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苏教版2019高一数学(选修一)第一章 直线与方程
2.1 圆的方程
第二课时 圆的一般式方程
学习目标
1.掌握圆的一般方程及其特点.
2.会将圆的一般方程化为圆的标准方程,并能熟练
地指出圆心的坐标和半径的大小.(重点)
3.能用圆的一般方程解决一些实际应用问题.
情景导入
前面我们已经讨论了圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,
现将其展开可得x2+y2-2ax-2by+a2+b2-r2=0.
请大家思考一下,
1.形如x2+y2+Dx+Ey+F=0的方程表示的曲线是不是圆?
2.下面我们来探讨这一方面的问题.
可见,任何一个圆的方程都可以变形为x2+y2+Dx+Ey+F=0的形式.
x
y
O
r
P(x,y)
1.圆的一般式方程
新知探究
问题1 如果方程x2+y2+Dx+Ey+F=0能表示圆的方程,有什么条件?
结论:任何一个圆的方程都可以写成下列形式
问题2 当D2+E2-4F=0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示什么图形?
问题3 那么当D2+E2-4F<0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示什么图形?
答:当D2+E2-4F<0时,方程无实数解,它不表示任何图形
下面是二元二次方程,算一算它们是否能够代表一个圆呢?并写出它们的圆心坐标及半径.
练一练
(1) x +y -4x-2y+5=0
(2) x +y +x+2y+2=0
(3) x +y -4x=0
(4) x +2y +2x-6y+1=0
(5) 2x +2y +4x-2y+1=0
×
×
√
×
√
(2,1)
(2,0)半径2
对于这种题,我们可以先将它化为圆的标准式方程求解
概念归纳
我们可以发现
能表示圆的一般式方程一般具有如下特征:
(1)二次项只有x 与y 项,没有xy这一项;
(2)x 与y 项系数相等且不为0
从以上式子中你发现了什么规律吗?
一、直接套用结论
二、配方
若方程x +y +4mx-2y+4m -m=0表示圆,则实数m的取值范围是m>-1
D +E -4F >0
(4m) +(-2) -4(4m -m) >0
4m+4>0
(x+2m) +(y-1) =m+1
练一练
圆的标准方程 圆的一般方程
方程
特征
突出圆“形”的几何特征
突出圆“数”的方程特征
圆心(a,b)
半径r
x2与y2系数相同并且不等于0
没有xy这样的二次项
展开
配方
概念归纳
用待定系数法求解圆的方程(一)
例1.已知△ABC的顶点的坐标为 A(4,3),B(5,2),C(1,0),
求△ABC 外接圆的方程
解:设所求圆的方程为x +y +Dx+Ey+F=0.
故所求圆的方程是x +y -6x-2y+5=0
因为点A,B,C在所求的圆上,故有
4D+3E+F+25=0
5D+2E+F+29=0,
D+F+1=0
D=-6
Ε=-2.
F=5.
用待定系数法求解圆的方程(二)
例1.已知△ABC的顶点的坐标为 A(4,3),B(5,2),C(1,0),
求△ABC 外接圆的方程
(4-a) +(3-b) =r ,①
(5-a) +(2-b) =r ,②
(1-a) +(0-b) =r ,③
将①-②可得:a-b=2
将②-③可得:2a+b=7
故所求圆的方程是(x-3) +(y-1) =5.
解:设所求园的方程为(x-a) +(y-b) =r (r>0).
因为点A,B,C在所求的圆上,故有
分析:
直角坐标系中标出三个点,画出△ABC;
仔细观察
大胆猜想
小心求证
AB⊥AC
BC为所求圆的直径
数形结合巧优化
A(4,3)
B(5,2)
C(1,0)
O
x
y
例1.已知△ABC的顶点的坐标为A(4,3),B(5,2),C(1,0),求△ABC 外接圆的方程.
A(4,3)
B(5,2)
C(1,0)
O
x
y
用几何法解圆的方程
例1.已知△ABC的顶点的坐标为A(4,3),B(5,2),C(1,0),求△ABC 外接圆的方程.
半径:圆心到圆上一点的距离
圆心:两条弦的垂线平分线的交点
1.已知△ABC的三个顶点坐标分别是A(0,5),B(1,-2),C(-3,-4),求它的外接圆的方程,并求其外心坐标.
练一练
2.圆心在直线y=x上,且经过点A(-1,1),B(3,-1)的圆的一般方程是__________________________________.
x2+y2-4x-4y-2=0
练一练
求圆的方程的两种方法
(1)待定系数法.
大致步骤为:
①根据题意选择方程的形式——标准方程或一般方程;
②根据条件列出关于a,b,r或D,E,F的方程组;
③解出a,b,r或D,E,F,代入标准方程或一般方程。
(2)几何法.利用圆的几何性质确定圆心和半径。
概念归纳
注意:
(1)用待定系数法求圆方程时,要根据条件恰当选择圆的方程形式
①若知道涉及圆心和半径,我们一般采用圆的标准方程求解。
②若已知三点求圆的方程,我们一般采用圆的一般方程求解。
(2)无论选圆方程的哪种形式,都需要三个独立的条件
①圆的标准方程中,待定系数:a;b;r
②圆的一般方程中,待定系数:D;E;F
概念归纳
典例剖析
例2 若方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0表示圆.
(1)求实数m的取值范围;
(2)写出圆心坐标和半径.
变式:若原点在圆C:x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0外,求实数m的取值范围.
典例剖析
概念归纳
技巧总结:
圆的一般方程的辨析
(1)由圆的一般方程的定义,在x2+y2+Dx+Ey+F=0中,若D2+E2-4F>0成立,则表示圆,否则不表示圆.
(2)将方程配方后,根据圆的标准方程的特征求解.
(1)若方程2x2+2y2+2ax-2ay=0(a≠0)表示圆,则圆心坐标和半径分别为________________.
练一练
(2)若点M,N在圆x2+y2+kx+2y-4=0上,且点M,N关于直线x-y+1=0对称,则该圆的面积为________.
练一练
9π
2.圆的一般式方程的应用
新知探究
某圆拱梁的示意图如图所示.该圆拱的跨度AB是36 m,拱高OP是6 m,在建造时,每隔3 m需要一个支柱支撑,求支柱A2P2的长(精确到0.01 m).
1.如图是某圆拱形桥一孔圆拱的示意图.圆拱跨度AB=20 m,拱高OP=4 m.建造时每间隔4 m需要用一根支柱支撑,求支柱A2P2的高度(精确到0.01 m).
练一练
解 以点O为坐标原点AB,OP所在直线分别为x轴,y轴,建立如图所示的平面直角坐标系,则P(0,4),B(10,0),A(-10,0),
练一练
解应用题的步骤
(1)建模.
(2)转化为数学问题求解.
(3)回归实际问题,给出结论.
概念归纳
练一练
练一练
1.方程2x2+2y2-4x+8y+10=0表示的图形是( )
A.一个点 B.一个圆
C.一条直线 D.不存在
随堂练
A
A
3.若圆x2+y2-2kx+2y-4=0关于直线2x-y+3=0对称,则实数k=________.
4.若方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示以(2,-4)为圆心,4为半径的圆,则F=________.
-2
4
随堂练
5.(2023江苏盐城响水中学月考)若方程x2+y2+2ax-4ay-10a=0表示的曲线是圆,则实数a的取值范围为 ( )
A.(-2,0) B.(-∞,-2)∪(0,+∞)
C.[-2,0] D.(-∞,-2]∪[0,+∞)
6.(2022江苏连云港期中)已知圆E:x2-ax+y2-2y-2=0关于直线l:x-y=0对称,则a= ( )
A.0 B.1 C.2 D.4
B
C
随堂练
(2022江苏徐州一中期中)已知点A(a,2)在圆x2+y2-2ax-3y+a2+a=0的外部,则a的取值范围为 .
错因分析
分层练习-基础
ABD
D
分层练习-基础
ABD
分层练习-基础
4.若直线2x+y+m=0过圆x2+y2-2x+4y=0的圆心,则m的值为( )
A.2 B.-1 C.-2 D.0
5.圆C:x2+y2-4x+2y=0关于直线y=x+1对称的圆的方程是( )
A.(x+1)2+(y-2)2=5
B.(x+4)2+(y-1)2=5
C.(x+2)2+(y-3)2=5
D.(x-2)2+(y+3)2=5
D
C
分层练习-基础
7.若方程x2+y2-ax+by+c=0表示圆心为(1,2),半径为1的圆,则a+b+c=________.
C
2
分层练习-基础
x2+y2-4x-5=0
分层练习-基础
9.已知方程x2+y2-2(t+3)x+2(1-4t2)y+16t4+9=0表示一个圆.
(1)求t的取值范围;
(2)求这个圆的圆心坐标和半径;
(3)求该圆半径r的最大值及此时圆的标准方程.
分层练习-基础
10.已知圆的方程为x2+y2+2(m-1)x-4my+5m2-2m-8=0.
(1)求此圆的圆心与半径;
(2)求证:无论m为何实数,方程表示圆心在同一条直线上且半径相等的圆.
分层练习-基础
1. 已知圆C经过两点A(0,2),B(4,6),且圆心C在直线l:2x-y-3=0上,则圆C的方程为 ( )
A.x2+y2-6y-16=0 B.x2+y2-2x+2y-8=0
C.x2+y2-6x-6y+8=0 D.x2+y2-2x+2y-56=0
C
D
分层练习-巩固
3. 已知圆C1的方程为x2+y2-4x+2my+2m2-2m+1=0.
(1)求实数m的取值范围;
(2)当圆的面积最大时,求圆C1的一般方程;
(3)当圆的面积最大时,求圆C1关于直线l:x-y+1=0对称的圆C2的方程.
分层练习-巩固
分层练习-巩固
D
B
C
分层练习-巩固
分层练习-巩固
8.(2023内蒙古包头第一中学月考)若△ABC的三个顶点分别为A(-1,5),B(-2,-2),C(5,5),则该三角形的外接圆的一般方程是 .
9.(2022广东珠海二中期中)圆x2+y2-2x-4y+4=0关于直线x-y-2=0对称的圆的一般方程为 .
x2+y2-4x-2y-20=0
x2+y2-8x+2y+16=0
x2+y2+2x-4y+3=0
分层练习-巩固
分层练习-巩固
11.若圆x2+y2-ax-2y+1=0关于直线x-y-1=0对称的圆的方程是x2+y2-4x+3=0,则a的值为( )
A.0 B.1 C.2 D.3
C
B
分层练习-巩固
13.已知圆C经过点(4,2),(1,3)和(5,1),则圆C与两坐标轴的四个截距之和为________.
14.设直线2x+3y+1=0和圆x2+y2-2x-3=0相交于点A,B,则弦AB的垂直平分线的方程是____________.
-2
3x-2y-3=0
(1)求圆C的方程;
(2)若圆C区域内有未知暗礁,现有一船M在O岛的南偏西30°方向距O岛40千米处,正沿着北偏东45°方向行驶,若不改变方向,试问该船有没有触礁的危险
分层练习-巩固
分层练习-巩固
分层练习-巩固
分层练习-拓展
16.已知点P(7,3),圆M:x2+y2-2x-10y+25=0,点Q为圆M上一点,点S在x轴上,则SP+SQ的最小值为( )
A.7 B.8 C.9 D.10
C
解析 由题意知圆M的方程可化为(x-1)2+(y-5)2=1,所以圆心为M(1,5),半径为1.如图所示,作点P(7,3)关于x轴的对称点P′(7,-3),
分层练习-拓展
分层练习-拓展
17.在平面几何中,通常将完全覆盖某平面图形且直径最小的圆,称为该平面图形的最小覆盖圆.
最小覆盖圆满足以下性质:
①线段AB的最小覆盖圆就是以AB为直径的圆.
②锐角△ABC的最小覆盖圆就是其外接圆.
已知曲线W:x2+y4=16,A(0,t),B(4,0),C(0,2),D(-4,0)为曲线W上不同的四点.
(1)求实数t的值及△ABC的最小覆盖圆的方程;
(2)求四边形ABCD的最小覆盖圆的方程;
(3)求曲线W的最小覆盖圆的方程.
分层练习-拓展
分层练习-拓展
分层练习-拓展
课堂小结
1、圆的一般方程
2、求圆方程的两种方法
(1)待定系数法(一般步骤)
(2)几何法(几何特性)
3.常见误区:忽略圆的一般方程表示圆的条件.
关注圆的方程特征
x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F=0)
几何特征
一般式
代数特征
标准方程
几何特征
代数特征
点斜式
斜截式
两点式
截距式
直线方程
一点一方向
两个点
圆方程
圆心和半径
一般方程
课堂小结