(共69张PPT)
第一课时 直线与圆的位置关系
1. 掌握直线与圆的三种位置关系:相交、相切、相离(直观想象).
2. 会用代数法和几何法来判断直线与圆的三种位置关系(逻辑推).
3. 能用直线和圆的方程解决一些简单的问题(数学运算).
课标要求
情境导入
“大漠孤烟直,长河落日圆”是唐朝诗人王维的诗句,它描述了黄昏日
落时分塞外特有的景象.如果我们把太阳看成一个圆,地平线看成一条直
线,日落的过程也体现了直线与圆的位置关系.
知识点一 直线与圆的位置关系的判断
01
知识点二 圆的弦长问题
02
知识点三 圆的切线问题
03
课时作业
04
目录
01
PART
知识点一
直线与圆的位置关系的判断
问题1 (1)在初中,我们怎样判断直线与圆的位置关系?
提示:初中时,我们根据圆心到直线的距离d与圆的半径r的大小关系来判
断直线与圆的位置关系,具体情形如下:①直线与圆相交 d<r;②直线
与圆相切 d=r;③直线与圆相离 d>r.
(2)类比用方程研究两条直线位置关系的方法,如何利用直线和圆的方
程判断它们之间的位置关系?
提示:转化为判断由它们的方程组成的方程组有无实数解、有几个实
数解.
【知识梳理】
直线Ax+By+C=0与圆:(x-a)2+(y-b)2=r2的位置关系与判断
位置关系 相交 相切 相离
公共点个数 个 个 个
判断方
法 d<r d r d r
2
1
0
=
>
位置关系 相交 相切 相离
判断 方法 Δ 0 Δ 0 Δ 0
图示
>
=
<
【例1】已知圆的方程是x2+y2=2,直线y=x+b,当实数b为何值时,
直线与圆:
(1)有两个公共点;
(2)只有一个公共点;
(3)没有公共点.
解:法一 圆心O(0,0)到直线x-y+b=0的距离为d= ,圆的
半径r= .
(1)当d<r,即-2<b<2时,直线与圆有两个公共点.
(2)当d=r,即b=2或b=-2时,直线与圆只有一个公共点.
(3)当d>r,即b>2或b<-2时,直线与圆没有公共点.
法二 由方程组 消去y,得2x2+2bx+b2-2=0,
Δ=4b2-8(b2-2)=-4b2+16.
(1)当Δ>0,即-2<b<2时,直线与圆有两个公共点.
(2)当Δ=0,即b=2或b=-2时,直线与圆只有一个公共点.
(3)当Δ<0,即b>2或b<-2时,直线与圆没有公共点.
【规律方法】
判断直线与圆的位置关系的方法
(1)几何法:由圆心到直线的距离d与圆的半径r的大小关系判断;
(2)代数法:根据直线方程与圆的方程组成的方程组的解的个数来判断.
训练1 (1)已知圆C:x2+y2-4x=0,l是过点P(3,0)的直线,则
( A )
A. l与圆C相交
B. l与圆C相切
C. l与圆C相离
D. 以上三个选项均有可能
解析:将点P(3,0)代入圆的方程,得32+02-4×3=9-12=-3<0,
∴点P(3,0)在圆内.∴过点P的直线l必与圆C相交.
A
(2)直线y=x+1与圆x2+y2=1的位置关系为( B )
A. 相切
B. 相交但直线不过圆心
C. 相交且直线过圆心
D. 相离
解析:圆心(0,0)到直线y=x+1的距离d= = .因为0< <1,
所以直线与圆相交但直线不过圆心,故选B.
B
02
PART
知识点二
圆的弦长问题
问题2 (1)当直线与圆相交时,你能推导用半径r与弦心距d表示弦长的
方法吗?
提示:如图,直线l与圆C交于A,B两点,设弦心距为d,圆的半径为r,弦长为|AB|,则有( )2+d2=r2,即|AB|=2 .
(2)当直线与圆相交时,你能推导用交点坐标表示弦长的方法吗?
提示:设直线斜率为k,方程y=kx+b,
|AB|=
=
= |x1-x2|
= ,
同理|AB|= .
【例2】求直线x- y+2 =0被圆x2+y2=4截得的弦长.
解:法一(几何法) 如图,
O为坐标原点,设直线x- y+2 =0与圆x2+y2=4交
于A,B两点,弦AB的中点为M,则OM⊥AB,又|
OM|= = ,
所以|AB|=2|AM|=2 =
2 =2.
法二(代数法) 直线x- y+2 =0和圆x2+y2=4
的公共点坐标就是方程组 的解.
解这个方程组,得
所以公共点的坐标为(- ,1),(0,2),
所以直线x- y+2 =0被圆x2+y2=4截得的弦长为
=2.
法三(弦长公式法) 联立 消去x,得y2-3y+2=0,
所以y1+y2=3,y1y2=2,
所以|AB|= =2
=2.
【规律方法】
求弦长常用的3种方法
(1)利用圆的半径r,圆心到直线的距离d,弦长l之间的关系 +d2
=r2解题;
(2)利用交点坐标,若直线与圆的交点坐标易求出,求出交点坐标后,
直接用两点间距离公式计算弦长;
(3)利用弦长公式,设直线l:y=kx+b与圆的两交点(x1,y1),
(x2,y2),将直线方程代入圆的方程,消元后利用根与系数的关系得弦
长l= |x1-x2|= (或l=
· ).
训练2 (1)若直线x-y=2被圆(x-a)2+y2=4所截得的弦长为
2 ,则实数a的值为 ;
解析:由圆的方程,可知圆心坐标为(a,0),半径r=2.又直线被圆截
得的弦长为2 ,所以圆心到直线的距离d= = .又d=
,所以|a-2|=2,解得a=4或a=0.
0或4
(2)过圆x2+y2=8内的点P(-1,2)作直线l交圆于A,B两点,若直
线l的倾斜角为 π,则弦AB的长为 .
解析:法一 设A(x1,y1),B(x2,y2).由题意知直线l的方程为y-
2=-(x+1),即x+y-1=0.
由 消去y,得2x2-2x-7=0,
所以x1+x2=1,x1x2=- ,所以|AB|= ·|x1-x2|=
· = · = (k为直线l
的斜率).
法二 由题意知直线l的方程为y-2=-(x+1),即x+y-1=0.圆心
(0,0)到直线l的距离d= = ,则有|AB|=2 = .
03
PART
知识点三
圆的切线问题
【例3】(2025·福州月考)过点M(2,4)向圆(x-1)2+(y+3)2=
1引切线,求其切线方程.
解:由于(2-1)2+(4+3)2=50>1,故点M在圆外.
当切线斜率存在时,设切线方程是y-4=k(x-2),
即kx-y+4-2k=0,
由于直线与圆相切,圆心为(1,-3),r=1,故 =1,解
得k= .
所以切线方程为24x-7y-20=0.
又当切线斜率不存在时,直线x=2与圆相切.
综上所述,所求切线方程为24x-7y-20=0或x=2.
变式 (1)若将本例中的点M的坐标改为(1,-2),其他条件不变,
又如何求其切线方程?
解:由于(1-1)2+(-2+3)2=1,
故点M在圆上,
设圆的圆心为C,则C(1,-3),显然CM的斜率不存在.
因为圆的切线垂直于经过切点的半径,
所以所求切线的斜率k=0,
所以切线方程为y=-2.
(2)若本例中的条件不变,如何求其切线长?
解:由题知,设切线长为d,
d=
= =7.
【规律方法】
1. 求过圆上一点(x0,y0)的圆的切线方程
先求切点与圆心连线的斜率k,再由垂直关系得切线的斜率为- ,由点斜
式可得切线方程.如果切线斜率为零或不存在,则由图形可直接得切线方
程y=y0或x=x0.
2. 求过圆外一点(x0,y0)的圆的切线方程
设切线方程为y-y0=k(x-x0),由圆心到直线的距离等于半径建立方
程,可求得k,也就得切线方程.当用此法只求出一个方程时,另一个方程
应为x=x0,因为在上面解法中不包括斜率不存在的情况,而过圆外一点
的切线有两条.
3. 求切线长(最值)的两种方法
(1)代数法:直接利用勾股定理求出切线长,把切线长中的变量统一成
一个,转化成函数求最值;
(2)几何法:把切线长最值问题转化成圆心到直线的距离问题.
解析:由于切线倾斜角为135°,则切线的斜率为-1,设圆的切线方程为
y=-x+b,代入圆的方程,整理得2x2-2bx+b2-25=0,∵直线与圆
相切,∴Δ=(-2b)2-4×2(b2-25)=0,解得b=±5 ,所求切线
方程为x+y-5 =0或x+y+5 =0.
x+y+5 =0或x+y-5 =0
解析:圆心C(3,0)到直线y=x+1的距离d= =2 .所以
切线长的最小值为l= = .
圆的切线与切点弦
【问题探究】
1. 你能求在圆O:x2+y2=r2上一点P(x0,y0)处的圆的切线方程吗?
提示:若点P(x0,y0)不在坐标轴上,则kOP= ,切线斜率为- ,切
线方程为y-y0=- (x-x0),整理得x0x+y0y=r2;若点P(x0,
y0)在坐标轴上,如点P(0,r),切线方程为y=r,也可以由方程x0x
+y0y=r2得到.综上所述,所求切线方程为x0x+y0y=r2.
2. 当点P0(x0,y0)在圆O外时,方程x0x+y0y=r2表示怎样的直线呢?
提示:如图,过P0(x0,y0)作圆O的两条切线,切点分
别为A,B. 设A(x1,y1),B(x2,y2),则直线P0A
的方程为x1x+y1y=r2.因为P0(x0,y0)在直线P0A
上,所以x1x0+y1y0=r2,故(x1,y1)满足方程x0x+
y0y=r2,即点A在直线x0x+y0y=r2上.同理点B在直线
x0x+y0y=r2上.所以x0x+y0y=r2是直线AB的方程,即
切点弦所在直线的方程.
3. 当点P0(x0,y0)在圆O内(异于点O)时,方程x0x+y0y=r2表示怎
样的直线?
提示:圆心O(0,0)到直线x0x+y0y=r2的距离d= ,∵点P0
(x0,y0)在圆O内,即 <r,则d>r,故直线与圆相离.
4. 类比问题探究1,你能求在圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2上一点P
(x0,y0)处的圆的切线方程吗?
提示:(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
【迁移应用】
1. 已知圆O:x2+y2=25,点P(3,-4),则在点P处的圆的切线方程
为( )
A. 3x-4y=25 B. 3x-4y=-25
C. 3x-4y=5 D. 3x-4y=-5
√
解析: 法一 由kOP=- ,得切线斜率为 ,所以切线方程为y+4=
(x-3),整理得3x-4y=25.
法二 由在圆x2+y2=r2上一点P(x0,y0)处的圆的切线方程为x0x+
y0y=r2,得3x-4y=25.
2. 已知圆O:x2+y2=1,点P(2,1),则过点P作圆的两条切线,切点
分别为A,B,则直线AB的方程为( )
A. 2x+y+1=0 B. 2x+y-1=0
C. x-2y+1=0 D. x-2y-1=0
√
解析: 法一 设过点P(2,1)的圆的切线方程为y=kx+b,故2k
+b=1,又 =1,解得 或 当k=0,b=1时,切
线方程为y=1,易得与圆的交点为(0,1);
当k= ,b=- 时,切线方程为y= x- ,联立 解得
此时与圆的交点为( ,- ).由直线的两点式得 = ,
整理得直线方程为2x+y-1=0.
法二 由切点弦直线的方程为x0x+y0y=r2,得AB的方程为2x+y=1,
即2x+y-1=0.
1. 判断正误.(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)若直线与圆有公共点,则直线与圆相交. ( × )
(2)如果直线与圆组成的方程组有解,则直线和圆相交或相切.
( √ )
(3)若圆心到直线的距离大于半径,则直线与圆的方程联立消元后得到
的一元二次方程无解. ( √ )
(4)过圆外一点的直线与圆相离. ( × )
×
√
√
×
2. 直线y=ax+1与圆x2+y2-2x-3=0的位置关系是( )
A. 相切 B. 相交
C. 相离 D. 随a的变化而变化
解析: ∵直线y=ax+1恒过定点(0,1),且点(0,1)在圆x2+y2
-2x-3=0的内部,∴直线与圆相交.
√
3. 〔多选〕过坐标原点且与圆x2+y2-4x+2y+ =0相切的直线的方程
为( )
A. y=-3x B. y=3x
解析:设直线方程为y=kx,即kx-y=0.∵圆方程可化为(x-2)2+(y+1)2= ,∴圆心为(2,-1),半径为 .依题意有 = ,解得k=-3或k= ,∴直线方程为y=-3x或y= x,故选A、D.
√
√
4. 设直线ax-y+3=0与圆(x-1)2+(y-2)2=4相交于A,B两
点,且弦AB的长为2 ,则实数a= .
解析:由弦心距、半弦长、半径构成直角三角形,得( )2+
( )2=22,解得a=0.
0
课堂小结
1.理清单
(1)直线与圆的三种位置关系;
(2)圆的弦长问题;
(3)圆的切线问题.
2.应体会
(1)判断或证明直线与圆的位置关系,通常利用数形结合思想转化为几
何法解决;
(2)求圆的切线方程,通常利用化归与转化思想化为过切点的半径垂直
切线求解.
3.避易错
根据直线与圆的位置关系求直线方程时,易忽略直线的斜率不存在的情况.
04
PART
课时作业
1. (2025·河源月考)若直线x-y=0与圆(x-1)2+(y+1)2=m相
离,则实数m的取值范围是( )
A. (0,2] B. (1,2]
C. (0,2) D. (1,2)
解析: 由题意得圆心到直线的距离为d= > ,∴m<
2.∵m>0,∴0<m<2.故选C.
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√
2. 从圆(x-1)2+(y-1)2=1外一点P(2,3)向圆引切线,则此切
线的长为( )
B. 2
√
解析:设切点为Q,圆心为C,连接PQ,PC,CQ,如图所示,则CQ⊥PQ,而|PQ|= = =2.故选B.
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3. (2025·珠海五校联考)若圆C的圆心为(3,1),且被y轴截得的弦长
为8,则圆C的一般方程为( )
A. x2+y2-6x+2y-15=0
B. x2+y2-6x+2y-7=0
C. x2+y2-6x-2y-15=0
D. x2+y2-6x-2y-7=0
√
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解析: 如图,过点C作CD⊥AB 于D,依题意,|
BD|= |AB|=4,因为C(3,1),故|CD|=
3,从而,圆的半径为|BC|= =5,故所求圆
的方程为(x-3)2+(y-1)2=25,即x2+y2-6x-
2y-15=0.故选C.
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4. (2025·大庆期中)在圆x2+y2-2x-2y-1=0的所有经过坐标原点的
弦中,最短的弦的长度为( )
A. 1 B. 2
√
D. 4
解析: 由x2+y2-2x-2y-1=0,得圆的标准方程为
(x-1)2+(y-1)2=3,如图,图中AB⊥MO,|
MB|= ,|MO|= ,M为圆x2+y2-2x-2y-1
=0的圆心,A,B为直线AB与圆的交点,易知AB为所有
经过坐标原点的弦中的最短弦,所以|AB|=
2 =2 =2.故选B.
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5. (2025·中山期中)已知直线l:kx-y-k+3=0,若无论k取何值,直
线l与圆(x-5)2+(y-6)2=r2(r>0)恒有公共点,则r的取值范围
是( )
A. [3,5] B. (3,+∞)
C. [4,6) D. [5,+∞)
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解析: 由直线l:kx-y-k+3=0的方程得(x-1)k+(3-y)=
0,由 解得 即直线l恒过定点A(1,3),∴当点A
(1,3)在圆上或圆内时,直线l与圆(x-5)2+(y-6)2=r2(r>
0)恒有公共点,∴(1-5)2+(3-6)2≤r2,即r2≥25,又r>0,
∴r≥5,即r的取值范围为[5,+∞).故选D.
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6. 〔多选〕已知直线l:ax+by-r2=0与圆C:x2+y2=r2(r>0),
点A(a,b),则下列说法正确的是( )
A. 若点A在圆C上,则直线l与圆C相切
B. 若点A在圆C内,则直线l与圆C相离
C. 若点A在圆C外,则直线l与圆C相离
D. 若点A在直线l上,则直线l与圆C相切
√
√
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解析:圆心C(0,0)到直线l的距离d= ,若点A(a,b)在圆C上, 则a2+b2=r2,所以d= =r(r>0),则直线l与圆C相切,故A正确;若点A(a,b)在圆C内, 则a2+b2<r2,所以d= >r(r>0),则直线l与圆C相离,故B正确;若点A(a,b)在圆C外,则a2+b2>r2,所以d= <r(r>0),则直线l与圆C相交, 故C错误;若点A(a,b)在直线l上, 则a2+b2-r2=0,即a2+b2=r2,所以d= =r(r>0)直线l与圆C相切, 故D正确.故选A、B、D.
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7. 〔多选〕与圆C:x2+y2-4x+2=0相切,且在x,y轴上的截距相等
的直线方程为( )
A. x+y=0 B. x-y=0
C. x=0 D. x+y=4
√
√
√
解析:圆C的方程可化为(x-2)2+y2=2.可分为两种情况讨论:
①直线在x,y轴上的截距均为0,易知直线斜率必存在,设直线方程为y
=kx,则 = ,解得k=±1,所以直线方程为y=±x;
②直线在x,y轴上的截距均不为0,则可设直线方程为 + =1
(a≠0),即x+y-a=0(a≠0),则 = ,解得a=4(a=
0舍去),所以直线方程为x+y-4=0.
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8. 若直线3x-4y+5=0与圆x2+y2=r2(r>0)相交于A,B两点,且
∠AOB=120°(O为坐标原点),则r= .
解析:如图,过O点作OD⊥AB于D点,在Rt△DOB中,∠DOB=60°,∴∠DBO=30°,又|OD|= =1,∴r=2|OD|=2.
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解析:由已知得点(-2,-3)关于y轴的对称点为(2,-3),由入射
光线与反射光线的对称性知,反射光线一定过点(2,-3).设反射光线
所在直线的斜率为k,则反射光线所在直线的方程为y+3=k(x-2),
即kx-y-2k-3=0.由反射光线与圆相切,则有d= =1,
解得k=- 或k=- .
- 或-
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10. 在平面内,已知A(3,0),B(-1,0),C为动点,若 ·
=5.
(1)求点C的轨迹方程;
解:设点C(x,y),则 =(x-3,y),
=(x+1,y),
由题意可得, · =(x-3)(x+1)+y2=5,
整理得(x-1)2+y2=9,
所以点C的轨迹方程为(x-1)2+y2=9.
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(2)若直线l:x-y+3=0与曲线C交于M,N两点,求|MN|的长.
解:由(1)可知,曲线C是以C(1,0)为圆心,r=3为半径的圆,
则圆心C(1,0)到直线l:x-y+3=0的距离d= =2 ,
所以|MN|=2 =2× =2.
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11. 已知圆C与直线x+y+3=0相切,直线mx+y+1=0始终平分圆C的
面积,则圆C的方程为( )
A. x2+y2-2y=2 B. x2+y2+2y=2
C. x2+y2-2y=1 D. x2+y2+2y=1
解析:在直线mx+y+1=0的方程中,令x=0,得y=-1,则直线mx+y+1=0过定点(0,-1).由于直线mx+y+1=0始终平分圆C的面积,则点(0,-1)是圆C的圆心,又圆C与直线x+y+3=0相切,则圆C的半径r= = .因此,圆C的方程为x2+(y+1)2=2,即x2+y2+2y=1.
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12. (2025·泉州期中)若直线l:kx-y-2=0与曲线C:
=x-1至少有一个公共点,则实数k的取值范围是( )
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解析: 直线l:kx-y-2=0恒过定点(0,-2),由
方程 =x-1,两边平方得(x-1)2+(y
-1)2=1(x≥1),所以曲线C表示以点(1,1)为圆
心,半径为1,且位于直线x=1右侧的半圆,包括点(1,
2),(1,0),如图所示,当直线l经过点(1,2)时,l与曲线C有一个交点,此时k=4;当l与半圆相切时,由 =1,解得k= ,由图可知,当 ≤k≤4时,l与曲线C至少有一个公共点,故选B.
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13. 若斜率为 的直线与y轴交于点A,与圆x2+(y-1)2=1相切于点
B,与x轴交于点D,则|AB|= ,|AD|= 2 .
解析:如图,圆x2+(y-1)2=1的圆心为C(0,1),
半径r=1,圆与x轴相切于原点O. 设点A在y轴正半轴
上,由斜率为 的直线与x轴交于D,则tan∠ADO=
,所以∠ADO=60°,∠DAO=30°,因为|BC|
=1,BC⊥AD,所以|AC|=2,|AB|= ,|AO|=3,由△ABC∽△AOD,得 = |OD|= ,所以|DB|= ,|AD|=|AB|+|BD|=2 ,即|AB|= ,|AD|=2 .
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14. 已知圆C过点(1,1),圆心在x轴正半轴上,且与直线y=x-4相
切.
(1)求圆C的标准方程;
解:由题意,设圆心坐标为C(a,0)(a>0),
由题意,得 = ,
解得a=-6(舍)或a=2,
所以圆的半径为r= = ,
则圆C的标准方程为(x-2)2+y2=2.
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(2)已知过点P(1,3)的直线l交圆C于A,B两点,且|AB|=2,
求直线l的方程.
解:若斜率不存在,则直线方程为x=1,弦心距d=1,半径r= ,
则|AB|=2 =2,符合题意;
若斜率存在,设直线方程为y-3=k(x-1),
即kx-y-k+3=0.
弦心距d= ,
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得|AB|=2 =2,
解得k=- ,直线方程为4x+3y-13=0.
综上所述,直线l的方程为x=1或4x+3y-13=0.
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15. 已知P是直线3x+4y+8=0上的动点,PA,PB是圆C:x2+y2-2x
-2y+1=0的两条切线,A,B是切点.
(1)求四边形PACB面积的最小值;
解:如图,连接PC,由点P在直线3x+4y+8=0上,可设点P坐标为 .
圆的方程可化为(x-1)2+(y-1)2=1,
所以S四边形PACB=2S△PAC=2× ×|AP|×|AC|=|AP|.
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因为|AP|2=|PC|2-|CA|2=|PC|2-1,
所以当|PC|最小时,|AP|最小.
因为|PC|2=(1-x)2+ =( x+1)2+9.
所以当x=- 时,|PC =9.
所以|AP|min= =2 .
即四边形PACB面积的最小值为2 .
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(2)直线上是否存在点P,使∠BPA=60°,若存在,求出点P的坐标;
若不存在,说明理由.
解:由(1)知圆心C到点P的最小距离为3即点C到直线上点的最小值,若∠BPA=60°,则需|PC|=2,这是不可能的,所以这样的点P不存在.
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演示完毕 感谢观看