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第二章直线和圆的方程
2.4 圆的方程
2.4.1 圆的标准方程
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学 习 目 标
核 心 素 养
1.会用定义推导圆的标准方程;掌握圆的标
准方程的特点.(重点) 2.会根据已知条件求圆的标准方程.(重点、 难点)
通过对圆的标准方
程的学习,提升直观 想象、逻辑推理、数
3.能准确判断点与圆的位置关系.(易错点)
学运算的数学素养.
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情境引入·助学助教
“南昌之星”摩天轮2006年建成时是世界上最高的摩天轮,它
位于江西省南昌市红谷滩新区红角洲赣江边上的赣江市民公园,是南 昌市标志性建筑.该摩天轮总高度为160米,转盘直径为153米.
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请问游客在摩天轮转动过程中离摩天轮中心的距离一样吗 若
以摩天轮中心所在位置为原点,建立平面直角坐标系,游客在任一点 (x,y) 的坐标满足什么关系
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1. 圆的标准方程
(1)圆的定义:平面上到定 点的距离等于定长的点的集合叫做圆,
定点称为圆心,定长称为圆的半径.
(2)确定圆的基本要素是圆 心和半径,如图所示 .
新知初探
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(3)圆的标准方程:圆心为A(a,b), 半径长为r的圆的标准方程
是(x - a) +(y - b) =r 2.
当a=b=0 时,方程为x +y =r, 表示以原点O_为圆心、半径
为r 的圆.
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思考:平面内确定圆的要素是什么
[提示] 圆心坐标和半径.
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位置关系 d与r的大小 图示
点P的坐标的特点
点在圆外 P C
0
2. 点与圆的位置关系
),其圆心为C(a,b), 半径为r, 点 P
设
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位置关系 d与r的大小 图示
点P的坐标的特点
点在圆上 0
2
点在圆内
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初试身手一
1. 思考辨析(正确的打“√ ”,错误的打“×”)
(1)方程(x—a) +(y—b) =m 表示圆.
(2)若圆的标准方程是(x—a) +(y—b) =m (m≠0),
b), 半径为m.
(3)圆心是原点的圆的标准方程是x +y =r (r>0).
[提示] (1)×(2)×(3) √
( )
则圆心为(a,
( )
( )
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2. 圆 (x—2) +(y+3) =2 的圆心和半径分别是( )
A. ( 一 2,3),1 B.(2,—3),3
C. (一2,3), √2 D.(2,-3),√2
D [由圆的标准方程可得圆心为(2,-3),半径为 √ 2.]
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3. 以原点为圆心,2为半径的圆的标准方程是()
A.x +y =2
B.x +y =4
C.(x—2) +(y-2) =8
D.x +y =√2
B [以原点为圆心,2为半径的圆,其标准方程为x +y =4.]
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4. 已 知 点P(1, 一 1)在圆(x+2) +y =m 的内部,则实数m 的 取
值 范 围 是 .
m>10 [由条件知(1+2) +(一1) 10.]
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类型1 点与圆的位置关系
【例1】 已知圆的圆心M 是直线2x+y—1=0 与直线x—2y+
2=0的交点,且圆过点P(一5,6),求圆的标准方程,并判断点A(2,2), B(1,8),C(6,5) 是在圆上,在圆内,还是在圆外
[思路探究] 先求出两直线的交点坐标即圆心坐标,再求出半径
并写出方程;求出A,B,C 各点与圆心的距离,分别与半径比较, 判断出点与圆的位置关系.
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[解] 解方程
∴圆心M 的坐标为(0,1),
半径r=|MP|=√5 +(1-6) =5√2.
∴圆的标准方程为x +(y—1) =50.
∵AM|=√(2-0) +(2-1) =5∴点A 在圆内.
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. CM|=√6—0) +(5-1) =√52>r,
∴点C 在圆外.∴圆的标准方程为x +(y—1) =50, 且 点A 在
圆内,点B 在圆上,点C 在圆外.
∵|BM|=√(1-0) +(8-1) =√50=r,
∴点B 在圆上.
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规律方法
1.判断点与圆的位置关系的方法
(1)只需计算该点与圆的圆心距离,与半径作比较即可;
(2)把点的坐标代入圆的标准方程,判断式子两边的符号,并作
出判断.
2. 灵活运用
若已知点与圆的位置关系,也可利用以上两种方法列出不等式或
方程,求解参数范围.
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1. 已知圆心为点 C(—3,—4), 且经过原点,求该圆的标准方
程,并判断点P (一1,0),P (1,—1),P (3,—4) 和圆的位置关系.
[解] 因为圆心是C(-3,-4), 且经过原点,
所以圆的半径r= √ (-3-0) +(-4-0) =5,
所以圆的标准方程是(x+3) +(y+4) =25.
因为|P C|= √ (-1+3) +(0+4) = √ 4+16=2
[跟进训练]
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所以P (—1,0) 在圆内;
因为|P C|= √ (1+3) +(-1+4) =5,
所以P (1,—1) 在圆上;
因为|P C|= √ (3+3) +(-4+4) =6>5,
所以P (3,—4) 在圆外.
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【例2】 求过点A(1,—1),B(—1,1), 且圆心在直线x+y—2
=0上的圆的标准方程.
[思路探究] 法一:利用待定系数法,设出圆的方程,根据条件
建立关于参数方程组求解;法二:利用圆心在直线上,设出圆心坐标, 根据条件建立方程组求圆心坐标和半径,从而求圆的方程;法三:借 助圆的几何性质,确定圆心坐标和半径,从而求方程.
类型2 求圆的标准方程
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[解] 法 一:设所求圆的标准方程为
(x—a) +(y-b) =r ,
由已知条件知
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解此方程组,
故所求圆的标准方程为(x—1) +(y—1) =4.
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法二:设 点C 为圆心,∵点C 在直线x+y—2=0 上,
∴可设点C 的坐标为(a,2—a).
又∵该圆经过A,B 两点,
∴|CA|=|CB|.
∴√(a-1) +(2-a+1) =√(a+1) +(2-a-1) ,
解得a=1.
∴圆心坐标为C(1,1),半 径 长r=|CA|=2.
故所求圆的标准方程为(x—1) +(y—1) =4.
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所以弦AB 的垂直平分线的斜率为k=1,
所以AB 的垂直平分线的方程为y—0=1·(x—0),
即y=x. 则圆心是直线y=x 与 x+y—2=0 的交点,
法三:由已知可得线段AB 的中点坐标为(0,0),
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由
即圆心为(1,1),圆的半径为
r=√(1-1) +[1- (一1)] =2,
故所求圆的标准方程为(x—1) +(y—1) =4.
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规律方法
(1)几何法
它是利用图形的几何性质,如圆的性质等,直接求出圆的圆心和
半径,代入圆的标准方程,从而得到圆的标准方程.
(2)待定系数法
由三个独立条件得到三个方程,解方程组以得到圆的标准方程中
三个参数,从而确定圆的标准方程.它是求圆的方程最常用的方法, 一般步骤是:
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规律方法 费
确定圆的标准方程的方法
①设—设所求圆的方程为(x—a) +(y—b) =r ;
②列—由已知条件,建立关于 a,b,r 的方程组;
③解—解方程组,求出a,b,r;
④代—将a,b,r 代入所设方程,得所求圆的方程.
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(x-2) +y =10 [由圆的几何性质得,圆心在AB 的垂直平分线
上,结合题意知,AB 的垂直平分线为y=2x—4, 令 y=0, 得 x=2,
2. 已 知 圆C 经 过A(5,1),B(1,3)两点,圆心在x 轴上,则C 的
标准方程为 .
故圆心坐标为(2,0),所以圆的半径 r=√(5-2) +(1-0) =√ 10,
的方程为(x—2) +y =10.]
30
[跟进训练]
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解析答案
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故圆
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[探究问题]
1. 怎样求圆外一点到圆的最大距离和最小距离
[提示] 可采用几何法,先求出该点到圆心的距离,再加上或减
去圆的半径,即可得距离的最大值和最小值.
类型3 与圆有关的最值问题
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2. 若 点M 是⊙C 内一点,那么过点M 的弦中,弦长最长和最
短的弦分别是哪一条
[提示] 弦长最长的弦是MC 所在的直径,弦长最短的弦是过M
且与MC 垂直的弦.
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[思路探究] 首先观察x、y满足的条件,其次观察所求式子的几
何意义,求出其最值.
33
【例3】 已知x 和y 满足 试求x +y 的最值.
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[解] 由题意知x +y 表示圆上的点到坐标原点距离的平方,显
然当圆上的点与坐标原点的距离取最大值和最小值时,其平方也相应 取得最大值和最小值.原点O(0,0)到圆心C(—1,0)的距离d=1, 故圆
上的点到坐标原点的最大距离为 最小距离为 因此
x +y 的最大值和最小值分别为 和
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1.[变条件] 把本例中圆的方程变为(x+1) +y =4, 则过(0,0)的
弦中,最长弦长为 ,最短弦长为
42√3 [点(0,0)在圆内,最长的弦为过O 的直径,所以最大弦
长 为 2r=4. 最短弦是过0且与过O 的直径垂直的弦,因为 O(0,0)与 圆的距离为1,所以最短弦长为 21
[母题探究]
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0)连线的斜率,
由 可得y=kx, 此直线与圆有公共点,圆心到直线的距离
d≤r,
[解] 设 变形为 此式表示圆上一点(x,y) 与点(0,
2.[变结论]本例条件不变,试求 的取值范围.
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即
解 得
即 的取值范围;
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●规律方法
与圆有关的最值问题的常见类型及解法
(1)形如 式的最值问题,可转化为过点(x,y)
动直线斜率的最值问题.
(2)形如 l=ax+by 形式的最值问题,可转化为动直线
距的最值问题.
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X
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(3)形如(x— -b) 形式的最值问题,可转化为动点(x,y) 到
定点(a,b) 的距离的平方的最值问题。
规律方法
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●
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一 必备素养一
1. 确定圆的方程主要方法是待定系数法,即列出关于 a,b,r
的方程组求a,b,r 或直接求出圆心(a,b) 和半径 r. 另依据题意适时
运用圆的几何性质解题可以化繁为简,提高解题效率.
2.讨论点与圆的位置关系可以从代数特征(点的坐标是否满足圆
的方程)或几何特征(点到圆心的距离与半径的关系)去考虑,其中利用 几何特征较为直观、简捷.
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3.与圆有关的最值问题,常借助于所求式的几何意义,利用数
形结合的思想解题,渗透着直观形象的数学素养.
4. 几种特殊的对称
(1)圆C 关于点M 对称 点M 就是圆心.
(2)圆C 关于直线I对称台直线l经过圆心.
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M 是C C 的中点,
(3)圆C 、C 关于点M 对称台 圆C 、C 的半径相等.
(4)圆C 、C 关于直线l 对称台
圆心C 、C 关于直线l对称,
圆C 、C 的半径相等.
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学以致用一
1. 圆心为(1,1),且过原点的圆的标准方程是( )
A.(x—1) +(y—1) =1 B.(x+1) +(y+1) =1
C.(x+1) +(y+1) =2 D.(x—1) +(y—1) =2
D [由圆过原点知r=√(1-0) +(1-0) =√2, 故所求圆的方程
为(x—1) +(y—1) =2, 选 D.]
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2 . 两个点 M(2,—4),N (一2,1)与圆 C:x +y —2x+4y—4=0
的位置关系是( )
A. 点 M 在 圆C 外,点N 在 圆C 外
B. 点 M 在 圆C 内,点N 在 圆C 内
C. 点 M 在 圆C 外,点N 在 圆C 内 D. 点 M 在 圆C 内,点N 在 圆C 外
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D [将点的坐标代入方程左边得2 +(一4) -2 ×2+4×(一4)一
4=-4<0,∴M 点在圆内,(一2) +1 -2×(一2)+4×1-4=9>0,
∴N 点在圆外.故选D.]
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(x-2) +(y-4) =20 [由
心为(2,4),从而 r=√(2-0) +(4-0) =2√5,
2) +(y-4) =20.]
47
与直线2x+y—8=0 的交点,且过原
.
3. 圆心为直线x—y+2=0
点的圆的标准方程是
故圆的标准方程为(x—
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, 即 圆
可得
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4. 点(5 √a+1,√a) 在圆(x—1) +y =26 的内部,则a 的取值范
围是 _.
[0,1] [由于点在圆的内部,所以(5 √a+1-1) +(√a) <26, 即
26a<26, 又 a≥0, 解得0≤a<1.]
48
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5.已知某圆圆心在x 轴上,半径为5,且截y 轴所得线段长为8,
求该圆的标准方程.
[解] 如图,由题设 AC|=r=5,|AB|=8,∴AO|=4.
在Rt△AOC中,
oC|=√AC -AO| =√5 -4 =3.
设点C 坐标为(a,0),
则|OC|=|a|=3,∴a=±3.
∴所求圆的标准方程为(x+3) +y =25
或(x—3) +y =25.
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