.,2B.,4C.,2D.,4

【变式1】(2024高二上·全国·专题练习)圆的圆心坐标是(    )

A.B.

C.D.

【变式2】(23-24高二上·北京丰台·期中)已知圆,则圆心与半径分别为(    )

A.,B.,

C.,D.,

题型03点与圆的位置关系

【典例1】(23-24高二上·重庆·期中)若点在圆外,则实数的取值范围是(    )

A.B.C.D.

【典例2】(23-24高二上·全国·课后作业)已知点和,求以线段AB为直径的圆的方程,并判断点,是否在这个圆上.

【变式1】(2024高二上·全国·专题练习)点在圆的内部,则a的取值范围是(    )

A. B.

C. 或 D.

【变式2】(2024高二上·全国·专题练习)已知点不在圆C:的内部,求实数的取值范围.

【变式3】(23-24高二·全国·随堂练习)已知,两点,求以线段为直径的圆的标准方程,并判断点,,在圆上、圆内,还是在圆外.

题型04与圆有关的最值问题

【典例1】(2024·山东枣庄·一模)在平面直角坐标系中,已知为圆上动点,则的最小值为(   )

A.34B.40C.44D.48

【典例2】(2024高三下·全国·专题练习)在平面直角坐标系中,已知,,P为上一动点,则最小值为 .

【变式1】(2024·河南信阳·模拟预测)已知圆O:,点和点在圆上,满足,则最大值为(    )

A.B.C.D.

【变式2】(23-24高二下·广西桂林·开学考试)已知直线:与直线:交于点,则的最大值为(    )

A.4B.8C.32D.64

【变式3】(2014高二·全国)已知点在圆上,点在曲线上,则的最小值为 .

题型05与圆有关的对称问题

【典例1】(23-24高二上·安徽黄山·期末)圆与圆N关于直线对称,则圆的方程为(    )

A.B.

C.D.

【典例2】(23-24高二上·四川成都·期末)圆关于直线对称后的方程为(    )

A. B.C.D.

【典例3】(2024·全国·模拟预测)圆C:关于直线l:对称的圆的标准方程为 .

【变式1】(23-24高二上·河南周口·期末)若曲线上相异两点P、Q关于直线对称,则k的值为(  )

A.1B.2C.3D.4

【变式2】(23-24高三上·湖南·阶段练习)已知圆关于直线l对称的圆为圆,则直线l的方程为 .

【变式3】(23-24高二上·内蒙古呼和浩特·期末)圆关于直线对称的圆的方程为 .

题型06轨迹方程

【典例1】(23-24高二上·湖北武汉·期中)点在动直线上的投影点为,则点的轨迹方程是 .

【典例2】(23-24高二上·河南周口·期末)的三个顶点坐标是;

(1)的外接圆方程;

(2)若线段MN的端点N的坐标为,端点M在△ABC的外接圆的圆上运动,求线段MN的中点P的轨迹方程.

【典例3】(23-24高二上·山西太原·期中)已知圆心为C的圆经过点和点两点,且圆心C在直线上.

(1)求圆C的标准方程;

(2)已知线段MN的端点M的坐标,另一端点N在圆C上运动,求线段MN的中点G的轨迹方程.

【变式1】(23-24高一上·甘肃天水·期末)已知圆心为的圆经过和,且圆心在直线上

(1)求圆心为的圆的标准方程;

(2)线段的端点的坐标是,端点在圆上运动,求线段中点的轨迹方程.

【变式2】(2024高三·全国·专题练习)已知点P,Q是圆上的两个动点,若直线OP与OQ的斜率都存在且满足.当时,求PQ的中点M的轨迹方程;

【变式3】(23-24高一下·宁夏石嘴山·阶段练习)已知圆O:x2+y2=13,经过圆O上任P一点作y轴的垂线,垂足为Q,求线段PQ的中点M的轨迹方程.

强化训练

A夯实基础

一、单选题

1.(23-24高二上·安徽马鞍山·阶段练习)已知圆的圆心在,半径为5,则它的方程为(    )

A.B.

C.D.

2.(2024·全国·模拟预测)圆的圆心到直线与直线的距离相等,则实数(    )

A.B.1或C.或3D.3

3.(2024高三·全国·专题练习)若点(2a,a+1)在圆x2+(y-1)2=5的内部,则实数a的取值范围是(    )

A.{a|-1<a<1}

B.{a|0<a<1}

C.{a|a<-1或a>1}

D.{a|-1<a<0}

4.(23-24高二上·江苏徐州·期末)圆的圆心坐标和半径分别为(    )

A.B.

C.D.

5.(23-24高二上·河南周口·期末)若曲线上相异两点P、Q关于直线对称,则k的值为(  )

A.1B.2C.3D.4

6.(23-24高二上·重庆·阶段练习)已知点,点为圆上的动点,则的中点的轨迹方程是(    )

A.B.

C.D.

7.(23-24高二上·黑龙江鸡西·期末)点与圆的位置关系是(    )

A.在圆外B.在圆内C.在圆上D.不确定

8.(2024·河南·模拟预测)已知点在以原点为圆心,半径的圆上,则的最小值为(    )

A.B.C.D.1

二、多选题

9.(23-24高二上·青海海南·期中)已知,两点,以线段为直径的圆为圆,则(    )

A.在圆上B.在圆外

C.在圆内D.在圆外

10.(23-24高二·全国·课后作业)(多选)若圆上的点关于直线的对称点仍在圆上,且圆的半径为,则圆的标准方程可能是(    )

A.B.C.D.

三、填空题

11.(23-24高二上·广东东莞·期中)求经过点且圆心在直线上的圆的标准方程为 .

12.(2024·四川·模拟预测)已知点在圆上运动,且,点,则 .

四、解答题

13.(2024高三·全国·专题练习)已知圆,求圆上的点到点的距离的最大值与最小值.

14.(23-24高二上·江苏苏州·期末)在平面直角坐标系中,已知四边形为平行四边形,,,.

(1)设线段的中点为,直线过且垂直于直线,求的方程;

(2)求以点为圆心、与直线相切的圆的标准方程.

B能力提升

1.(2024·广西南宁·模拟预测)已知坐标原点在直线上的射影为点,则为必然满足的关系是(    )

A.B.

C.D.

2.(23-24高三下·重庆·阶段练习)已知平面向量均为单位向量,且,若,则的取值范围为(    )

A.B.

C.D.

3.(23-24高一下·河南三门峡·期中)剪纸是中国古老的传统民间艺术之一,剪纸时常会沿着纸的某条对称轴对折.将一张纸片先左右折叠,再上下折叠,然后沿半圆弧虚线裁剪,展开得到最后的图形,若正方形的边长为2,点在四段圆弧上运动,则的取值范围为 .

4.(23-24高二上·河北保定·期末)已知点在圆上运动,,点为线段MN中点.

(1)求点的轨迹方程;

(2)已知,求的最大值.

C新定义题型

1.(2024·河南信阳·模拟预测)在空间解析几何中,可以定义曲面(含平面)的方程,若曲面和三元方程之间满足:①曲面上任意一点的坐标均为三元方程的解;②以三元方程的任意解为坐标的点均在曲面上,则称曲面的方程为,方程的曲面为.已知空间中某单叶双曲面的方程为,双曲面可视为平面中某双曲线的一支绕轴旋转一周所得的旋转面,已知直线过C上一点,且以为方向向量.

(1)指出平面截曲面所得交线是什么曲线,并说明理由;

(2)证明:直线在曲面上;

(3)若过曲面上任意一点,有且仅有两条直线,使得它们均在曲面上.设直线在曲面上,且过点,求异面直线与所成角的余弦值.