1.若直线mx+2ny-4=0始终平分圆 (x-2)2+(y-1) 2=9的周长,则mn的取值范围是( )
A. (0,1) B.(0,1]
C.(-∞,1) D.(-∞,1]
解析:选D.可知直线mx+2ny-4=0过圆心(2,1),
有2m+2n-4=0,即n=2-m,
则mn=m·(2-m)=-m2+2m=-(m-1)2+1≤1.
2.(2013·淮南高一评估)圆心为直线x-y+2=0与直线2x+y-8=0的交点,且过原点的圆的标准方程是________.
解析:由可得即圆心为(2,4).
r==2,
故圆的标准方程为(x-2)2+(y-4)2=20.
答案:(x-2)2+(y-4)2=20
3.平面直角坐标系中有A(0,1),B(2,1),C(3,4),D(-1,2)四点,这四点能否在同一个圆上?为什么?
解:能.设过A(0,1),B(2,1),C(3,4)的圆的方程为(x-a)2+(y-b) 2=r2.
将A,B,C三点的坐标分别代入得
解得
∴圆的方程为(x-1)2+(y-3)2=5.
将D(-1,2)的坐标代入上式圆的方程左边,
(-1-1)2+(2-3)2=4+1=5,
即D点坐标适合此圆的方程.
故A,B,C,D四点在同一圆上.
4.一艘轮船在沿直线返回港口的途中,接到气象台的台风预报:台风中心位于轮船正西70 km处,受影响的范围是半径为30 km的圆形区域.已知港口位于台风正北40 km处,如果这艘轮船不改变航线,那么它是否会受到台风的影响?
解:以台风中心为原点O,东西方向为x轴,南北方向为y轴,建立如图所示的直角坐标系.
这样,受台风影响的圆形区域所对应的圆的方程为x2+y2=302,①
轮船航线所在直线l的方程为+=1,
即4x+7y-280=0.②
如果圆O与直线l有公共点,则轮船受影响,需要改变航向;如果圆O与直线l无公共点,则轮船不受影响,无需改变航向.
由于圆心O(0,0)到直线l的距离
d==>30,
所以直线l与圆O无公共点.这说明轮船将不受台风影响,不用改变航向.
1.若使圆x2+y2+2x+ay-a-12=0(a为实数)的面积最小,则a=________.
解析:由已知得圆的半径:
r=
= = ,
∴当a=-2时,rmin==2,
即此时圆的面积最小.
答案:-2
2.已知圆x2+y2-4x+3=0,则x2+y2的最大值是________.
解析:圆的方程为(x-2)2+y2=1,圆心坐标是(2,0),半径为1.由于表示圆上的点(x,y)到原点的距离,故其最大值为2+1=3,从而x2+y2的最大值是9.
答案:9
3.(1)已知点M与两个定点A(4,2)、B(-2,6)的距离的比值为1,探求点M的轨迹,然后求出它的方程;
(2)已知点M与两个定点A(4,2)、B(-2,6)的距离的比值为时,M点的轨迹又是什么?求出它的方程.
解:设M(x,y),
(1)因为点M与两个定点A(4,2)、B(-2,6)的距离的比值为1,所以=1,
化简得3x-2y+5=0,
所以M的轨迹是直线,它的方程是3x-2y+5=0.
(2)因为点M与两个定点A(4,2)、B(-2,6)的距离的比值为,
所以=,
化简得(x-6)2+(y-)2=,
故此时M的轨迹是以(6,)为圆心,
半径为的圆,
它的方程是(x-6)2+(y-)2=.
4.已知圆的方程为x2+y2-8x-2y+12=0,在圆上求一点M使它到点P(1,1)的距离最大?圆上哪一点到P点的距离最小呢?
解:如图所示,将方程配方得(x-4)2+(y-1)2=5,方程表示以(4,1)为圆心,为半径的圆.
根据图形可知连接PO1并延长分别交圆于N、M两点,
显然|PM|为圆上的点和P点连线的距离的最大值,即|PM|=|PO1|+R=+=3+,
N点为圆上的点和P点连线的距离最小的点,
由图形知N点纵坐标为1,故令圆的方程中y=1,
得(x-4)2=5.解得x1=4+,x2=4-.
故点M(4+,1)为圆上到点P距离最大的点,点N(4-,1)为圆上到点P距离最小的点.
1.由直线y=x+1上的一点向圆(x-3)2+y2=1引切线,则切线长的最小值为( )
A.1 B.2
C. D.3
解析:选C.在直线上任取一点P(x,x+1),设切点为M,圆心为C(3,0),半径r=1.在Rt△PMC中,PM2=PC2-MC2=(x-3)2+(x+1)2-1=2(x-1)2+7≥7.
∴PM≥,即切线长的最小值为.
2.设直线2x+3y+1=0和圆x2+y2-2x-3=0相交于点A、B,则弦AB的垂直平分线方程是________.
解析:设与2x+3y+1=0垂直的直线方程是3x-2y+m=0.
又∵直线过圆心(1,0),
∴3×1-2×0+m=0,
∴m=-3,
即所求直线方程为3x-2y-3=0.
答案:3x-2y-3=0
3.设圆上的点A(2,3)关于直线x+2y=0的对称点仍在圆上,且圆与直线x-y+1=0相交的弦长为2,求圆的方程.
解:设圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2.
由已知可知,直线x+2y=0过圆心,则a+2b=0,①
又点A在圆上,则(2-a)2+(3-b)2=r2,②
∵直线x-y+1=0与圆相交的弦长为2.
∴()2+()2=r2.③
解由①②③所组成的方程组得或
故所求方程为(x-6)2+(y+3)2=52
或(x-14)2+(y+7)2=244
4.已知圆C:x2+(y-1)2=5,直线l:mx-y+1-m=0.
(1)求证:对任意m∈R,直线l与圆C总有两个不同的交点;
(2)设l与圆C交于A,B两点,若|AB|=,求l的倾斜角;
(3)求弦AB的中点M的轨迹方程.
解:(1)证明:由已知直线l:y-1=m(x-1),知直线l恒过定点P(1,1),
∵12=1<5,∴P点在圆C内,
所以直线l与圆C总有两个不同的交点.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),
联立方程组
消去y得
(m2+1)x2-2m2x+m2-5=0,x1,x2是一元二次方程的两个实根,
∵|AB|=|x1-x2|,
∴=·,∴m2=3,m=±,
∴l的倾斜角为或.
(3)设M(x,y),∵C(0,1),P(1,1),当M与P不重合时,|CM|2+|PM|2=|CP|2,
∴x2+(y-1)2+(x-1)2+(y-1)2=1.整理得轨迹方程为x2+y2-x-2y+1=0(x≠1).
当M与P重合时,M(1,1)满足上式,
故M的轨迹方程为x2+y2-x-2y+1=0.
1.两圆相交于点A(1,3)、B(m,-1),两圆的圆心均在直线x-y+c=0上,则m+c的值为( )
A.-1 B.2
C.3 D.0
解析:选C.AB中点(,1)在直线x-y+c=0上,
∴-1+c=0,m+2c=1,
又∵kAB===-1,
∴m=5,∴c=-2,∴m+c=3,故选C.
2.(2013·安庆高一评估)已知点P在圆x2+y2-8x-4y+11=0上,点Q在圆x2+y2+4x+2y+1=0上,则|PQ|的最小值是________.
解析:两圆的圆心和半径分别为C1(4,2),r1=3,C2(-2,-1),r2=2,
∴|PQ|min=|C1C2|-r1-r2=-3-2=3-5.
答案:3-5
3.已知两圆C1:x2+y2+4x-4y-5=0和圆C2:x2+y2-8x+4y+7=0.
(1)求证:两圆外切;
(2)求过点(2,3),且与两圆切于上述切点的圆的方程.
解:(1)证明:两圆的圆心和半径分别为
C1(-2,2),r1=,C2(4,-2),r2=.
∴|C1C2|==2=r1+r2.
∴两圆外切.
(2)设所求圆为
x2+y2+4x-4y-5+λ(x2+y2-8x+4y+7)=0,
由于圆过点(2,3),
∴4+9+4×2-4×3-5+λ(4+9-8×2+4×3+7)=0,
∴λ=-.
∴所求圆为
x2+y2+4x-4y-5-(x2+y2-8x+4y+7)=0,
即3x2+3y2+24x-20y-27=0.
4.
为了适应市场需要,某地准备建一个圆形生猪储备基地(如图),它的附近有一条公路,从基地中心O处向东走1 km是储备基地的边界上的点A,接着向东再走7 km到达公路上的点B;从基地中心O向正北走8 km到达公路的另一点C.现准备在储备基地的边界上选一点D,修建一条由D通往公路BC的专用线DE,求DE的最短距离.
解:
以O为坐标原点,过OB,OC的直线分别为x轴和y轴,建立平面直角坐标系,则圆O的方程为x2+y2=1,因为点B(8,0),C(0,8),所以直线BC的方程为+=1,
即x+y=8.
当点D选在与直线BC平行的直线(距BC较近的一条)与圆的切点处时,DE为最短距离,此时DE长的最小值为-1=(4-1)km.
1.在空间直角坐标系中,x轴上到点P(4,1,2)的距离为的点共有( )
A.0个 B.1个
C.2个 D.无数个
解析:选C.满足条件的x轴上的点的坐标可设为(a,0,0),则有=,
即(a-4)2=25,解得a=9或a=-1,
所以满足条件的点为(9,0,0)或(-1,0,0).故选C.
2.(2013·连云港高一检测)
如图所示,正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,以D为原点,以正方体的三条棱DA,DC,DD1所在的直线分别为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系,若点P在正方体的侧面BCC1B1及其边界上运动,并且总是保持AP⊥BD1,则下列点P的坐标①(1,1,1),②(0,1,0),③(1,1,0),④(0,1,1),⑤(,1,)中正确的是________.
解析:
∵点P在正方体的侧面BCC1B1及其边界上运动,BD1是定线段,AP⊥BD1,
∴直线AP在与直线BD1垂直的平面内运动.连接AB1,AC得平面ACB1,与平面BCC1B1的交线为CB1,点P的轨迹是线段CB1,故正确的结论有①②⑤.
答案:①②⑤
3.正方体ABCD-A1B1C1D1中,P为平面A1B1C1D1的中心,求证:AP⊥B1P.
证明:
建立如图所示的空间直角坐标系Dxyz,设棱长为1,则A(1,0,0),B1(1,1,1),P(,,1),由两点间的距离公式得|AP|=
=,
|B1P|==,
|AB1|==,
∴|AP|2+|B1P|2=|AB1|2,∴AP⊥B1P.
4.
如图,已知正方形ABCD、正方形ABEF的边长都是1,而且平面ABCD与平面ABEF互相垂直,点M在AC上移动,点N在BF上移动.若CM=BN=a(0
(1)MN的长;
(2)a为何值时,MN的长最小?
解:(1)
∵平面ABCD⊥平面ABEF,平面ABCD∩平面ABEF=AB,AB⊥BE,
∴BE⊥平面ABCD.
∴AB,BC,BE两两垂直.
∴以B为原点,以BA、BE、BC所在的直线分别作为x轴、y轴和z轴,建立如图所示的空间直角坐标系.
则M(a,0,1-a),N(a,a,0).
由空间两点间的距离公式,
得|MN|=
==.
(2)∵|MN|=,
∴a=时,|MN|min=.
(时间:100分钟;满分:120分)
一、选择题(本大题共10小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.方程x2+y2-x+y+m=0表示一个圆,则m的范围是( )
A.m< B.m<2
C.m≤ D.m≤2
解析:选A.由(-1)2+12-4m>0得m<.故选A.
2.圆x2+y2-8x+6y+16=0与圆x2+y2=64的位置关系是( )
A.相交 B.相离
C.内切 D.外切
解析:选C.圆x2+y2-8x+6y+16=0可化为(x-4)2+(y+3)2=9.
圆心距为=5,由于8-3=5,故两圆内切.
3.若直线3x+y+a=0过圆x2+y2+2x-4y=0的圆心,则a的值为( )
A.-1 B.1
C.3 D.-3
解析:选B.化圆为标准形式为(x+1)2+(y-2)2=5,圆心为(-1,2).∵直线过圆心,
∴3×(-1)+2+a=0,∴a=1.
4.直线x-2y-3=0与圆(x-2)2+(y+3)2=9交于E,F两点,则△EOF(O是原点)的面积为( )
A. B.
C.2 D.
解析:选D.该圆的圆心为A(2,-3),半径r=3,圆心到直线的距离d==,弦长为2=2=4,又原点到直线的距离为=,
所以S=×4×=.
5.以点(2,-1)为圆心且与直线3x-4y+5=0相切的圆的方程是( )
A.(x-2)2+(y+1)2=3 B.(x+2)2+(y-1)2=3
C.(x-2)2+(y+1)2=9 D.(x+2)2+(y-1)2=9
解析:选C.由题意知,圆的半径r==3,故所求圆的方程为(x-2)2+(y+1)2=9.
6.与圆(x-2)2+y2=1外切,且与y轴相切的动圆圆心P的轨迹方程为( )
A.y2=6x-3 B.y2=2x-3
C.x2=6y-3 D.x2-4x-2y+3=0
解析:选A.设P(x,y),则-1=x,移项平方得y2=6x-3.
7.设实数x,y满足(x-2)2+y2=3,那么的最大值是( )
A. B.
C. D.
解析:
选D.如图所示,设过原点的直线方程为y=kx,则与圆有交点的直线中,kmax=,∴的最大值为.故选D.
8.设点P(a,b,c)关于原点的对称点为P′,则|PP′|=( )
A. B.2
C.|a+b+c| D.2|a+b+c|
解析:选B.P(a,b,c)关于原点的对称点P′(-a,-b,-c),则|PP′|==2,故选B.
9.圆x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)关于直线y=x-1对称,则( )
A.D+E=2 B.D-E=-1
C.D-E=-2 D.D+E=1
解析:选C.圆的对称轴是圆的直径所在的直线,这是圆的性质,也是题中的隐含条件,所以圆心在直线y=x-1上,所以-=--1,D-E=-2,故选C.
10.与直线x+y-2=0和曲线x2+y2-12x-12y+54=0都相切的半径最小的圆的标准方程是( )
A.(x-2)2+(y-2)2=2 B.(x+2)2+(y+2)2=2
C.(x-2)2+(y+2)2=2 D.(x+2)2+(y-2)2=2
解析:选A.设所求圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2.如图,
当已知圆与所求圆圆心连接垂直于已知直线时,半径最小,此时2r+3等于已知圆圆心到已知直线的距离,
即=2r+3,
解得:r=,则
解得:a=2,b=2.
∴所求圆的标准方程为(x-2)2+(y-2)2=2.
二、填空题(本大题共5小题,请把正确的答案填在题中的横线上)
11.直线l:y=k(x+3)与圆O:x2+y2=4交于A,B两点,|AB|=2,则实数k=________.
解析:由已知可求出圆心O到直线l的距离d=,即=,解得k=±.
答案:±
12.点P为圆x2+y2=1上的动点,则点P到直线3x-4y-10=0的距离的最小值为________.
解析:点P到直线3x-4y-10=0距离的最小值为圆心到直线的距离减半径.
dmin=-1=-1=1.
答案:1
13.已知圆C1:x2+y2-6x-7=0与圆C2:x2+y2-6y-27=0相交于A、B两点,则线段AB的中垂线方程为________.
解析:AB的中垂线即为圆C1、圆C2的连心线C1C2.又C1(3,0),C2(0,3),所以C1C2的方程为x+y-3=0.
答案:x+y-3=0
14.已知圆C过点(1,0),且圆心在x轴的正半轴上,直线l:y=x-1被圆心C所截得的弦长为2,则过圆心且与直线l垂直的直线的方程为________.
解析:由题意,设所求的直线方程为x+y+m=0,设圆心坐标为(a,0),
则由题意知:()2+2=(a-1)2,解得a=3或-1,
又因为圆心在x轴的正半轴上,所以a=3,
故圆心坐标为(3,0),
因为圆心(3,0)在所求的直线上,
所以有3+0+m=0,即m=-3,
故所求的直线方程为x+y-3=0.
答案:x+y-3=0.
15.若圆(x-1)2+(y+1)2=R2上有且仅有两个点到直线4x+3y=11的距离等于1,则半径R的取值范围是________.
解析:圆心到直线的距离为2,又圆(x-1)2+(y+1)2=R2上有且仅有两个点到直线4x+3y=11的距离等于1,结合图形(图略)可知,半径R的取值范围是1答案:(1,3)
三、解答题(本大题共5小题,解答时应写出文字说明、证明过程或演算步骤)
16.过点P(-1,2)作圆x2+y2-2x+4y-15=0的切线,求切线方程.
解:因为(-1)2+22-2×(-1)+4×2-15=0,所以P (-1,2)在圆上,所以该圆过点P的切线有且只有一条.因为圆的方程可化为(x-1)2+(y+2)2=20,所以圆心坐标为C(1,-2),所以kpc==-2,所以k切=,所以切线方程为x-2y+5=0.
17.已知圆C:(x-1)2+y2=9内有一点P(2,2),过点P作直线l交圆C于A、B两点.
(1)当l经过圆心C时,求直线l的方程;
(2)当弦AB被点P平分时,写出直线l的方程.
解:(1)已知圆C:(x-1)2+y2=9的圆心为C(1,0),因直线l过点P、C,所以直线l的斜率为2,直线l的方程为y=2(x-1),即2x-y-2=0.
(2)当弦AB被点P平分时,l⊥PC,直线l的方程为y-2=-(x-2),
即x+2y-6=0.
18.如图所示,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,|AB|=|AD|=3,|AA1|=2,点M在A1C1上,|MC1|=2|A1M|,N在D1C上且为D1C的中点,求M、N两点间的距离.
解:如图,分别以AB、AD、AA1所在的直线为x轴、y轴、z轴建立空间直角坐标系.
由题意可知C(3,3,0),D(0,3,0),
∵|DD1|=|CC1|=2,
∴C1(3,3,2),D1(0,3,2).
∵N为CD1的中点,∴N.
M是A1C1的三等分点且靠近点A1,∴M(1,1,2).
由两点间距离公式,得
|MN|= =.
19.已知两圆x2+y2-2x+10y-24=0和x2+y2+2x+2y-8=0.
(1)试判断两圆的位置关系;
(2)求公共弦所在的直线方程;
(3)求公共弦的长度.
解:(1)将两圆方程配方化为标准方程,
C1:(x-1)2+(y+5)2=50,C2:(x+1)2+(y+1)2=10.
则圆C1的圆心为(1,-5),半径r1=5;
圆C2的圆心为(-1,-1),半径r2=.
又|C1C2|=2,r1+r2=5+,
r1-r2=5-.
∴r1-r2<|C1C2|(2)将两圆方程相减,得公共弦所在直线方程为x-2y+4=0.
(3)法一:两方程联立,得方程组
两式相减得x=2y-4③,把③代入②得y2-2y=0,
∴y1=0,y2=2.
∴或,
所以交点坐标为(-4,0)和(0,2).
∴两圆的公共弦长为=2.
法二:两方程联立,得方程组
,
两式相减得x-2y+4=0,即两圆相交弦所在直线的方程;
由x2+y2-2x+10y-24=0,得(x-1)2+(y+5)2=50,
其圆心为C1(1,-5),半径r1=5.
圆心C1到直线x-2y+4=0的距离d==3,设公共弦长为2l,由勾股定理r2=d2+l2,得50=45+l2,解得l=,所以公共弦长2l=2.
20.已知圆C:x2+y2-2x+4y-4=0,是否存在斜率为1的直线l,使以l被圆C截得的弦AB为直径的圆过原点?若存在,求出直线l的方程;若不存在,说明理由.
解:圆C化成标准方程为(x-1)2+(y+2)2=32.
假设存在以AB为直径的圆M,圆心M的坐标为(a,b),
由于CM⊥l,∴kCM·kl=-1,
∴kCM==-1,
即a+b+1=0,得b=-a-1.①
直线l的方程为y-b=x-a,即x-y+b-a=0,
|CM|=.
∵以AB为直径的圆M过原点,
∴|MA|=|MB|=|OM|,
|MB|2=|CB|2-|CM|2=9-,
|OM|2=a2+b2,
∴9-=a2+b2.②
把①代入②得2a2-a-3=0.
∴a=或a=-1.当a=时,b=-,
此时直线l的方程为x-y-4=0;
当a=-1时,b=0,此时直线l的方程为x-y+1=0.
故这样的直线l是存在的,方程为x-y-4=0或x-y+1=0.
1.圆心在x轴上,半径为1,且过点(2,1)的圆的方程是( )
A.(x-2)2+y2=1 B.(x+2)2+y2=1
C.(x-1)2+(y-3)2=1 D.x2+(y-2)2=1
解析:选A.设圆的圆心为(a,0),则=1,∴a=2,∴圆的标准方程是(x-2)2+y2=1.故选A.
2.若圆(x-3)2+(y+5)2=r2上有且仅有两个点到直线4x-3y=2的距离为1,则半径r的取值范围是( )
A.(4,6) B.[4,6)
C.(4,6] D.[4,6]
解析:选A.圆心(3,-5)到直线4x-3y=2的距离d=5,由已知得d-13.过P(-2,4)及Q(3,-1)两点,且在x轴上截得的弦长为6的圆的方程是________.
解析:设圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,则
∴或
答案:(x-1)2+(y-2)2=13或(x-3)2+(y-4)2=25
4.(2013·大连高一检测)直线l:y=x+b与曲线c:y=仅有一个公共点,则b的取值范围是________.
解析:曲线C如图,要使l:y=x+b与曲线仅有一个交点,需要-1≤b<1或b=.
答案:{b|b=或-1≤b<1}
5.如图,圆O1和圆O2的半径长都是1,|O1O2|=4,过动点P分别作圆O1和圆O2的切线PM,PN(M,N为切点),使得PM=|PN|.试建立平面直角坐标系,并求动点P的轨迹方程.
解:以O1O2的中点O为原点,O1O2所在直线为x轴,建立平面直角坐标系,则O1(-2,0),O2(2,0).设P(x,y).
∵|PM|=|PN|,∴ |PM|2=2|PN|2.
又∵两圆半径均为1,
∴|PO1|2-12=2(|PO2|2-12).
则(x+2)2+y2-1=2[(x-2)2+y2-1],
即(x-6)2+y2=33.
故所求点P的轨迹方程为(x-6)2+y2=33.
6.实数x、y满足x2+y2+2x-4y+1=0.
(1)求的最大值和最小值;
(2)求的最大值和最小值.
解:将方程变形为(x+1)2+(y-2)2=4.
此方程表示以(-1,2)为圆心,2为半径的圆.
(1)表示圆上的点(x,y)与定点(4,0)连线的斜率,所以令=k,即y=k(x-4).
当直线y=k(x-4)与已知圆相切时(如图),取最值,所以=2,解得k=0或k=-.因此的最小值是-,最大值为0.
(2)=,它表示圆上的点(x,y)与定点(1,0)的距离.定点(1,0)到已知圆的圆心距离d==2.
所以的最大值为d+r=2+2,最小值为d-r=2-2.