2.2 直线与圆的位置关系
2.2.1 直线与圆的位置关系(1)
一、 单项选择题
1 直线x-y+2=0与圆x2+y2=2的位置关系为( )
A. 相交 B. 相切
C. 相离 D. 无法确定
2 若直线2x-y+a=0始终平分圆x2+y2-4x+4y=0的周长,则a的值为( )
A. 4 B. 6 C. -6 D. -2
3 自点A(-1,4)作圆(x-2)2+(y-3)2=1的切线,则切线长为( )
A. B. 3 C. D. 5
4 (2023佛山联考)若直线l:y=x+m与曲线C:x+=0有两个公共点,则实数m的取值范围是( )
A. [1,) B. (1,]
C. (3,3] D. [3,3)
5 (2023河南月考)已知直线l:y=k(x-1)与圆C:(x-1)2+(y-2)2=5相交于A,B两点,若∠ACB<90°,则实数k的取值范围为( )
A. (-,) B. (-,)
C. (-,) D.
6 (2023宜春丰城中学月考)已知点P(x,y)在圆(x-1)2+(y-1)2=4上运动,则的最大值为( )
A. B. C. D. 1
二、 多项选择题
7 给定直线l:3x+4y=0和圆C:x2-4x+y2=m-5,则下列说法中正确的是( )
A. m的取值范围为(0,+∞)
B. 当直线l与圆C相切时,m=
C. 当1D. 当直线l与圆C相交时,m>
8 (2023开封一模)已知圆M:(x-1)2+(y+2)2=2,直线l:x-3y+3=0,P是直线l上的动点,过点P作圆M的切线PA,切点为A,则当切线长PA取最小值时,下列结论中正确的是( )
A. PA=2
B. PA=
C. 直线PA的方程可以是y=-x+1
D. 直线PA的方程可以是y=7x+1
三、 填空题
9 与圆C:(x-1)2+(y+2)2=10切于点A(4,-1)的直线方程为________________.
10 (2023清镇博雅实验学校月考)已知圆 x2+y2=a,直线l:y=x-2,圆上恰有一个点到直线l的距离等于1,则a=________.
11 (2023南平一中月考)已知点P在圆(x-5)2+(y-5)2=16上,点A(4,0),B(0,2),当∠PBA最大时,线段PB的长度为________.
四、 解答题
12 已知曲线C:x2+y2+2x+4y+m=0.
(1) 当m为何值时,曲线C表示圆?
(2) 若直线l:y=x-m与圆C相切,求m的值.
13 (2023台州一中期中)已知圆C经过点(2,0),(0,2),(2,4).
(1) 求圆C的方程;
(2) 若直线l与圆C相切,且与x轴正半轴交于点A(a,0),与y轴正半轴交于点B(0,b),求(a-4)·(b-4)的值.
【答案解析】
2.2 直线与圆的位置关系
2.2.1 直线与圆的位置关系(1)
1. B 设圆心到直线的距离为d,则d===r,所以直线与圆相切.
2. C 由圆的方程可得圆心坐标为(2,-2),满足题意时直线经过圆的圆心,即2×2-(-2)+a=0,解得a=-6.
3. B 圆的圆心为(2,3),半径为1,则圆心到点A 的距离d==,由直线与圆相切的位置关系可知,切线长为=3.
4. D 方程x+=0,即x2+y2=9(x≤0)表示的是一个以原点为圆心,3为半径的左半圆,如图,设曲线C与x轴,y轴分别交于点A(-3,0),B(0,3),连接AB.因为直线AB与直线y=x+m的斜率均为1,所以要使直线l与该半圆有两个交点,直线l必在AB以上的半圆内平移,直到直线l与半圆相切(不含相切),则可求出直线l的两个临界位置对应的m的值.当直线l与AB重合时,m=3;当直线l与半圆相切时,圆心(0,0)到直线y=x+m的距离d=r=3,即=3,解得m=3或m=-3(舍去),所以m的取值范围是[3,3).
5. C 因为圆C:(x-1)2+(y-2)2=5的圆心为C(1,2),半径为,过点C作CH⊥AB,垂足为H,如图,由∠ACB<90°,可得∠ACH<45°,则∠HAC>45°,所以sin ∠HAC=>,可得CH>AC=.因为直线l:y=k(x-1)可化为kx-y-k=0,所以CH=>,解得-6. C 设k=,则kx-y-5k+1=0(x≠5).因为点P(x,y)在圆(x-1)2+(y-1)2=4上运动,所以直线kx-y-5k+1=0(x≠5)与圆(x-1)2+(y-1)2=4有交点.又圆心为(1,1),半径为r=2,所以≤2,解得-≤k≤,经检验,-≤k≤满足题意,所以的最大值为.
7. BC 圆C:x2-4x+y2=m-5的标准方程为(x-2)2+y2=m-1,圆心为C(2,0),半径r=.对于A,由r=>0,解得m>1,故A错误;对于B,因为点C(2,0)到直线l:3x+4y=0的距离为d==,所以当直线l与圆C相切时,r==,解得m=,故B正确;对于C,当1,解得m>,故D错误.故选BC.
8. ACD 圆M:(x-1)2+(y+2)2=2的圆心为M(1,-2),半径r=,则圆心M到直线l的距离d==.因为P是直线l上的动点,过点P作圆M的切线PA,切点为A,则切线长PA的最小值为PAmin==2,故A正确,B错误;设过点M(1,-2)与直线l垂直的直线方程为3x+y+n=0,则3-2+n=0,解得n=-1,所以3x+y-1=0.由解得所以P(0,1),显然过点P(0,1)的切线的斜率存在,设切线PA的方程为y=kx+1,则=,解得k=-1或k=7,所以切线PA的方程为y=-x+1或y=7x+1,故C,D正确.故选ACD.
9. 3x+y-11=0 由圆C:(x-1)2+(y+2)2=10,得C(1,-2),则kAC==,所以与圆C相切于点A的直线斜率k=-3,所以切线方程为y+1=-3(x-4),即3x+y-11=0.
10. 1 圆x2+y2=a的圆心为(0,0),r=,a>0,由题意,得圆心到直线l:x-y-2=0的距离d==r+1=+1,则a=1.
11. 3 由题意,得圆(x-5)2+(y-5)2=16的圆心为M(5,5),半径为4,如图,当 ∠PBA最大时,PB与圆M相切,连接MP,BM,可知PM⊥PB.又BM==,MP=4,所以PB==3.
12. (1) 由曲线C:x2+y2+2x+4y+m=0,
得(x+1)2+(y+2)2=5-m,
由5-m>0,得m<5,
所以当m<5时,曲线C表示圆.
(2) 圆C的圆心坐标为(-1,-2),半径为.
因为直线l:y=x-m与圆C相切,
所以=,
解得m=±3,满足m<5,
所以m=±3.
13. (1) 设圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2,
则解得
所以圆C的方程为(x-2)2+(y-2)2=4.
(2) 设直线l:+=1,即bx+ay-ab=0,
由(1)知圆C的方程为(x-2)2+(y-2)2=4,
因为直线l与圆C相切,
所以=2,
则(2a+2b-ab)2=4(a2+b2),
所以4(a+b)2-4ab(a+b)+a2b2=4(a2+b2),
化简,得(a-4)(b-4)=8.2.2.2 直线与圆的位置关系(2)
一、 单项选择题
1 直线l:ax+y-2=0与圆M:x2+y2-2x-4y+4=0的位置关系为( )
A. 相离 B. 相切
C. 相交 D. 无法确定
2 (2023惠州博罗县博师高级中学期末)直线l:2mx+y-m-1=0与圆C:x2+(y-2)2=4交于A,B两点,则当弦AB最短时,直线l的方程为( )
A. x-4y+3=0 B. 2x-4y-3=0
C. 2x+4y+1=0 D. 2x-4y+3=0
3 (2023焦作一中期末)若直线kx-y-2=0与曲线=x-1有两个不同的交点,则实数k的取值范围是( )
A.
B.
C. ∪
D.
4 直线x+y-3=0截圆x2+y2=r2所得劣弧所对的圆心角为,则r的值为( )
A. B. C. D.
5 已知直线x-y+λ=0与圆O:x2+y2-6x-2y+1=0交于A,B两点,且OA⊥OB,则实数λ的值为( )
A. -1或-3 B. 1或-5
C. 3或-7 D. 7或-12
6 (2023黄山八校联盟期中)已知P是直线l:x-2y+4=0上一动点,过点P作圆C:x2+y2-2x=0的两条切线,切点分别为A,B,则四边形PACB外接圆的面积的最小值为( )
A. 5π B. C. D. 4π
二、 多项选择题
7 (2023阳山南阳中学月考)已知直线l:kx-y-k=0与圆M:x2+y2-4x-2y+1=0,则下列说法中正确的是( )
A. 直线l恒过定点(1,0)
B. 圆M的半径为2
C. 存在实数k,使得直线l与圆M相切
D. 直线l被圆M截得的弦长最长为4
8 (2023东莞中学松山湖学校期中)已知圆O:x2+y2=4,过点M作圆O的两条切线,切点分别为A,B,且直线AB恒过定点D(1,-1),则下列结论中正确的是( )
A. 点M的轨迹方程为x-y+4=0
B. AB的最小值为2
C. 圆O上的点到直线AB距离的最大值为2+
D. ∠AMB≤90°
三、 填空题
9 若实数x,y满足x2+y2-4y+3=0,则的取值范围是________.
10 过点(-3,0)作一条直线与圆x2+y2=4分别交于M,N两点.若弦MN的长为2,则直线MN的方程为_____________________________.
11 (2023阳江两阳中学月考)已知圆M:(x-2)2+(y+1)2=2,过点P(4,0)的直线l与圆M相交于A,B两点,则△ABM面积的最大值为________.
四、 解答题
12 (2023建瓯芝华中学期中)已知以点M为圆心的圆经过点A(2,4),B(6,2),线段AB的垂直平分线交圆M于点C,D,且CD=2.
(1) 求直线CD的方程;
(2) 求圆M的方程.
13 已知直线l:kx-y+k+2=0与圆C:(x-1)2+(y-2)2=1交于M,N两点.
(1) 求实数k的取值范围;
(2) 若△CMN的面积为,求直线l的方程.
【答案解析】
2.2.2 直线与圆的位置关系(2)
1. C 由圆M:x2+y2-2x-4y+4=0,得圆心M(1,2),半径r=1,所以圆心M到直线l的距离为d==<1,则直线l与圆M相交.
2. D 由2mx+y-m-1=0,得(2x-1)m+y-1=0,令解得故直线l过定点P.由x2+(y-2)2=4,得圆心C(0,2),半径r=2.当AB⊥CP时,弦AB最短,直线CP的斜率kCP==-2,则直线l的斜率kAB=,故直线l的方程为y-1=,即2x-4y+3=0.
3. A 由曲线=x-1,可得(x-1)2+(y-1)2=1(x≥1),又由直线kx-y-2=0,即y=kx-2,得直线恒过定点P(0,-2),作出半圆与直线的图象,如图,可得A(1,0),所以kPA==2.当直线与半圆相切时,可得=1,解得k=,所以实数k的取值范围为.
4. C 令劣弧的两个端点分别为A,B,圆心为O,则△OAB为正三角形,圆心O到直线AB:x+y-3=0的距离为r,所以r=,解得r=.
5. B 由x2+y2-6x-2y+1=0,得(x-3)2+(y-1)2=9,所以圆O的圆心为(3,1),半径为3.因为OA⊥OB,所以圆心到直线AB的距离为,所以=,解得λ=1或λ=-5.
6. B 如图,由PA⊥AC,PB⊥BC知,四边形PACB的外接圆以PC为直径,所以面积S=PC2.因为PC的最小值为点C到直线l的距离d==,所以S≥π.
7. ABD 对于A,l:kx-y-k=0变形为y=k(x-1),则直线l恒过定点(1,0),故A正确;对于B,圆M:x2+y2-4x-2y+1=0变形为(x-2)2+(y-1)2=4,则圆心坐标为(2,1),半径为2,故B正确;对于C,圆心(2,1)到直线l:kx-y-k=0的距离为=2,整理,得3k2+2k+3=0,由Δ=4-36=-32<0可得方程无解,所以不存在实数k,使得直线l与圆M相切,故C错误;对于D,若k=1,则直线方程为l:x-y-1=0,所以圆心(2,1)在直线l:x-y-1=0上,所以直线l被圆M截得的弦长为直径4,为最大弦长,故D正确.故选ABD.
8. CD 对于A,设M(x0,y0),则以OM为直径的圆的方程为x(x-x0)+y(y-y0)=0,化简,得x2+y2-xx0-yy0=0,与x2+y2=4联立,两式相减,得直线AB的方程为xx0+yy0=4.又因为直线AB恒过定点D(1,-1),所以点M的轨迹方程为x0-y0-4=0,即x-y-4=0,故A错误;对于B,因为OD=,当OD⊥AB时,弦长最小,所以ABmin=2=2,故B错误;对于C,因为直线AB恒过定点D(1,-1),所以圆O上的点到直线AB距离的最大值为OD+r=+2,故C正确;对于D,如图,圆心O到直线x-y-4=0的距离为2,记l:x-y-4=0,当点M运动到OM⊥l时,sin ∠AMO==,则∠AMO=45°,所以∠AMB=90°;当点M位于直线l的其他位置时,OM>2,sin ∠AMO=<=,则∠AMO<45°,所以∠AMB<90°,综上,∠AMB≤90°,故D正确.故选CD.
9. (-∞,-]∪[,+∞) 由x2+y2-4y+3=0,得x2+(y-2)2=1,所以(x,y)表示以(0,2)为圆心,半径为1的圆上的点,表示点(x,y)与点(0,0)的斜率.如图,设直线y=kx,则点(0,2)到直线kx-y=0的距离d==1,解得k=±,所以的取值范围是(-∞,-]∪[,+∞).
10. x-y+=0或x+y+=0 由题意可知,直线MN的斜率存在,设其斜率为k,则直线MN的方程为y=k(x+3),即kx-y+3k=0.若弦MN的长为2,则圆心O(0,0)到直线MN的距离为d==1,所以=1,解得k=±,故直线MN的方程为x-y+=0或x+y+=0.
11. 1 设圆心M到直线l的距离为d(012. (1) 因为直线AB的斜率k==-,
所以直线CD的斜率为2.
又AB的中点坐标为(4,3),
所以直线CD的方程为y-3=2(x-4),
即2x-y-5=0.
(2) 设圆心为M(a,b),
由点M在直线2x-y-5=0上,得2a-b-5=0.
因为CD=2,
所以圆M的半径r=MA=.
又AB==2,
弦心距d=,
所以r2=d2+,
即10=(a-4)2+(b-3)2+5,
解得或
所以圆心为(5,5)或(3,1),
所以圆M的方程为(x-5)2+(y-5)2=10或(x-3)2+(y-1)2=10.
13. (1) 因为直线l与圆C交于两点,
所以圆心到直线的距离d=<1,
解得-所以实数k的取值范围为.
(2) 由(1)得d=,
所以MN=2=2=2,
所以S△CMN=×2×==,
解得k=±,
所以直线l的方程为x-7y++14=0或x+7y+-14=0.2.2.3 直线与圆的位置关系(3)
一、 单项选择题
1 (2023南宁一中月考)若直线x+2y+1=0是圆(x-a)2+y2=1的一条对称轴,则实数a的值为( )
A. B. - C. 1 D. -1
2 圆心为C(4,7),并且截直线3x-4y+1=0所得的弦长为8的圆的方程为( )
A. (x-4)2+(y-7)2=5
B. (x-4)2+(y-7)2=25
C. (x-7)2+(y-4)2=5
D. (x-7)2+(y-4)2=25
3 (2023岳阳平江一中月考)过直线y=2x上的点P作圆C:(x+2)2+(y-4)2=4的两条切线l1,l2,当直线l1,l2关于直线y=2x对称时,点P的坐标为( )
A. B.
C. (1,2) D.
4 (2023镇江中学期中)过点(0,2)作直线l交圆x2+y2=2于A,B两点,O为坐标原点,当△AOB的面积取最大值时,直线l的斜率为( )
A. ± B. ± C. ±1 D. ±
5 一座圆拱桥,当水面在如图所示位置时,拱顶离水面2m,水面宽12m,当水面下降2m后,水面宽是( )
A. 13m B. 14m C. 15m D. 16m
6 (2023大同期中)已知x,y满足(x-2)2+(y-3)2=2,则x2+2x+y2的取值范围是( )
A. [2,4]
B. [8,32]
C. [2-1,4-1]
D. [7,31]
二、 多项选择题
7 已知直线l:(m-1)x+(2m-1)y-4m+4=0 和圆C:(x-2)2+(y-1)2=4,则下列说法中正确的是( )
A. 直线l恒过点(4,0)
B. 圆C被x轴截得的弦长为2
C. 当m=时,直线l与圆C相切
D. 当8 (2023佛山十五校联考)已知在平面直角坐标系xOy中,点A,B分别在x轴和y轴上(不与坐标原点重合),且AB=4,坐标平面内一点C满足CA⊥CB,则下列结论中正确的是( )
A. 线段AB中点的轨迹方程为x2+y2=4(x≠0,y≠0)
B. 动点C的轨迹是一条线段
C. 线段AB的中点到直线x-y+2=0的最大距离是4
D. 动点C到直线x-y+2=0的最大距离是6
三、 填空题
9 已知直线ax-y=0(a∈R)与圆C:x2+y2-2x-2y-2=0交于A,B两点,C为圆心.若∠ACB=,则a的值为________.
10 已知P是圆C:(x+3)2+(y-2)2=1上任一点,则点P到直线y=kx-1距离的最大值为________.
11 已知圆C:x2+y2+2x-4y+1=0,O为坐标原点,动点P在圆C外,过点P作圆C的切线,设切点为M,则满足条件PM=PO的点P的轨迹方程为____________.
四、 解答题
12 (2023邢台五岳联盟月考)已知经过点(3,-3)的圆C的圆心在x轴上,且与y轴相切.
(1) 求圆C的方程;
(2) 若点A(2,1),B(4,1),点M在圆C上,求MA2+MB2的取值范围.
13 在平面直角坐标系xOy中,已知△ABC的顶点坐标分别是A(0,0),B(3,3),C(1,-),记△ABC的外接圆为圆M.
(1) 求圆M的方程;
(2) 在圆M上是否存在点P,使得PB2-PA2=12?若存在,求点P的个数;若不存在,请说明理由.
【答案解析】
2.2.3 直线与圆的位置关系(3)
1. D 圆(x-a)2+y2=1的圆心为(a,0),因为直线x+2y+1=0是圆(x-a)2+y2=1的一条对称轴,所以直线x+2y+1=0过圆心(a,0),即a+0+1=0,解得a=-1.
2. B 由题意,得圆心到直线的距离d==3.因为圆C截直线3x-4y+1=0所得的弦长为8,所以圆C的半径r==5,所以圆的方程为(x-4)2+(y-7)2=25.
3. B 圆C:(x+2)2+(y-4)2=4的圆心为C(-2,4),当直线l1,l2关于直线y=2x对称时,CP与直线y=2x垂直,所以直线CP的方程为y-4=-(x+2),即x+2y-6=0,由解得所以P.
4. D x2+y2=2的圆心为(0,0),半径为,当直线l的斜率不存在时,可得直线l即为y轴,此时A,B,O三点共线,不符合题意;当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y=kx+2,则S△AOB=AO·BO·sin ∠AOB=××sin ∠AOB=sin ∠AOB,当sin ∠AOB=1,即∠AOB=时,△AOB的面积取得最大值,即△AOB为等腰直角三角形,可得点O到直线l的距离为1,即圆心(0,0)到直线l的距离为 d===1,解得k=±.
5. D 建立如图所示的平面直角坐标系,则A(-6,-2),B(6,-2),设圆的方程为x2+(y+m)2=m2(m>0),代入点A(-6,-2),则m=10,故圆的方程为 x2+(y+10)2=100.令y=-4,则x=±8,故EF=16.故当水面下降2 m后,水面宽是16 m.
6. D 由题意,得x2+2x+y2=[x-(-1)]2+(y-0)2-1,设P(x,y)为圆C:(x-2)2+(y-3)2=2上的一动点,Q(-1,0).因为(-1-2)2+(0-3)2>2,所以点Q(-1,0)在圆C外,则x2+2x+y2=PQ2-1,其中PQ2表示圆上点P与点Q距离的平方.因为CQ=3,圆C的半径r=,所以CQ-r≤PQ≤CQ+r,即2≤PQ≤4,所以7≤PQ2-1≤31.
7. ABC 对于A,由(m-1)x+(2m-1)y-4m+4=0,得m(x+2y-4)-x-y+4=0.由解得所以直线l恒过点(4,0),故A正确;对于B,在(x-2)2+(y-1)2=4中,令y=0,解得x=2±,所以圆C被x轴截得的弦长为2,故B正确;对于C,当m=时,直线l为x=4,此时圆C:(x-2)2+(y-1)2=4的圆心(2,1)到直线x=4的距离为2,与圆C的半径相等,所以直线l与圆C相切,故C正确;对于D,当圆心(2,1)到直线l的距离d==<2时,直线l与圆C相交,解得m<或m>,故D不正确.故选ABC.
8. AD 因为△OAB是直角三角形,AB=4,所以可设AB的中点是D,则OD=2,即点D在圆x2+y2=4(x≠0,y≠0)上,故A正确;又CA⊥CB,所以点C在以AB为直径的圆上,圆心为D,故B错误;又原点O到直线x-y+2=0的距离d==2=r,所以点D到直线x-y+2=0的最大距离为4,所以点C到直线x-y+2=0的最大距离为6,故C错误,D正确.故选AD.
9. -1 由题意,得圆C的标准方程为(x-1)2+(y-1)2=4,圆心C(1,1),半径R=2.因为∠ACB=,所以圆心到直线的距离为R sin =2×=.又圆心到直线的距离为d=,所以=,解得a=-1.
10. 3+1 由题意知,直线过定点(0,-1),所以圆心(-3,2)到定点的距离为=3,所以点P到直线y=kx-1距离的最大值为3+1.
11. 2x-4y+1=0 由圆C:x2+y2+2x-4y+1=0,得(x+1)2+(y-2)2=4,所以圆心坐标为C(-1,2),半径为r=2.设P(x,y),所以PM2=PC2-MC2=(x+1)2+(y-2)2-4,PO2=x2+y2.因为PM=PO,所以(x+1)2+(y-2)2-4=x2+y2,整理,得2x-4y+1=0,所以点P的轨迹方程为2x-4y+1=0.
12. (1) 设圆C:(x-a)2+y2=r2(r>0),
由题意,得解得
所以圆C的方程为(x-3)2+y2=9.
(2) 设M(x,y),-3≤y≤3,
则(x-3)2+y2=9,即x2-6x+y2=0,
所以MA2+MB2=(x-2)2+(y-1)2+(x-4)2+(y-1)2=2(x2-6x+y2)-4y+22=-4y+22,
当y=3时,MA2+MB2取得最小值,最小值为10;
当y=-3时,MA2+MB2取得最大值,最大值为34.
故MA2+MB2的取值范围为[10,34].
13. (1) 设△ABC外接圆M的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
将点A(0,0),B(3,3),C(1,-)代入上述方程得
解得
则圆M的方程为x2+y2-6x=0.
(2) 设点P的坐标为(x,y),
因为PB2-PA2=12,
所以(x-3)2+(y-3)2-x2-y2=12,
化简,得x+y-1=0.
因为圆M的圆心M(3,0)到直线x+y-1=0的距离为d==<3,
所以直线x+y-1=0与圆M相交,
所以满足条件的点P有两个.