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    2020届高考数学二轮教师用书:层级二专题五第1讲 直线与圆
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    2020届高考数学二轮教师用书:层级二专题五第1讲 直线与圆

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    1 直线与圆

     [考情考向·高考导航]

    对于直线的考查,主要是求直线的方程;两条直线平行与垂直的判定;两条直线的交点和距离等问题一般以选择题、填空题的形式考查对于圆的考查,主要是结合直线的方程,用几何法或待定系数法确定圆的标准方程;对于直线与圆、圆与圆的位置关系等问题,含参数问题为命题热点,一般以选择题、填空题的形式考查,难度不大,涉及圆的解答题有逐渐强化的趋势

    [真题体验]

    1(2018·全国)直线xy20分别与xy轴交于AB两点P在圆(x2)2y22ABP面积的取值范围是(  )

    A[2,6]         B[4,8]

    C[3]  D[23]

    解析:A [由已知A(2,0)B(0,-2)圆心(2,0)到直线xy20的距离为d2,又圆的半径为.P到直线xy20的距离的最小值为,最大值为3,又|AB|2.∴△ABP面积的最小值为Smin×2×2,最大值为Smax×2×36.]

    2(2018·北京卷)在平面直角坐标系中d为点P(cos θsin θ)到直线xmy20的距离θm变化时d的最大值为(  )

    A1              B2           C3       D4

    解析:C [本题考查直线与圆的位置关系

    P(cos θsin θ)是单位圆x2y21上的点,直线xmy20过定点(2,0),当直线与圆相离时,d可取到最大值,设圆心到直线的距离为d0d0dd011,可知,当m0时,dmax3,故选C.]

    3(2018·天津卷)在平面直角坐标系中经过三点(0,0)(1,1)(2,0)的圆的方程为________

    解析:设圆的方程为x2y2DxEyF0

    圆经过三点(0,0)(1,1)(2,0),则:

    解得

    则圆的方程为x2y22x0.

    答案:x2y22x0

    4(2018·全国)直线yx1与圆x2y22y30交于AB两点|AB|________.

    解析:圆方程可化为x2(y1)24圆心为(0,-1),半径r2,圆心到直线xy10的距离d|AB|222.

    答案:2

    [主干整合]

    1两条直线平行与垂直的判定

    若两条不重合的直线l1l2的斜率k1k2存在l1l2k1k2l1l2k1k2=-1.若给出的直线方程中存在字母系数则要考虑斜率是否存在

    2两个距离公式

    (1)两平行直线l1AxByC10l2AxByC20间的距离d.

    (2)(x0y0)到直线lAxByC0的距离d.

    3圆的方程

    (1)圆的标准方程(xa)2(yb)2r2(r0)圆心为(ab)半径为r.

    (2)圆的一般方程x2y2DxEyF0(D2E24F0)圆心为半径为r.

    4直线与圆的位置关系的判定

    (1)几何法把圆心到直线的距离d和半径r的大小加以比较dr相交dr相切dr相离

    (2)代数法将圆的方程和直线的方程联立起来组成方程组利用判别式Δ来讨论位置关系Δ0相交Δ0相切Δ0相离

    热点一 直线的方程及其应用

    [1] (1)(2020·大连模拟)a2直线axy20与直线2x(a1)y40平行(  )

    A充要条件        B充分不必要条件

    C必要不充分条件  D既不充分也不必要条件

    [解析] A [axy20与直线2x(a1)y40平行,得a(a1)2a=-1a2.经检验当a=-1时,两直线重合(舍去)a2直线axy20与直线2x(a1)y40平行的充要条件]

    (2)(2020·厦门模拟)过直线l1x2y30与直线l22x3y80的交点且到点P(0,4)的距离为2的直线方程为________________

    [解析] 所以l1l2的交点为(1,2),当所求直线的斜率不存在时,所求直线为x1,显然不符合题意

    故设所求直线的方程为y2k(x1)

    kxy2k0

    因为P(0,4)到所求直线的距离为2,所以2,所以k0k.

    所以所求直线的方程为y24x3y20.

    [答案] y24x3y20

    (3)三名工人加工同一种零件他们在一天中的工作情况如图所示其中点Ai的横纵坐标分别为第i名工人上午的工作时间和加工的零件数Bi的横纵坐标分别为第i名工人下午的工作时间和加工的零件数i1,2,3.

    Qi为第i名工人在这一天中加工的零件总数Q1Q2Q3中最大的是________

    pi为第i名工人在这一天中平均每小时加工的零件数p1p2p3中最大的是________

    [解析] ,线段A1B1的中点为E1(x1y1),则Q12y1.

    因此,要比较Q1Q2Q3的大小,只需比较线段A1B1A2B2A3B3中点纵坐标的大小,作图(图略)比较知Q1最大

    p1,其几何意义为线段A1B1的中点E1与坐标原点连线的斜率,

    因此,要比较p1p2p3的大小,只需比较线段A1B1A2B2A3B3中点与坐标原点连线的斜率,作图比较知p2最大

    [答案] Q1 p2

    求解直线方程应注意的问题

    (1)求解两条直线平行的问题时,在利用A1B2A2B10建立方程求出参数的值后,要注意代入检验,排除两条直线重合的情况

    (2)要注意几种直线方程的局限性点斜式、两点式、斜截式要求直线不能与x轴垂直而截距式方程不能表示过原点的直线,也不能表示垂直于坐标轴的直线

    (3)求直线方程要考虑直线的斜率是否存在

    (2020·宁德模拟)过点M(0,1)作直线使它被两条直线l1x3y100l22xy80所截得的线段恰好被M所平分则此直线方程为____________

    解析:过点M且与x轴垂直的直线是x0,它和直线l1l2的交点分别为(0,8),显然不符合题意,故可设所求直线方程为ykx1,其图象与直线l1l2分别交于AB两点,则有

    解得xA,由解得xB.

    因为点M平分线段AB,所以xAxB2xM

    0,解得k=-.

    故所求的直线方程为y=-x1,即x4y40.

    答案:x4y40

     

    热点二 圆的方程及应用

    [2] (1)(山东高考题)圆心在直线x2y0上的圆Cy轴的正半轴相切Cx轴所得弦的长为2则圆C的标准方程为________________

    [解析] 设圆C的圆心为(ab)(b0),由题意得a2b0,且a2()2b2,解得a2b1.

    所求圆的标准方程为(x2)2(y1)24.

    [答案] (x2)2(y1)24

    (2)(2019·唐山三模)已知A(2,0)B(0,2)实数k是常数MN是圆x2y2kx0上两个不同点P是圆x2y2kx0上的动点如果MN关于直线xy10对称PAB面积的最大值是____________

    [解析] 依题意得圆x2y2kx0的圆心位于直线xy10上,于是有-10,即k=-2,因此圆心坐标是(1,0),半径是1.由题意可得|AB|2,直线AB的方程是1,即xy20,圆心(1,0)到直线AB的距离等于,点P到直线AB的距离的最大值是1PAB面积的最大值为×2×3.

    [答案] 3

    求圆的方程的两种方法

    (1)几何法:通过研究圆的性质、直线和圆、圆和圆的位置关系,求出圆的基本量:圆心坐标和半径如圆中弦所在的直线与圆心和弦中点的连线相互垂直,设圆的半径为r,弦长为|AB|,弦心距为d,则r2d22

    (2)代数法:设出圆的方程,用待定系数法求解在求圆的方程时,要根据具体的条件选用合适的方法,但一般情况下,应用几何法运算较简捷

    (1)(2019·临沂三模)已知圆M的圆心在x轴上且圆心在直线l1x=-2的右侧若圆M截直线l1所得的弦长为2且与直线l22xy40相切则圆M的标准方程为________________

    解析:由已知,可设圆M的圆心坐标为(a,0)a>-2,半径为r,得

    解得满足条件的一组解为

    所以圆M的方程为(x1)2y24.

    答案:(x1)2y24

    (2)(2020·马鞍山模拟)圆心在曲线y(x0)且与直线2xy10相切的面积最小的圆的标准方程为________________

    解析:由条件设圆心坐标为(a0),又因为圆与直线2xy10相切,所以圆心到直线的距离dr,当且仅当2a,即a1时取等号,所以圆心坐标为(1,2),圆的半径的最小值为,则所求圆的方程为(x1)2(y2)25.

    答案:(x1)2(y1)25

    热点三 直线()与圆的位置关系

    直观

    想象

    素养

    直观想象——圆的方程应用中的核心素养

    以学过的圆的相关知识为基础,借助曲线的方程感知一类问题共同特征的直观想象,然后利用直观想象解决问题.

    [3] (1)(2020·湖北八校联考)过点(0)作直线l与曲线y相交于AB两点O为坐标原点AOB的面积取最大值时直线l的斜率等于________

    [解析] 

    P(0),如图,易知|OA||OB|1

    所以SAOB|OA|·|OB|·sinAOBsinAOB,当AOB90°时,AOB的面积取得最大值,此时过点OOHAB于点H,则|OH|

    于是sinOPH

    易知OPH为锐角,所以OPH30°,则直线AB的倾斜角为150°,故直线AB的斜率为tan 150°=-.

    [答案] 

    (2)如图所示已知以点A(1,2)为圆心的圆与直线l1x2y70相切过点B(2,0)的动直线l与圆A相交于MN两点QMN的中点直线ll1相交于点P.

    |MN|2则直线l的方程为____________

    ·为定值则这个定值为________

    [解析] 设圆A的半径为R.

    A与直线l1x2y70相切,

    R2.

    A的方程为(x1)2(y2)220.

    a当直线lx轴垂直时,易知x=-2符合题意;

    b当直线lx轴不垂直时,设直线l的方程为yk(x2),即kxy2k0.连接AQ,则AQMN.

    |MN|2|AQ|1.

    |AQ|1,得k

    直线l的方程为3x4y60.

    所求直线l的方程为x=-23x4y60.

    ②∵AQBP·0.

    ·()·

    ···.

    当直线lx轴垂直时,得P.

    ,又(1,2)

    ··=-5.

    当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为yk(x2)

    解得P.

    .

    ··=-5.

    综上所述:·为定值,其定值为-5.

    [答案] x=-23x4y60 5

    直线()与圆的位置关系的解题思路

    (1)讨论直线与圆及圆与圆的位置关系时,要注意数形结合,充分利用圆的几何性质寻找解题途径,减少运算量

    (2)圆上的点与圆外点的距离的最值问题,可以转化为圆心到点的距离问题;圆上的点与直线上点的距离的最值问题,可以转化为圆心到直线的距离问题;圆上的点与另一圆上点的距离的最值问题,可以转化为两圆心之间的距离问题

    (1)(2020·银川调研)已知圆Mx2y22ay0(a0)截直线xy0所得线段的长度是2则圆M与圆N(x1)2(y1)21的位置关系是____________

    解析:由题意知圆M的圆心为(0a),半径Ra,因为圆M截直线xy0所得线段的长度为2,所以圆心M到直线xy0的距离d(a0),解得a2,又知圆N的圆心为(1,1),半径r1,所以|MN|,则RrRr,所以两圆的位置关系为相交

    答案:相交

    (2)(2020·江西七校联考)在平面直角坐标系xOyC的方程为x2y28x150若直线ykx2上至少存在一点使得以该点为圆心1为半径的圆与圆C有公共点k的最大值是________

    解析:

    C(x4)2y21,如图,直线ykx2上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,只需保证圆心Cykx2的距离小于等于2即可,

    20k.

    kmax.

    答案:

    限时40分钟 满分80

    一、选择题(本大题共11小题每小题555)

    1(2020·成都二诊)abc分别是ABC中角ABC所对的边则直线sin A·xayc0bxsin B·ysin C0的位置关系是(  )

    A平行         B重合

    C垂直  D相交但不垂直

    解析:C [由题意可得直线sin A·xayc0的斜率k1=-bxsin B·ysin C0的斜率k2,故k1k2=-·=-1,则直线sin A·xayc0与直线bxsin B·ysin C0垂直,故选C.]

    2(2020·杭州质检)一条光线从点(2,-3)射出y轴反射后与圆(x3)2(y2)21相切则反射光线所在直线的斜率为(  )

    A.-  B.-

    C.-  D.-

    解析:D [(2,-3)关于y轴的对称点为(2,-3),故可设反射光线所在直线的方程为y3k(x2)反射光线与圆(x3)2(y2)21相切,圆心(3,2)到直线的距离d1,化简得12k225k120,解得k=-或-.]

    3(2020·广州模拟)若动点AB分别在直线l1xy70l2xy50上运动AB的中点M到原点的距离的最小值为(  )

    A.  B2

    C3  D4

    解析:C [由题意知AB的中点M的集合为到直线l1xy70l2xy50的距离都相等的直线,则点M到原点的距离的最小值为原点到该直线的距离设点M所在直线的方程为lxym0,根据两平行线间的距离公式得,,即|m7||m5|,所以m=-6,即lxy60,根据点到直线的距离公式,得点M到原点的距离的最小值为3.]

    4(2020·河南六校联考)已知直线xya与圆x2y21交于AB两点O是坐标原点向量满足||||则实数a的值为(  )

    A1  B2

    C±1  D±2

    解析:C [满足||||,得

    因为直线xya的斜率是-1

    所以AB两点在坐标轴上并且在圆上;

    所以(0,1)(0,-1)两点都适合直线的方程,故a±1.]

    5(2020·怀柔调研)过点P(1,-2)作圆C(x1)2y21的两条切线切点分别为ABAB所在直线的方程为(  )

    Ay=-  By=-

    Cy=-  Dy=-

    解析:B [(x1)2y21的圆心为C(1,0),半径为1,以|PC|2为直径的圆的方程为(x1)2(y1)21,将两圆的方程相减得AB所在直线的方程为2y10,即y=-.故选B.]

    6(2020·温州模拟)已知圆C(x2)2y22直线lykx其中k[]上的任意一个实数则事件直线l与圆C相离发生的概率为(  )

    A.   B.

    C.   D.

    解析:D [当直线l与圆C相离时,圆心C到直线l的距离d,解得k1k<-1,又k[],所以-k<-11k,故事件直线l与圆C相离发生的概率P,故选D.]

    7(2019·潍坊三模)已知O为坐标原点AB是圆Cx2y26y50上两个动点|AB|2||的取值范围是(  )

    A[6262]  B[33]

    C[3,9]  D[3,6]

    解析:A [Cx2(y3)24,取弦AB的中点M,连接CMCA,在直角三角形CMA中,|CA|2|MA|1,则|CM|,则点M的轨迹方程为x2(y3)23,则||2||[6262]]

    8(多选题)直线xym0与圆x2y22x10有两个不同的交点的一个充分不必要条件是(  )

    A0<m<1  Bm<1

    C.-2<m<1  D.-3<m<1

    解析:AC [本题主要考查直线与圆的位置关系的判断x2y22x10的圆心为(1,0),半径为.因为直线xym0与圆x2y22x10有两个不同的交点,所以直线与圆相交,因此圆心到直线的距离d<,所以|1m|<2,解得-3<m<1,求其充分条件,即求其子集,故由选项易得AC符合故选AC.]

    9(2020·合肥质检)已知圆C1(x2)2(y3)25与圆C2相交于A(0,2)B(1,1)两点且四边形C1AC2B为平行四边形则圆C2的方程为(  )

    A(x1)2y25

    B(x1)2y2

    C.225

    D.22

    解析:A [通解 (常规求解法)设圆C2的圆心坐标为(ab),连接ABC1C2.因为C1(2,3)A(0,2)B(1,1),所以|AC1||BC1|,所以平行四边形C1AC2B为菱形,所以C1C2AB|AC2|.

    可得解得则圆心C2的坐标为(1,0)(2,3)(舍去)

    因为圆C2的半径为,所以圆C2的方程为(x1)2y25.故选A.

    优解 (特值验证法)由题意可知,平行四边形C1AC2B为菱形,则|C2A||C1A|,即圆C2的半径为,排除BD;将点A(0,2)代入选项AC,显然选项A符合故选A.]

    10(2020·惠州二测)已知圆Cx2y22ax2bya2b210(a0)的圆心在直线xy0且圆C上的点到直线xy0的距离的最大值为1a2b2的值为(  )

    A1  B2

    C3  D4

    解析:C [化圆Cx2y22ax2bya2b210(a0)为标准方程得C(xa)2(yb)21,其圆心为(ab),故ab0,即ba(ab)到直线xy0的距离d,因为圆C上的点到直线xy0的距离的最大值为1,故d1|2a1|11,得到|2a1|2,解得a=-a(舍去),故b×=-,故a2b2223.C.]

    11(2019·烟台三模)已知圆C(x1)2(y4)210和点M(5t)若圆C上存在两点AB使得MAMB则实数t的取值范围是(  )

    A[2,6]  B[3,5]

    C[2,6]  D[3,5]

    解析:C [

    MAMB是圆C的切线时,AMB取得最大值,若圆C上存在两点AB使得MAMB,则MAMB是圆C的切线时,AMB90°AMC45°,且AMC90°,如图,所以|MC|,所以16(t4)220,所以2t6,故选C.]

    二、填空题(本大题共5小题每小题525)

    12(双空填空题)在平面直角坐标系xOy已知圆C过点A(0,-8)且与圆x2y26x6y0相切于原点则圆C的方程为___________________________________________

    Cx轴截得的弦长为________

    解析:本题考查圆与圆的位置关系将已知圆化为标准式得(x3)2(y3)218,圆心为(3,3),半径为3.由于两个圆相切于原点,连心线过切点,故圆C的圆心在直线yx由于圆C过点(0,0)(0,-8),所以圆心又在直线y=-4联立yxy=-4,得圆心C的坐标(4,-4)又因为点(4,-4)到原点的距离为4,所以圆C的方程为(x4)2(y4)232,即x2y28x8y0.圆心Cx轴距离为4,则圆Cx轴截得的弦长为2×8.

    答案:x2y28x8y0 8

    13(2019·哈尔滨二模)设圆x2y22x2y20的圆心为C直线l(0,3)且与圆C交于AB两点|AB|2则直线l的方程为________________

    解析:当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x0,联立方程得

    |AB|2,符合题意当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为ykx3x2y22x2y20,即(x1)2(y1)24,其圆心为C(1,1),圆的半径r2,圆心C(1,1)到直线ykx3的距离dd22r234,解得k=-直线l的方程为y=-x3,即3x4y120.综上,直线l的方程为3x4y120x0.

    答案:x03x4y120

    14若圆x2y24与圆x2y2ax2ay90(a0)相交公共弦的长为2a________.

    解析:联立两圆方程

    可得公共弦所在直线方程为ax2ay50

    故圆心(0,0)到直线ax2ay50的距离为(a0)

    2 2

    解得a2

    因为a0,所以a.

    答案:

    15(2018·江苏卷)在平面直角坐标系xOyA为直线ly2x上在第一象限内的点B(5,0)AB为直径的圆C与直线l交于另一点D.·0则点A的横坐标为________

    解析:

    AB为直径

    ADBD

    BDB到直线l的距离

    |BD|2.

    |CD||AC||BC|r,又CDAB.

    |AB|2|BC|2

    A(a,2a)

    |AB|2a=-13(1舍去)

    答案:3

    16(2020·厦门模拟)为保护环境建设美丽乡村镇政府决定为ABC三个自然村建造一座垃圾处理站集中处理ABC三个自然村的垃圾受当地条件限制垃圾处理站M只能建在与A村相距5 km且与C村相距 km的地方已知B村在A村的正东方向相距3 kmC村在B村的正北方向相距3 km则垃圾处理站MB村相距________km.

    解析:A为坐标原点,AB所在直线为x轴建立平面直角坐标系(图略),则A(0,0)B(3,0)C(3,3)

    由题意得垃圾处理站M在以A(0,0)为圆心,5为半径的圆A上,同时又在以C(3,3)为圆心,为半径的圆C上,两圆的方程分别为x2y225(x3)2(y3)231.

    解得

    垃圾处理站M的坐标为(5,0)

    |MB|2|MB| 7

    即垃圾处理站MB村相距2 km7 km.

    答案:27

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