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例谈“直线与圆”高考题中的距离问题

2019-06-26齐斌德

中学生数理化·高一版 2019年1期
关键词:两圆外接圆圆心

齐斌德

解析几何是用代数方法研究几何问题的学科,解析法是沟通数与形的重要方法。直线方程和圆的方程是解析几何的基础知识,是高考考查的重点内容,试题难度为中等或偏易,主要以选择题、填空题的形式…现。从近几年的高考试题来看,以距离的求解为考查热点,现将近几年高考中和“直线与圆”有关的距离问题梳理总结如下。

题型一:求圆心到某一点的距離

例1 (201 5年全国卷Ⅱ)已知三点A(1,0),B(O,3),C(2,3),则三角形ABC的外接圆的圆心到原点的距离为( )。

解法1:根据题意画出图形,如图1所示,可知三角形ABC为正三角形,其外接圆的圆心坐标为()。

所以圆心到原点的距离d=。故选B。

解法2:直线BC的斜率为o,可知其垂直平分线的方程为x=l。直线AB的斜率为

,线段AB的中点坐标为()。因此线段AB的垂直平分线方程为。由,可得因此△ABC的外接圆的圆心坐标为()。所以圆心到原点的距离。故选B。

解法3:设三角形ABC外接圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r >O),则由A(1,o),B (O, ),C(2, )三点在圆上,可知

因此外接圆的圆心坐标为(1, )。

所以圆心到原点的距离d=。故选B。

方法总结:与圆有关的问题大多数与圆心坐标及半径有关,因此在求解的过程中,要重视圆心及半径的求法。如果直接给出了圆的方程,可以根据方程的特征及相关公式求解圆心坐标和半径;如果给定了一些几何特征,应根据几何特征求出圆心坐标及半径,也可以先求出圆的方程,然后根据方程求得圆心坐标和半径,必要的时候画出图形会起到事半功倍的效果。

题型二:求圆心到直线的距离

例2 (2018年全国卷Ⅲ)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,则三角形ABP面积的取值范围是()。

A.[2,6]

B.[4,8]

c.[, ]

D.[ , ]

解析

由题意知A为(-2,o),B为(o,-2),|AB= 。将线段AB看成三角形ABP的底边,则点P到直线x+y+ 2=0的距离为三角形ABP的高,如图2,可知当点P在E处时,三角形的面积最大,当点P在F处时,三角形的面积最小。

圆C:(x-2)2+y2—2的圆心坐标为C(2,O),半径为/2,圆心C到直线x+y+2=0的距离CD=,从而ED=2/2+/2=3/2,FD=2/2-/2=/2。因此三角形ABP面积的最大值为1/2AB.

1ED=,最小值为1/2AB.

1FD==2,所以三角形ABP面积的取值范围是[2,6]。故选A。

方法总结:方程(、z、 “)2+(y/))2一r 2(r>0)表示以(a,b)为圆心,r为半径的圆;方程x2+y2+Dx+Ey+F=O(D2+E2-4F>O)表示以()为圆心,半径r=的圆。在求解与圆心和半径有关的问题时,应先根据所给圆的方程特征求出圆心和半径,再根据题目条件解决相应的问题。在求解圆上的点到直线的距离时,设圆心到直线的距离为d,圆的半径为r,则圆上的点到直线的距离的最大值为d+r,最小值为d-r。

题型三:求弦长

例3 (2018年全国卷Ⅰ)直线y =x+1与圆x2+y2+2y-3=0交于A,B两点,则 AB=_____。

解法1:(代数法)由方程组可得 ,或因此直线与圆的两个交点的坐标分别为(0,1),(-2,-1),根据两点之间的距离公式可得AB=/(0+2)2+(1+1)2=。

解法2:(几何法)根据圆的方程x2+y2+2y-3=0,可知圆心坐标为(0,-1),半径r =2,圆心到直线y=x+l的距离为 ,所以AB =。

方法总结:在求解圆的弦长问题时,通常有两种方法,一种是先用代数法通过建立方程组,解出直线与圆的交点坐标,再利用两点之间的距离公式求解;另一种是通过几何法求解,即先求出圆的圆心坐标和半径,再求出圆心到直线的距离,最后利用勾股定理求出半弦长,进而求出弦长。两种方法各有利弊,在解决具体问题的过程中,要根据题意灵活选择恰当的方法,必要时可以画出图形帮助理解。

题型四:判断两圆的位置关系‘例4 (2014年湖南卷)若圆Cl:x2+y2 =1与圆C2:x2+y2-6x-8y+m=0外切,则m的值为()。

A.2l

B.19

C.9

D. -1l

解析 由题意知,圆Cl的圆心坐标为(0,0),半径r1=1,圆C2的圆心坐标为(3,4),半径r2=/25-m。由于两圆外切,所以 CiC2=|ri +r2,从而,解得,m=9。故选C。

方法总结:在判断两圆的位置关系时,主要通过对比圆心距和半径之和(差)的绝对值大小来确定。因此在求解时,应先求出两圆的圆心和半径,再求出圆心距,然后与半径之和(差)的绝对值进行比较,从而确定两圆的位置关系。

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