高考数学必修知识讲解直线与圆的方程的应用基础

直线与圆的方程的应用【学习目标】1能利用直线与圆的方程解决有关的几何问题；2能利用直线与圆的方程解决有关的实际问题；3进一步体会、感悟坐标法在解决有关问题时的作用【要点梳理】要点一、用直线与圆的方程解决实际问题的步骤1从实际问题中提炼几何图形；2建立直角坐标系，用坐标和方程表示问题中的几何元素，将平面问题转化为代数问题；3通过代数运算，解决代数问题；4将结果“翻译”成几何结论并作答要点二、用坐标方法解决几何问题的“三步曲”用坐标法解决几何问题时，先用坐标和方程表示相应的几何元素：点、直线、圆；然后对坐标和方程进行代数运算；最后再把代数运算结果“翻译”成相应的几何结论.这就是用坐标法解决平面几何问题的“三步曲”.第一步：建立适当的平面直角坐标系，用坐标和方程表示问题中涉及的几何元素，将平面几何问题转化为代数问题；第二步：通过代数运算，解决代数问题；第三步：把代数运算结果“翻译”成几何结论.要点诠释：坐标法的实质就是借助于点的坐标，运用解析工具(即有关公式)将平面图形的若干性质翻译成若干数量关系.在这里，代数是工具、是方法，这是笛卡儿解析几何的精髓所在.要点三、用坐标法解决几何问题时应注意以下几点1建立直角坐标系时不能随便，应在利于解题的原则下建立适当的直角坐标系；2在实际问题中，有些量具有一定的条件，转化成代数问题时要注意范围；3最后要把代数结果转化成几何结论【典型例题】类型一：直线与圆的方程的实际应用【高清课堂：直线与圆的方程的应用381527 例1】例1. 如图是某圆拱桥的一孔圆拱的示意图.该圆拱跨度AB=20m，拱高OP=4m，在建造时每隔4m需要用一个支柱支撑，求支柱的长度（精确到0.01m）.【答案】3.86m【解析】建立坐标系如图所示.圆心的坐标是(0，)，圆的半径是，那么圆的方程是：因为P(0,4)、B(10,0)都在圆上，所以解得，.所以圆的方程为把代入圆的方程得，所以,即支柱的高度约为3.86m.举一反三：【变式1】某市气象台测得今年第三号台风中心在其正东300 km处，以40 km/h的速度向西偏北30方向移动.据测定，距台风中心250 km的圆形区域内部都将受到台风影响，请你推算该市受台风影响的起始时间与持续时间.(精确到分钟)【答案】90 10 h.【解析】利用坐标法来求解.如图，不妨先建立直角坐标系xOy，其中圆A的半径为250 km，过B(300，0)作倾斜角为150的直线交圆于点C、D，则该市受台风影响的起始与终结时间分别为C开始至D结束，然后利用圆的有关知识进行求解.以该市所在位置A为原点，正东方向为x轴的正方向建立直角坐标系，开始时台风中心在B(300，0)处，台风中心沿倾斜角为150方向的直线移动，其轨迹方程为y=(x-300)(x300).该市受台风影响时，台风中心在圆x2+y2=2502内，设射线与圆交于C、D，则CA=AD=250，台风中心到达C点时，开始影响该市，中心移至D点时，影响结束，作AHCD于H，则AH=ABsin30=150，HB=，CH=HD=200，BC=-200，则该市受台风影响的起始时间t1=1.5(h)，即约90分钟后台风影响该市，台风影响的持续时间t2=10(h)，即台风对该市的影响持续时间为10 h.【总结升华】应用问题首先要搞清题意，最好是画图分析，运用坐标法求解，首先要建立适当的坐标系，设出点的坐标.还要搞清里面叙述的术语的含义.构造圆的方程进行解题(如求函数的最值问题)时，必须充分联想其几何意义，也就是由数思形.如方程y=1+表示以(0，1)为圆心，1为半径的上半圆，表示原点与曲线f(x，y)=0上动点连线的斜率.类型二：直线与圆的方程在平面几何中的应用 例2如图，在圆O上任取C点为圆心，作一圆与圆O的直径AB相切于D，圆C与圆D交于E、F，求证：EF平分CD证明：令圆O方程为x2+y2=1 EF与CD相交于H，令C（x1，y1），则可得圆C的方程(xx1)+(yy1)2=y12，即x2+y22x1x2y1y+x12=0 得2x1x+2y1y1x12=0 式就是直线EF的方程，设CD的中点为H，其坐标为，将H代入式，得即H在EF上，EF平分CD【总结升华】 利用直线与方程解决平面几何问题时，要充分利用圆的方程、直线和圆的位置关系、圆与圆的位置关系等有关知识，正确使用坐标方法，使实际问题转化为代数问题，然后通过代数运算解决代数问题，最后解释代数运算结果的实际含义举一反三：【高清课堂：直线与圆的方程的应用381527 例3】【变式1】平面内动点P满足到定点的距离之比为，请问动点P的轨迹是什么图形？【答案】【解析】不妨设，以线段AB为x轴，其中垂线为y轴建立直角坐标系，那么A（-1，0），B(1，0).设P（x,y）.则，化简得到表示一个圆.类型三：直线与圆的方程在代数中的应用例3已知圆与直线：3x4y1=0和：4x+3y+1=0都有公共点，求的取值范围【思路点拨】圆与二直线：3x4y1=0和：4x+3y+1=0都有公共点，可得圆心C到直线的距离小于等于半径，即可求的取值范围【答案】【解析】圆：，圆心为C（a，b），半径为1直线：3x4y1=0和圆：有公共点，圆心C到直线的距离：，即 直线：4x+3y+1=0和圆：有公共点，圆心C到直线的距离：，即 作出不等式组表示的平面区域如图： 由 得，A（2，0）由的几何意义可得，最大值为，最小值为，的取值范围为举一反三：【变式1】设函数和，已知当x4，0时，恒有，求实数a的取值范围 【答案】【解析】因为，所以，即，分别画出和的草图，利用数形结合法，当直线与半圆相切时取到最大值，由圆心到直线的距离为2，求出，即得答案类型四：直线与圆的方程的综合应用例4（2016春 辽宁庄河市期中）已知圆C的圆心在坐标原点，且与直线相切（1）求圆C的方程；（2）求直线l2：4x3y+5=0被圆C所截得的弦AB的长；（3）过点G（1，3）作两条与圆C相切的直线，切点分别为M，N，求直线MN的方程【思路点拨】（1）设出圆的方程，由直线和圆相切的条件，求得半径，即可得到圆的方程；（2）求出圆心到直线的距离，运用直线和圆相交的弦长公式，即可得到；（3）判断出C，M，N，G四点共圆，求出圆的方程，再与圆C方程相减，即可得到相交弦方程【答案】（1）x2+y2=4；（2）；（3）x+3y4=0【解析】（1）设圆的方程为：x2+y2=r2，由于圆C与直线相切，则，则有圆C：x2+y2=4；（2）圆收到直线l2：4x3y+5=的距离为，则被圆C所截得的弦AB的长为；（3）过点G（1，3）作两条与圆C相切的直线，切点分别为M，N，由CMMG，CNNG，则四点C，M，G，N共圆，且以PC为直径，则方程为，又圆C：x2+y2=4，由于MN为两圆的公共弦，则，可得，x+3y4=0【总结升华】解决直线与圆的综合问题，一方面，我们要注意运用解析几何的基本思想方法（即几何问题代数化），把它转化为代数问题，通过代数的计算，使问题得到解决；另一方面由于直线与圆和平面几何联系得十分紧密（其中直线与三角形、四边形紧密相连），因此我们要充分挖掘几何图形中所隐含的条件（性质），利用几何知识使问题得到较简捷的解决举一反三：【变式1】若圆C：与y轴交于A，B两点，且ACB=90，求实数m的值【思