7.3.2 圆的一般方程
1.方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,配方得2+2=.
(1)当D2+E2-4F>0时,这个方程表示以为圆心的圆.
(2)当D2+E2-4F=0时,方程表示点.
(3)当D2+E2-4F<0时,方程无实数解,图象是空集.
2.圆的一般方程是x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0).
1.圆的一般方程的特点是什么?
[提示] 圆的一般方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(其中D,E,F为常数)具有以下特点:
(1)x2,y2项的系数相等且不为零;
(2)没有xy项;
(3)D2+E2-4F>0.
2.圆的标准方程和一般方程体现了圆的什么特点?
[提示] 由圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r2,可以看出圆心坐标C(a,b)和半径r,圆的几何特征明显.
而由圆的一般方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),知道圆的方程是一种特殊的二元二次方程,圆的代数特征明显.
根据圆的一般方程求圆心和半径
若方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0表示圆,求:
(1)实数m的取值范围;
(2)圆心坐标和半径.
[自主解答] (1)据题意知D2+E2-4F=(2m)2+(-2)2-4(m2+5m)>0,
即4m2+4-4m2-20m>0,
解得m<,故m的取值范围为.
(2)将方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0写成标准方程为(x+m)2+(y-1)2=1-5m,
故圆心坐标为(-m,1),半径r=.
判断二元二次方程表示圆的“两看”
一看方程是否具备圆的一般方程的特征,当它具备圆的一般方程的特征时,二看它能否表示圆.此时有两种途径:一是看D2+E2-4F是否大于0;二是直接配方变形,看方程等号右边是否为大于零的常数.
1.下列方程各表示什么图形?若表示圆,求其圆心和半径.
(1)x2+y2+x+1=0;
(2)x2+y2+2ax+a2=0(a≠0);
(3)2x2+2y2+2ax-2ay=0(a≠0).
解:(1)∵D=1,E=0,F=1,
∴D2+E2-4F=1-4=-3<0,
∴方程不表示任何图形.
(2)∵D=2a,E=0,F=a2,
∴D2+E2-4F=4a2-4a2=0,
∴方程表示点(-a,0).
(3)两边同除以2,得x2+y2+ax-ay=0,
D=a,E=-a,F=0,
∴D2+E2-4F=2a2>0,
∴方程表示圆,它的圆心为,
半径r= =|a|.
用待定系数法求圆的一般方程
求过三点O(0,0),M1(1,1),M2(4,2)的圆的方程,并求这个圆的半径和圆心坐标.
[自主解答] 设所求圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
∵所求圆过点O(0,0),M1(1,1),M2(4,2),
∴解得
∴所求圆的方程为x2+y2-8x+6y=0,
∴-=4,-=-3,
圆心为(4,-3),
半径r= =5.
应用待定系数法求圆的方程应注意的问题
(1)如果由已知条件容易求得圆心坐标、半径或需利用圆心的坐标或半径列方程的问题,一般采用圆的标准方程,再用待定系数法求出a,b,r.
(2)如果已知条件与圆心和半径都无直接关系,一般采用圆的一般方程,再用待定系数法求出常数D,E,F.
2.求圆心在直线2x-y-3=0上,且过点(5,2)和(3,-2)的圆的一般方程.
解:设所求圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则圆心为.
∵圆心在直线2x-y-3=0上,
∴2×--3=0. ①
又∵点(5,2)和(3,-2)在圆上,
∴52+22+5D+2E+F=0. ②
32+(-2)2+3D-2E+F=0. ③
解①②③组成的方程组,得D=-4,E=-2,F=-5.
∴所求圆的一般方程为x2+y2-4x-2y-5=0.
[随堂体验落实]
1.圆x2+y2-4x+6y+3=0的圆心坐标是( )
A.(2,3) B.(-2,3)
C.(2,-3) D.(-2,-3)
解析:将x2+y2-4x+6y+3=0配方,得(x-2)2+(y+3)2=10,
故圆心坐标为(2,-3).故选C.
答案:C
2.圆的直径的两端点坐标分别是(2,0)和(2,-2),则此圆的方程是( )
A.x2+y2-4x+2y+4=0
B.x2+y2-4x-2y-4=0
C.x2+y2-4x+2y-4=0
D.x2+y2+4x+2y+4=0
解析:圆心为=(2,-1),
r==1.
故圆的方程为:(x-2)2+(y+1)2=1,
即x2+y2-4x+2y+4=0.
答案:A
3.已知三点A(1,0),B(0,),C(2,),则△ABC外接圆的圆心到原点的距离为( )
A. B.
C. D.
解析:设圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
得解得
∴△ABC外接圆的圆心为,
故△ABC外接圆的圆心到原点的距离为=.
答案:B
4.已知圆x2+y2+2x-4y+a=0关于直线y=2x+b成轴对称图形,则a-b的取值范围是________.
解析:由题意知,直线y=2x+b过圆心,而圆心坐标为(-1,2),
代入直线方程,得b=4,
圆的方程化为标准方程为(x+1)2+(y-2)2=5-a,
所以a<5,由此,得a-b<1.
答案:(-∞,1)
5.当m是什么实数时,关于x,y的方程(2m2+m-1)x2+(m2-m+2)y2+m+2=0表示的图形是一个圆?
解:欲使方程Ax2+Cy2+F=0表示一个圆,必须有A=C≠0.
所以2m2+m-1=m2-m+2,整理得m2+2m-3=0,所以m=-3或m=1.
当m=1时,原方程为x2+y2+=0,不符合题意,舍去.
当m=-3时,方程为14x2+14y2=1,即x2+y2=,表示以原点为圆心,为半径的圆.
[感悟高手解题]
[多解题] 如图,等边△ABC的边长为2,求这个三角形的外接圆的方程.
解:如图,以边BC为x轴,以BC的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系,由已知得等边△ABC的三个顶点A,B,C的坐标分别为A(0,),B(-1,0),C(1,0).
法一:设△ABC外接圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
由题意得解得
即△ABC的外接圆的方程为x2+y2-y-1=0.
法二:由三角形外接圆及等边三角形的性质知,△ABC外接圆的圆心在y轴的正半轴上.
设圆心为M(0,b)(b>0),所以|MB|=|MA|,
即1+b2=(-b)2,解得b=,
|MB|===.
因此,圆心坐标为,半径长为,
外接圆的方程为x2+2=,
即x2+y2-y-1=0.
一、选择题
1.已知方程x2+y2-2x+2k+3=0表示圆,则k的取值范围是( )
A.(-∞,-1) B.(3,+∞)
C.(-∞,-1)∪(3,+∞) D.
解析:方程可化为:(x-1)2+y2=-2k-2,只有-2k-2>0,即k<-1时才能表示圆.
答案:A
2.已知圆的方程是x2+y2-2x+6y+8=0,那么过圆心的一条直线方程是( )
A.2x-y+1=0 B.2x+y+1=0
C.2x-y-1=0 D.2x+y-1=0
解析:x2+y2-2x+6y+8=0配方得(x-1)2+(y+3)2=2,
圆心为(1,-3),点(1,-3)满足2x+y+1=0.
故2x+y+1=0过圆心.
答案:B
3.曲线x2+y2+2x-2y=0关于( )
A.直线x=轴对称 B.直线y=-x轴对称
C.点(-2,)中心对称 D.点(-,0)中心对称
解析:x2+y2+2x-2y=0配方得(x+)2+(y-)2=4,
圆心(-,)过直线y=-x,故圆关于直线y=-x轴对称.
答案:B
4.圆的方程为x2+y2+kx+2y+k2=0,当圆面积最大时,圆心坐标为( )
A.(-1,1) B.(1,-1)
C.(-1,0) D.(0,-1)
解析:由x2+y2+kx+2y+k2=0配方得
2+(y+1)2=1-k2,r2=1-k2,
当k=0时,r2最大,圆的面积最大,此时圆心为(0,-1).
答案:D
二、填空题
5.已知圆C:x2+y2-2x+2y-3=0,AB为圆C的一条直径,点A(0,1),则点B的坐标为________.
解析:由x2+y2-2x+2y-3=0得,(x-1)2+(y+1)2=5,所以圆心C(1,-1).
设B(x0,y0),又A(0,1),
由中点坐标公式得解得
所以点B的坐标为(2,-3).
答案:(2,-3)
6.(浙江高考)已知a∈R,方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圆,则圆心坐标是________,半径是________.
解析:由二元二次方程表示圆的条件可得a2=a+2,解得a=2或-1.
当a=2时,方程为4x2+4y2+4x+8y+10=0,
即x2+y2+x+2y+=0,配方得2+(y+1)2=-<0,不表示圆;
当a=-1时,方程为x2+y2+4x+8y-5=0,
配方得(x+2)2+(y+4)2=25,则圆心坐标为(-2,-4),半径是5.
答案:(-2,-4) 5
7.已知正三角形的两个顶点分别为O(0,0)和A(6,0),则其外接圆的方程是________________.
解析:由题设知,正三角形的边长为6,一边在x轴的正半轴上,
所以另一顶点B的坐标为(3,±3).
设这个三角形外接圆的方程为
x2+y2+Dx+Ey+F=0,
当点B的坐标为(3,3)时,把点O(0,0),A(6,0),B(3,3)代入外接圆的方程,得
解得
故外接圆的方程为x2+y2-6x-2y=0.
当点B的坐标为(3,-3)时,同理可得外接圆的方程为x2+y2-6x+2y=0.
综上知,所求外接圆的方程为x2+y2-6x+2y=0或x2+y2-6x-2y=0.
答案:x2+y2-6x+2y=0或x2+y2-6x-2y=0
8.若点(2a,a-1)在圆x2+y2-2y-4-5a2=0的内部,则a的取值范围是________.
解析:由已知得4a2+(a-1)2-2(a-1)-4-5a2<0,
解得:a>-.
答案:
三、解答题
9.已知圆C:x2+y2+Dx+Ey+3=0,圆心在直线x+y-1=0上,且圆心在第二象限,半径长为,求圆的一般方程.
解:圆心C,
∵圆心在直线x+y-1=0上,∴---1=0,即D+E=-2. ①
又∵半径长r==,
∴D2+E2=20. ②
由①②可得或
又∵圆心在第二象限,∴-<0即D>0.
则
故圆的一般方程为x2+y2+2x-4y+3=0.
10.设△ABC顶点坐标A(0,a),B(-,0),C(,0),其中a>0,圆M为△ABC的外接圆.
(1)求圆M的方程;
(2)当a变化时,圆M是否过某一定点,请说明理由.
解:(1)设圆M的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0.
因为圆M过点A(0,a),B(-,0),C(,0),
所以解得
所以圆M的方程为x2+y2+(3-a)y-3a=0.
(2)圆M的方程可化为(3+y)a-(x2+y2+3y)=0.
由解得x=0,y=-3.
所以圆M过定点(0,-3).