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选择性必修一

第21讲 2.5.1直线与圆的位置关系

学习目标

第21讲 2.5.1直线与圆的位置关系

课程标准学习目标
①理解与掌握直线与圆的位置关系的判定方法的代数法与几何法。 ②会求与圆有关的直线方程与圆的方程。 ③会根据直线与圆的位置关系求坐标、长度、面积、周长等。 ④会求待定参数并能解决与之相关的综合问题。通过本节课的学习,会判断直线与圆的位置关系,会求切线方程、弦长及弦所在的直线方程,会根据直线与圆的位置求待定参数及圆的方程,能解决与直线、圆有关的综合问题.

知识清单

知识点01:直线与圆的位置关系

1、直线与圆的三种位置关系

直线与圆 的位置关 系的图象
直线与圆的 位置关系相交相切相离

2、判断直线与圆的位置关系的两种方法

2.1几何法(优先推荐)

图象
位置关系相交相切相离
判定方法; 。 圆心到直线的距离:。 圆与直线相交。; 。 圆心到直线的距离:。 圆与直线相切。; 。 圆心到直线的距离:。 圆与直线相离。

2.2代数法

直线:;圆

联立消去“”得到关于“”的一元二次函数

①直线与圆相交

②直线与圆相切

③直线与圆相离

知识点02:直线与圆相交

记直线被圆截得的弦长为的常用方法

1、几何法(优先推荐)

①弦心距(圆心到直线的距离)

②弦长公式:

2、代数法

直线:;圆

联立消去“”得到关于“”的一元二次函数

弦长公式:

知识点03:直线与圆相切

1、圆的切线条数

①过圆外一点,可以作圆的两条切线

②过圆上一点,可以作圆的一条切线

③过圆内一点,不能作圆的切线

2、过一点的圆的切线方程()

①点在圆上

步骤一:求斜率:读出圆心,求斜率,记切线斜率为,则

步骤二:利用点斜式求切线(步骤一中的斜率+切点)

②点在圆外

记切线斜率为,利用点斜式写成切线方程;在利用圆心到切线的距离求出

(注意若此时求出的只有一个答案;那么需要另外同理切线为)

3、切线长公式

记圆:;过圆外一点做圆的切线,切点为,利用勾股定理求;

题型精讲

【即学即练1】(多选)(23-24高二上·广东肇庆·期末)在同一平面直角坐标系中,直线与圆的位置可能为(    )

A.B.

C.D.

【即学即练2】(23-24高二·全国·课后作业)圆截直线所得的弦长等于(    )

A.B.C.1D.5

【即学即练3】(23-24高二上·重庆北碚·阶段练习)过点作圆的一条切线,切点为B,则(    )

A.3B.C.D.

【即学即练4】(23-24高二上·福建三明·期末)圆上动点到直线的距离的最小值为(    )

A.B.C.D.

题型01判断直线与圆的位置关系

【典例1】(2024·安徽·三模)直线:与圆:的公共点的个数为(    )

A.0B.1C.2D.1或2

【典例2】(2024·安徽·模拟预测)已知直线,圆,则该动直线与圆的位置关系是(    )

A.相离B.相切C.相交D.不确定

【变式1】(23-24高二下·安徽宿州·期中)已知圆C:,直线:,则直线与圆C的位置关系为(    )

A.相交B.相切C.相离D.不确定

【变式2】(23-24高二下·浙江·期中)已知直线,圆.则直线与圆的位置关系是(    )

A.相交B.相切C.相离D.与a有关

题型02由直线与圆的位置关系求参数

【典例1】(23-24高二下·河南濮阳·阶段练习)已知直线与圆和圆都相切,则实数的值为(   )

A.B.C.D.或

【典例2】(23-24高二下·黑龙江哈尔滨·开学考试)已知直线与圆相交,则实数的取值范围是(    )

A.B.C.D.

【典例3】(2024高二·江苏·专题练习)若直线与圆:有一个公共点,则实数等于 .

【变式1】(2024·江西吉安·模拟预测)已知圆与直线有公共点,则整数的值为(    )

A.B.C.1D.2

【变式2】(2024高三·全国·专题练习)已知圆,,,则“直线AB与圆C有公共点”的充要条件是(    )

A.B.C.D.

【变式3】(2024·全国·模拟预测)已知圆:,直线:,则直线与圆有公共点的必要不充分条件是(    )

A.B.C.D.

题型03直线与圆相交问题

【典例1】(23-24高二上·辽宁大连·期中)已知圆是圆上的两点,点,且,则的值为(    )

A.B.7C.D.8

【典例2】(23-24高二上·重庆·期末)已知圆过二次函数与坐标轴的所有交点.

(1)求圆的标准方程;

(2)过点的直线与圆交于两点,为坐标原点,且,求.

【变式1】(23-24高三上·浙江·期中)已知圆:,过点的直线与圆相交于,两点,当面积最大时,直线的斜率为 .(写出一个即可)

【变式2】(2024高三·全国·专题练习)已知圆上存在两点关于直线对称.

(1)求实数的值;

(2)若直线与圆交于两点,(为坐标原点),求圆的标准方程.

题型04求切线方程

【典例1】(23-24高三下·福建·开学考试)过点的直线l与圆相切,则直线l的方程为(    )

A.B.C.D.

【典例2】(23-24高二下·上海静安·期末)圆在点处的切线方程为 .

【典例3】(2024·山西·模拟预测)写出一个过点且与圆相切的直线方程 .

【典例4】(23-24高二上·广东茂名·期末)已知点在圆上,直线平分圆.

(1)求圆的标准方程;

(2)求过点且与圆相切的直线方程.

【变式1】(23-24高二上·河南许昌·期末)直线l过点,且与圆相切,则直线l的方程为(    )

A.B.

C.D.或

【变式2】(23-24高二上·重庆·阶段练习)已知过点的直线与圆相切,则直线l的方程为 .

【变式3】(23-24高二上·广西南宁·阶段练习)过点P作圆的切线,求切线的方程

【变式4】(23-24高二上·四川德阳·期末)已知圆经过三点.

(1)求圆的方程;

(2)求过点且与圆相切的直线的方程.

题型05切线长(切点弦)问题

【典例1】(2024·四川攀枝花·三模)由直线上的一点向圆引切线,切点为,则的最小值为(    )

A.B.2C.D.

【典例2】(2024·新疆·二模)从直线上的点向圆引切线,则切线长的最小值为(    )

A.B.1C.D.

【典例3】(23-24高三上·云南曲靖·阶段练习)过点作圆的两条切线,设切点为A,B,则切点弦AB的长度为(    )

A.B.C.D.

【典例4】(23-24高二上·云南昆明·期末)过点作圆的切线,,则切线长为 ;过切点A,B的直线方程为 .

【变式1】(2024高三·全国·专题练习)若从圆(x-1)2+(y-1)2=1外一点P(2,3)向这个圆引一条切线,则切线长为(  )

A.1B.C.D.2

【变式2】(2024·四川宜宾·二模)已知点是直线上一动点,过点作圆的一条切线,切点为,则线段长度的最小值为(  )

A.B.C.D.1

【变式3】(2024·全国·模拟预测)是直线上的一个动点,是圆上的两点,若均与圆相切,则弦长的最小值为 .

【变式4】(23-24高二上·河北·期中)过点作圆:的两条切线,切点分别为,,则直线的方程为 .

题型06已知切线求参数

【典例1】(23-24高二上·福建泉州·阶段练习)若直线与圆相切,则实数的值为(    )

A.或B.1或

C.或3D.或

【典例2】(2023·陕西宝鸡·一模)已知直线与圆相切,则的取值范围是(    )

A.B.

C.D.

【典例3】(23-24高一·全国·课后作业)知点,直线及圆.

(1)求过点的圆的切线方程;

(2)若直线与圆相切,求实数a的值.

【变式1】(多选)(23-24高二上·广东珠海·期末)已知直线与圆相切,则实数的值可能为(    )

A.B.8C.D.18

【变式2】(23-24高二上·天津宁河·期末)若直线与圆相切,则实数的值为 .

【变式3】(23-24高二上·辽宁沈阳·阶段练习)曲线与直线有两个交点,则实数的取值范围是 .

题型07圆的弦长与中点弦问题

【典例1】(23-24高二下·河南驻马店·阶段练习)已知直线与圆相交于A,B两点,则|的最小值为(    )

A.B.C.D.

【典例2】(23-24高二下·湖南益阳·阶段练习)直线截圆所得弦长的最小值为(    )

A.B.C.D.

【典例3】(2024·陕西咸阳·模拟预测)若动直线,圆,则直线与圆相交的最短弦长为 .

【变式1】(23-24高二下·四川成都·阶段练习)直线,被圆截得最短弦的长为(    )

A.B.C.D.

【变式2】(23-24高二上·湖南长沙·期末)直线,圆.则直线被圆所截得的弦长为(    )

A.2B.4C.D.

【变式3】(23-24高二下·上海虹口·期末)直线被圆所截得的弦长为 .

题型08已知圆的弦长求方程或参数

【典例1】(2024·贵州黔东南·二模)直线与圆交于,两点,若,则(    )

A.2B.1C.D.

【典例2】(2024·湖南娄底·一模)已知圆,过点的动直线与圆相交于两点时,直线的方程为(    )

A.B.

C.或D.或.

【典例3】(2024·天津武清·模拟预测)已知直线与圆C:相交于A,B两点,且,则实数 .

【典例4】(23-24高二下·安徽淮北·开学考试)已知半径大于1的圆与轴,轴均相切,圆心在第一象限,点在圆上.

(1)求圆的方程;

(2)过坐标原点的直线与圆相交于两点,若,求直线的方程.

【变式1】(2024·全国·模拟预测)已知直线被圆截得的弦长为,则(    )

A.B.C.4D.

【变式2】(23-24高二上·云南临沧·阶段练习)当圆截直线所得的弦长最短时,实数(    )

A.B.C.D.1

【变式3】(23-24高三下·重庆九龙坡·阶段练习)若直线与圆相交所得的弦长为,则(    )

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

【变式4】(2024·安徽合肥·模拟预测)过的直线被曲线所截得的线段长度为,则直线的方程为 .

题型09圆内接三角形面积

【典例1】(23-24高二下·河南·阶段练习)过坐标原点O作两条互相垂直的直线OA,OB,点A,B(异于点O)均在圆上,则面积的最大值为(    )

A.26B.C.13D.

【典例2】(2024·北京西城·三模)若直线与交于,两点,则面积的最大值为 ,写出满足“面积最大”的的一个值 .

【典例3】(23-24高二上·山东潍坊·阶段练习)已知直线:与圆:交于两点,且.

(1)求实数的值;

(2)若点为直线:上的动点,求的面积.

【变式1】(23-24高二上·四川成都·阶段练习)巳知直线与直线分别过定点A,B,且交于点P,则面积的最大值是(    )

A.5B.8C.10D.16

【变式2】(23-24高二上·云南临沧·阶段练习)已知圆,过点作不过圆心的直线交圆于两点,则面积的最大值是 .

【变式3】(2024·全国·模拟预测)直线与轴交于点,交圆于,两点,过点作圆的切线,轴上方的切点为,则 ;的面积为 .

【典例1】(23-24高一下·江苏无锡·阶段练习)在气象台正西方向300 km处有一台风中心,它正向东北方向移动,移动速度的大小为40 km/h,距台风中心250 km以内的地区都将受到影响.若台风中心的这种移动趋势不变,气象台所在地是否会受到台风的影响?说明理由.如果会,大约多长时间后受到影响?持续时间有多长?(精确到1min),(参考数据:

【典例2】(23-24高二上·湖北武汉·期末)为了保证海上平台的生产安全,海事部门在某平台的正东方向设立了观测站,在平台的正北方向设立了观测站,它们到平台的距离分别为12海里和海里,记海平面上到观测站和平台的距离之比为2的点的轨迹为曲线,规定曲线及其内部区域为安全预警区.

(1)如图,以为坐标原点,,为,轴的正方向,建立平面直角坐标系,求曲线的方程;

(2)海平面上有渔船从出发,沿方向直线行驶,为使渔船不进入预警区,求的取值范围.

【典例3】(23-24高二上·江苏苏州·阶段练习)已知圆,点.

(1)若线段AB的中垂线与圆O相切,求实数a的值;

(2)过直线AB上的点P引圆O的两条切线切点为M,N,若,则称点P为“好点”.若直线AB上有且只有两个“好点”,求实数a的取值范围.

【变式1】(23-24高二上·吉林长春·期末)某市为了改善城市中心环境,计划将市区某工厂向城市外围迁移,需要拆除工厂内一个高塔,施工单位在某平台O的北偏东方向处设立观测点A,在平台O的正西方向240m处设立观测点B,以O为坐标原点,O的正东方向为x轴正方向,建立如图所示的平面直角坐标系.已知经过O,A,B三点的圆为圆C.

(1)求圆C的方程.

(2)规定圆C及其内部区域为安全预警区,经观测发现,在平台O的正南方向200m的P处,有一辆小汽车沿北偏西方向行驶,小汽车会不会进入安全预警区?说明理由.

【变式2】(23-24高二上·重庆云阳·阶段练习)如图,已知一艘海监船 上配有雷达,其监测范围是半径为的圆形区域,一艘外籍轮船从位于海监船正东的处出发,径直驶向位于海监船正北的处岛屿,速度为.

(1)求外籍船航行路径所在的直线方程;

(2)这艘外籍轮船能否被海监船监测到?若能,持续时间多长?

【变式3】(23-24高二上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)一个火山口的周围是无人区,无人区分布在以火山口中心为圆心,半径为400km的圆形区域内,一辆运输车位于火山口的正东方向600km处准备出发,若运输车沿北偏西60°方向以每小时km的速度做匀速直线运动:

(1)运输车将在无人区经历多少小时?

(2)若运输车仍位于火山口的正东方向,且按原来的速度和方向前进,为使该运输车成功避开无人区,求至少应离火山口多远出发才安全?

【典例1】(23-24高二上·安徽马鞍山·阶段练习)已知圆C过点,,.

(1)求圆C的标准方程;

(2)若过点C且与x轴平行的直线与圆C交于点M,N,点P为直线上的动点,直线PM,PN与圆C的另一个交点分别为E,F(EF与MN不重合),证明:直线EF过定点.

【典例2】(2024高三·全国·专题练习)已知圆:,为圆心,动直线过点,且与圆交于,两点,记弦的中点的轨迹为曲线.

(1)求曲线的方程;

(2)过作两条斜率分别为,的直线,交曲线于,两点,且,求证:直线过定点.

【典例3】(23-24高二上·浙江杭州·期中)已知圆过点,圆心在直线上,截轴弦长为.

(1)求圆的方程;

(2)若圆半径小于,点在该圆上运动,点,记为过、两点的弦的中点,求的轨迹方程;

(3)在(2)的条件下,若直线与直线交于点,证明:恒为定值.

【变式1】(23-24高二上·浙江宁波·阶段练习)平面直角坐标系中,圆M经过点,,.

(1)求圆M的标准方程;

(2)设,过点D作直线,交圆M于PQ两点,PQ不在y轴上.

①过点D作与直线垂直的直线,交圆M于EF两点,记四边形的面积为S,求S的最大值;

②设直线OP,BQ相交于点N,试证明点N在定直线上,求出该直线方程.

【变式2】(2024高三·全国·专题练习)在平面直角坐标系中,已知圆O:x2+y2=4与x轴负半轴交于点A,过点A的直线AM,AN分别与圆O交于M,N两点.

(1)若kAM=2,kAN=-,求△AMN的面积;

(2)若直线MN过点(1,0),求证:kAM·kAN为定值,并求此定值.

【变式3】(23-24高二上·河北石家庄·期中)已知点A,B是圆上的动点,且,直线PA,PB为圆的切线,当点A,B变动时,点P的轨迹为曲线.

(1)求曲线的方程;

(2)过点,斜率为k的直线与曲线交于点M,N,点Q为曲线上纵坐标最大的点,求证:直线MQ,NQ的斜率之和为定值.

【典例1】(23-24高二下·山西吕梁·阶段练习)已知P是圆上一动点,则点P到直线的距离的取值范围为(    )

A.B.

C.D.

【典例2】(23-24高二上·浙江杭州·期中)已知直线:与直线:相交于点,则当实数变化时,点到直线的距离的最大值为(    )

A.B.C.D.

【典例3】(2024·陕西安康·模拟预测)已知直线与直线相交于点,则到直线的距离的取值集合是(    )

A.B.C.D.

【变式1】(2024·北京门头沟·一模)在平面直角坐标系中, 记 为点 到直线 的距离, 则当 变化时, 的最大值与最小值之差为(    )

A.2B.3C.4D.6

【变式2】(23-24高二上·北京·期中)已知点是圆上一点,则点到直线的距离的最小值为(    )

A.0B.1C.2D.3

【变式3】(2024·河南·模拟预测)一直线族的包络线是这样定义的曲线:该曲线不包含于直线族中,但过该曲线上的每一点,都有直线族中的一条直线与它在这一点处相切.若曲线是直线族的包络线,则上的点到直线的最小距离为 .

【典例1】(2024高三·全国·专题练习)已知圆,过圆外一点引圆的两条切线,切点分别为,且.

(1)求圆的标准方程;

(2)若直线l的横截距为,纵截距为,直线l被圆C截得的弦长为,求的最小值.

【典例2】(23-24高二下·上海·期中)在平面直角坐标系中,圆的半径为,其圆心在射线上,且

(1)求圆的标准方程;

(2)若直线过点, 且与圆相切,求直线的方程;

(3)自点发出的光线射到轴上,被轴反射,其反射光线所在的直线与圆相切,求光线所在直线的方程.

【典例3】(23-24高二下·广东惠州·阶段练习)已知点,动点P满足,

(1)求动点P的轨迹方程;

(2)设动点P的轨迹为曲线C,若直线l过点,且曲线C截l所得弦长等于,求直线l的方程.

【变式1】(23-24高二上·安徽芜湖·阶段练习)已知圆C:.

(1)若圆C与y轴相切,求圆C的方程;

(2)若,圆C与x轴相交于M,N两点,且M的横坐标小于N的横坐标.过点M作一条直线与圆O:相交于两点A,B,若,求a的值.

【变式2】(2024高二·全国)、是已知圆的两条互相垂直的半径,延长至点P,延长至点Q.使得,.

(1)若直线OP和OQ的斜率都存在,试确定直线OP和OQ的斜率的乘积是否为一个常数?

(2)试确定是否为一个常数?

(3)设.试确定是否存在两个定点、,使,的斜率的乘积为一个常数?

【变式3】(23-24高二上·北京·期中)已知圆为过点且斜率为的直线.

(1)若与圆相切,求直线的方程;

(2)若与圆相交于不同的两点,是否存在常数,使得向量与共线?若存在,求的值:若不存在,请说明理由.

强化训练

A夯实基础

一、单选题

1.(23-24高二下·河南·阶段练习)若直线与圆相切,则圆的半径为(    )

A.2B.4C.D.8

2.(2024·辽宁丹东·二模)过坐标原点O作圆的两条切线OA,OB,切点分别为A,B,则(    )

A.B.2C.D.4

3.(23-24高二下·江西·阶段练习)以直线:和:的交点为圆心,并且与直线相切的圆的方程为(    )

A.B.

C.D.

4.(23-24高三上·贵州黔东南·开学考试)若直线与圆只有一个公共点,则(    )

A.B.1C.0D.2

5.(23-24高二上·上海·期末)已知圆,当圆心C到直线的距离最大时,实数的值是(    )

A.B.C.-3D.3

6.(23-24高二上·河北石家庄·期中)若直线过点,斜率为1,圆上恰有3个点到的距离为1,则的值为(    )

A.B.C.D.

7.(23-24高二上·陕西汉中·阶段练习)直线截圆所得的弦长为,则的值为(    )

A.-1B.1

C.3D.-3

8.(2024·山东菏泽·模拟预测)过点向圆作两条切线,切点分别为,若,则(    )

A.或B.或C.或D.或

二、多选题

9.(2024高三·全国·专题练习)已知直线l:与圆C:交于A,B两点,则的面积可能为(    )

A.B.C.D.

10.(23-24高二上·江苏连云港·期末)已知圆:,则下列说法正确的有(    )

A.圆关于直线对称的圆的方程为

B.直线被圆截得的弦长为

C.若圆上有四个点到直线的距离等于,则的取值范围是

D.若点是圆上的动点,则的取值范围是

三、填空题

11.(23-24高二上·陕西宝鸡·期中)直线与圆:交于,两点,若,则 .

12.(2024·天津·二模)设直线和圆相交于两点.若,则实数 .

四、解答题

13.(23-24高二上·山东日照·期末)已知直线:与垂直,且经过点.

(1)求的一般式方程;

(2)若与圆:相交于两点,求.

14.(23-24高二上·北京·期中)求满足下列条件的曲线方程:

(1)求过点且与圆相切的直线方程;

(2)求圆心在直线上,与轴相切,且被直线截得的弦长为的圆的方程.

B能力提升

1.(2024·广东·模拟预测)过圆外一点做圆的切线,切点为,若,则的最大值为(    )

A.B.C.D.8

2.(23-24高二下·浙江杭州·阶段练习)已知,,过轴上一点分别作两圆的切线,切点分别是,,求的最小值为 .

3.(23-24高二上·云南临沧·阶段练习)已知圆过点,且圆心在直线上.是圆外的点,过点的直线交圆于两点.

(1)求圆的方程;

(2)若点的坐标为,探究:无论的位置如何变化,是否恒为定值?若是,求出该定值;若不是,请说明理由.

4.(23-24高二上·广东广州·期中)圆.

(1)若圆C与y轴相切,求圆C的方程;

(2)已知,圆C与x轴相交于两点M,N(点M在点N的左侧).过点M任作一条直线与圆相交于两点A,B.问:是否存在实数a,使得.若存在,求出实数a,若不存在,请说明理由.

C新定义题型

1.(23-24高一上·上海徐汇·阶段练习)对于半径为的及一个正方形给出如下定义:若上存在到此正方形四条边距离都相等的点,则称是该正方形的“等距圆”。如图1,在平面直角坐标系中,正方形的顶点的坐标为(2,4),顶点、在轴上,且点在点的左侧.

(1)当时,已知两点,,则可以成为正方形的“等距圆”的圆心的是________;

(2)如图2,在正方形所在平面直角坐标系中,正方形的顶点的坐标为(6,2),顶点,在轴上,且点在点的上方.若同时为上述两个正方形的“等距圆”,且与所在直线相切,求圆心的坐标;

(3)在(2)的条件下,将正方形绕着点旋转一周,在旋转的过程中,线段上没有一个点能成为它的“等距圆”的圆心,写出的取值范围.(不必说明理由)