2019-2020学年高中数学新同步苏教版必修2学案:第2章2.22.2.1  圆的一般方程Word版含解析

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名称 2019-2020学年高中数学新同步苏教版必修2学案:第2章2.22.2.1  圆的一般方程Word版含解析
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资源类型 教案
版本资源 苏教版
科目 数学
更新时间 2020-04-13 09:21:19

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第2课时 圆的一般方程
学 习 目 标
核 心 素 养
1.了解圆的一般方程的特点,会由一般方程求圆心和半径.(易错点)
2.会根据给定的条件求圆的一般方程,并能用圆的一般方程解决简单问题.(重点、难点)
通过学习本节内容来提升学生的数学运算和逻辑推理核心素养.
1.圆的一般方程的定义
(1)当D2+E2-4F>0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0叫做圆的一般方程,其圆心为,半径为.
(2)当D2+E2-4F=0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示点.
(3)当D2+E2-4F<0时,方程x2+y2+Dx+Ey+F=0不表示任何图形.
思考:圆的一般方程具有怎样的特点?
提示:(1)x2,y2项的系数均为1;
(2)没有xy项;
(3)D2+E2-4F>0.
2.点与圆的位置关系
已知点M(x0,y0)和圆的方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),则其位置关系如下表:
位置关系
代数关系
点M在圆外
x+y+Dx0+Ey0+F>0
点M在圆上
x+y+Dx0+Ey0+F=0
点M在圆内
x+y+Dx0+Ey0+F<0
1.思考辨析
(1)圆的一般方程可以化为圆的标准方程. (  )
(2)二元二次方程x2+y2+Dx+Ey+F=0一定是某个圆的方程. (  )
(3)方程x2+y2-2x+Ey+1=0表示圆,则E≠0. (  )
(4)二元二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆应满足的条件是①A=C≠0;②B=0;③D2+E2-4F>0. (  )
[答案] (1)√ (2)× (3)√ (4)√
2.圆x2+y2-2x+4y+3=0化为标准形式为________________________.
(x-1)2+(y+2)2=2 [由x2+y2-2x+4y+3=0,得(x-1)2+(y+2)2=2.
故圆的标准形式为(x-1)2+(y+2)2=2.]
3.方程x2+y2+4x-2y+5m=0表示圆,则m的取值范围是________.
(-∞,1) [由题意可知,16+(-2)2-20m>0,解得m<1.]
4.点A(4,1)在圆x2+y2-2y-19=0________(填“内”,“外”“上”).
内 [当x=4,y=1时,x2+y2-2y-19=42+12-2×1-19=-4<0,故点A在圆内.]
二元二次方程的曲线与圆的关系
【例1】 下列方程能否表示圆?若能,求出圆心坐标和半径.
(1)2x2+y2-7x+5=0;
(2)x2-2xy+y2+6x+7y=0;
(3)x2+y2-2x-4y+10=0;
(4)2x2+2y2-4y=0;
(5)ax2+ay2-4(a-1)x+4y=0(a≠0).
思路探究:根据二元二次方程表示圆的条件判断.
[解] (1)∵A≠B,∴不能表示圆.
(2)∵方程中含有xy项,∴不能表示圆.
(3)∵D2+E2-4F=(-2)2+(-4)2-4×10<0,
∴不能表示圆.
(4)方程变形为x2+y2-2y=0.
配方得x2+(y-1)2=1,
故方程表示圆,其圆心为(0,1),半径为1.
(5)法一:∵a≠0,∴原方程可化为x2+y2-x+y=0,
即+=.
∵>0,∴原方程表示圆,
此时圆心坐标为,
半径r=.
法二:∵a≠0,∴原方程可化为
x2+y2-x+y=0.
∵D2+E2-4F=+
=>0,
∴原方程表示圆,
此时圆心坐标为,
半径r=.
形如x2+y2+Dx+Ey+F=0的二元二次方程,判定其是否表示圆时有如下两种方法:
(1)由圆的一般方程的定义判断D2+E2-4F是否为正.若D2+E2-4F>0,则方程表示圆,否则不表示圆.
(2)将方程配方变形成“标准”形式后,根据圆的标准方程的特征,观察是否可以表示圆.
1.讨论方程x2+y2+2ay+1=0(a∈R)表示曲线的形状.
[解] 当a<-1或a>1时,此方程表示的曲线是圆心为(0,-a),半径为的圆;
当a=±1时,此方程表示的曲线是一个点,坐标为(0,-a);
当-1圆的一般方程的求法
【例2】 已知△ABC三个顶点的坐标为A(1,3),B(-1,-1),C(-3,5),求这个三角形外接圆的一般方程,并判断点M(1,2),N(4,5),Q(2,3)与圆的位置关系.
思路探究:解答本题,可设出圆的一般方程,用待定系数法求解.也可根据圆的性质,求圆心、半径,再写方程.
[解] (1)法一:设所求圆的方程为
x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0).
∵此圆过A,B,C三点,

解得
∴圆的方程为x2+y2+4x-4y-2=0.
法二:设圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,

②-①,③-①得
解得a=-2,b=2.
∴r2=10.
∴圆的方程为(x+2)2+(y-2)2=10.
即圆的一般式方程为x2+y2+4x-4y-2=0.
法三:AB的中垂线方程为y-1=-(x-0),
BC的中垂线方程为y-2=(x+2),
联立解得圆心坐标为(-2,2).
设圆的半径为r,则r2=(1+2)2+(3-2)2=10,
∴圆的方程为(x+2)2+(y-2)2=10,
即圆的一般式方程为x2+y2+4x-4y-2=0.
法四:由于kAB==2,kAC==-,
∴kAB·kAC=-1,∴AB⊥AC,
∴△ABC是以∠A为直角的直角三角形,
∴外接圆圆心为BC的中点,即(-2,2),
半径r=|BC|=,
∴圆的方程为(x+2)2+(y-2)2=10.
即圆的一般式方程为x2+y2+4x-4y-2=0.
(2)∵M(1,2),
∴12+22+4×1-4×2-2=-1<0,
∴点M(1,2)在圆内.
∵N(4,5),
∴42+52+4×4-4×5-2=35>0,
∴点N(4,5)在圆外.
∵Q(2,3),
∴22+32+4×2-4×3-2=7>0,
∴点Q(2,3)在圆外.
本题法一、法二中采用了待定系数法.用待定系数法求圆的方程时:
(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)如果已知条件和圆心或半径都无直接关系,一般采用圆的一般方程,再用待定系数法求出常数D,E,F.
法三则是充分利用了圆的性质:“弦的中垂线过圆心”.通过求两条弦的中垂线的交点求出圆心,再求出半径后写出圆的标准方程,再将标准方程化成一般方程.圆的标准方程和一般方程有如下关系:
(1)由圆的标准方程(x-a)2+(y-b)2=r2,可以直接看出圆心坐标(a,b)和半径r,圆的几何特征明显.
(2)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.
(3)
2.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r==,
∴D2+E2=20, ②
由①②可得或
又圆心在第二象限,∴-<0,即D>0,

∴圆的方程为x2+y2+2x-4y+3=0.
轨迹问题
[探究问题]
1.若|AB|=2,C为AB的中点,动点P满足|PC|=2,那么P点轨迹是什么曲线?求出曲线方程?
[提示] 以AB所在直线为x轴,以C为原点建立直角坐标系,则C(0,0),P点的轨迹是以C为圆心,半径为2的圆的方程为x2+y2=4.
2.已知一条曲线在x轴的上方,它上面的每一点到点A(0,2)的距离都是2,求这条曲线的方程,并说明是什么曲线.
[提示] 设点M(x,y)是曲线上任意一点,根据题意,有:=2.
两边平方,得x2+(y-2)2=4.
因为曲线在x轴上方,y>0,
所以曲线方程应是x2+(y-2)2=4(y>0).
曲线是圆心为(0,2),半径为2的圆在x轴上方的部分.
【例3】 (1)点P(4,-2)与圆x2+y2=4上任一点连线的中点轨迹方程是__________________.
(2)已知点A(-3,0),B(3,0),动点P满足PA=2PB.若点P的轨迹为曲线C,则此曲线的方程为__________.
思路探究:(1)设出中点坐标和圆上点的坐标,用圆上点的坐标表示中点坐标,再代入圆的方程,化简即可.(2)设出点P的坐标,利用PA=2PB得点P坐标的关系,化简即可.
(1)(x-2)2+(y+1)2=1 (2)(x-5)2+y2=16 
[(1)设圆上任意一点为(x1,y1),它与点P连线的中点坐标为(x,y),
则x=,y=,
所以x1=2x-4,y1=2y+2,
又(x1,y1)在圆x2+y2=4上,
所以(2x-4)2+(2y+2)2=4,
即(x-2)2+(y+1)2=1.
(2)设点P的坐标为(x,y),则=2.
化简可得(x-5)2+y2=16,此即为所求.]
求与圆有关的轨迹问题常用的方法
(1)直接法:根据题目的条件,建立适当的平面直角坐标系,设出动点坐标,并找出动点坐标所满足的关系式.如上例(2).
(2)定义法:当列出的关系式符合圆的定义时,可利用定义写出动点的轨迹方程.
(3)相关点法:若动点P(x,y)随着圆上的另一动点Q(x1,y1)的运动而运动,且x1,y1可用x,y表示,则可将Q点的坐标代入已知圆的方程,即得动点P的轨迹方程.如上例(1).
3.已知圆的方程为x2+y2-6x-6y+14=0,求过点A(-3,-5)的直线交圆的弦PQ的中点M的轨迹方程.
[解] 设所求轨迹上任一点M(x,y),圆的方程可化为(x-3)2+(y-3)2=4,圆心C(3,3).
∵CM⊥AM,∴kCM·kAM=-1,
即·=-1,
即x2+(y+1)2=25.
∴所求轨迹方程为x2+(y+1)2=25.
1.本节课的重点是了解圆的一般方程的特点,会由一般方程求圆心和半径,会根据给定的条件求圆的一般方程,并能用圆的一般方程解决简单问题,初步掌握求动点的轨迹方程的方法.难点是会根据给定的条件求圆的一般方程,并能用圆的一般方程解决简单问题.
2.本节课要重点掌握的规律方法
(1)二元二次方程表示圆的判定方法.
(2)应用待定系数法求圆的方程的方法.
(3)代入法求轨迹方程的一般步骤.
3.本节课的易错点是忽略二元二次方程表示圆的条件.
1.圆x2+y2-4x+6y=0的圆心坐标是(  )
A.(-4,6)     B.(-2,3)
C.(4,-6) D.(2,-3)
D [x0=-=2,y0=-=-3,故圆心坐标为(2,-3).]
2.经过三点A(1,-1),B(1,4),C(4,-2)的圆的方程为__________.
x2+y2-7x-3y+2=0 [设圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0.将A,B,C三点代入,整理得方程组
解得
∴所求圆的方程为x2+y2-7x-3y+2=0.]
3.方程x2+y2+2ax+2by+a2+b2=0表示的图形为________.
(-a,-b) [原方程可化为:(x+a)2+(y+b)2=0.所以它表示点(-a,-b).]
4.等腰三角形的顶点是A(4,2),底边一个端点是B(3,5),求另一个端点C的轨迹方程,并说明它的轨迹是什么?
[解] 设另一端点C的坐标为(x,y),依题意,得AC=AB.由两点间距离公式,得
=,整理得(x-4)2+(y-2)2=10.
这是以点A(4,2)为圆心,以为半径的圆,如图所示,又因为A,B,C为三角形的三个顶点,所以A,B,C三点不共线.即点B,C不能重合且B,C不能为圆A的一直径的两个端点.
因为点B,C不能重合,所以点C不能为(3,5).
又因为点B,C不能为一直径的两个端点,
所以≠4,且≠2,即点C不能为(5,-1).
故端点C的轨迹方程是(x-4)2+(y-2)2=10(除去点(3,5)和(5,-1)),它的轨迹是以点A(4,2)为圆心,为半径的圆,但除去(3,5)和(5,-1)两点.