1、第四章 圆与方程 4.1 圆的方程 4.1.1 圆的标准方程 学 习 目 标核 心 素 养 1.会用定义推导圆的标准方程;掌握圆的标准方程的特点(重点)2会根据已知条件求圆的标准方程(重点、难点)3能准确判断点与圆的位置关系(易错点)通过对圆的标准方程的学习,提升直观想象、逻辑推理、数学运算的数学学科素养自 主 预 习 探 新 知 1圆的标准方程(1)圆的定义:平面内到 的距离等于 的点的集合叫做圆,定点称为圆心,定长称为圆的半径(2)确定圆的基本要素是 和 ,如图所示定点定长圆心半径(3)圆的标准方程:圆心为 A(a,b),半径长为 r 的圆的标准方程是 当 ab0 时,方程为 x2y2r2
2、,表示以 为圆心、半径为 r 的圆(xa)2(yb)2r2原点 O思考:平面内确定圆的要素是什么?提示 圆心坐标和半径2.点与圆的位置关系设点 P 到圆心的距离为 d,半径为 r.d 与 r 的大小点与圆的位置 dr点 P 在圆外D 由圆的标准方程可得圆心为(2,3),半径为 2.1圆(x2)2(y3)22 的圆心和半径分别是()A.(2,3),1 B(2,3),3C.(2,3),2D(2,3),2B 以原点为圆心,2 为半径的圆,其标准方程为 x2y24.2以原点为圆心,2 为半径的圆的标准方程是()A.x2y22B.x2y24C.(x2)2(y2)28D.x2y2 2A m22524,点
3、P 在圆外3点 P(m,5)与圆 x2y224 的位置关系是()A.在圆外B在圆内C.在圆上D不确定(x2)2y210 因为点(1,1)在圆(x2)2y2m 上,故(12)212m,m10.即圆的方程为(x2)2y210.4点(1,1)在圆(x2)2y2m 上,则圆的方程是_合 作 探 究 释 疑 难 求圆的标准方程【例 1】求过点 A(1,1),B(1,1)且圆心在直线 xy20 上的圆的方程思路探究:法一:利用待定系数法,设出圆的方程,根据条件建立关于参数方程组求解;法二:利用圆心在直线上,设出圆心坐标,根据条件建立方程组求圆心坐标和半径,从而求圆的方程;法三:借助圆的几何性质,确定圆心坐
4、标和半径,从而求方程解 法一:设所求圆的标准方程为(xa)2(yb)2r2,由已知条件知(1a)2(1b)2r2,(1a)2(1b)2r2,ab20,解此方程组,得a1,b1,r24.故所求圆的标准方程为(x1)2(y1)24.法二:设点 C 为圆心,点 C 在直线 xy20 上,可设点 C 的坐标为(a,2a).又该圆经过 A,B 两点,|CA|CB|.(a1)2(2a1)2(a1)2(2a1)2,解得 a1.圆心坐标为 C(1,1),半径长 r|CA|2.故所求圆的标准方程为(x1)2(y1)24.法三:由已知可得线段 AB 的中点坐标为(0,0),kAB1(1)111,所以弦 AB 的垂
5、直平分线的斜率为 k1,所以 AB 的垂直平分线的方程为 y01(x0),即 yx.则圆心是直线 yx 与 xy20 的交点,由yx,xy20,得x1,y1,即圆心为(1,1),圆的半径为(11)21(1)22,故所求圆的标准方程为(x1)2(y1)24.确定圆的方程的方法:确定圆的标准方程就是设法确定圆心 C(a,b)及半径 r,其求解的方法:一是待定系数法,如法一,建立关于 a,b,r 的方程组,进而求得圆的方程;二是借助圆的几何性质直接求得圆心坐标和半径,如法二、法三一般地,在解决有关圆的问题时,有时利用圆的几何性质作转化较为简捷跟进训练1求下列圆的标准方程:(1)圆心是(4,0),且过
6、点(2,2);(2)圆心在 y 轴上,半径为 5,且过点(3,4);(3)以点 A(3,2),B(5,4)为直径两端点的圆的方程解(1)r2(24)2(20)28,圆的标准方程为(x4)2y28.(2)设圆心为 C(0,b),则(30)2(4b)252,b0 或 b8,圆心为(0,0)或(0,8),又 r5,圆的标准方程为 x2y225 或 x2(y8)225.(3)|AB|(35)2(24)210.半径 r5.又圆心坐标为352,242,即(1,1).所以圆的标准方程为(x1)2(y1)225.点与圆的位置关系【例 2】已知圆心为点 C(3,4),且经过原点,求该圆的标准方程,并判断点 P1
7、(1,0),P2(1,1),P3(3,4)和圆的位置关系解 因为圆心是 C(3,4),且经过原点,所以圆的半径 r(30)2(40)25,所以圆的标准方程是(x3)2(y4)225.因为|P1C|(13)2(04)2 4162 55,所以 P3(3,4)在圆外1判断点与圆的位置关系的方法(1)只需计算该点与圆的圆心距离,与半径作比较即可;(2)把点的坐标代入圆的标准方程,判断式子两边的符号,并作出判断2灵活运用若已知点与圆的位置关系,也可利用以上两种方法列出不等式或方程,求解参数范围跟进训练2已知点 A(1,2)不在圆 C:(xa)2(ya)22a2 的内部,求实数 a 的取值范围解 由题意,
8、点 A 在圆 C 上或圆 C 的外部,(1a)2(2a)22a2,2a50,a52.a0,a 的取值范围为52,0(0,).与圆有关的最值问题探究问题1怎样求圆外一点到圆的最大距离和最小距离?提示 可采用几何法,先求出该点到圆心的距离,再加上或减去圆的半径,即可得距离的最大值和最小值2若点 P(x,y)是圆 C:(x2)2(y2)21 上的任一点,如何求点 P 到直线 xy0 的距离的最大值和最小值?提示 可先求出圆心(2,2)到直线 xy0 的距离,再将该距离加上或减去圆的半径 1,即可得距离的最大值和最小值【例 3】已知 x 和 y 满足(x1)2y214,试求 x2y2 的最值思路探究:
9、首先观察 x、y 满足的条件,其次观察所求式子的几何意义,求出其最值解 由题意知 x2y2 表示圆上的点到坐标原点距离的平方,显然当圆上的点与坐标原点的距离取最大值和最小值时,其平方也相应取得最大值和最小值原点 O(0,0)到圆心 C(1,0)的距离 d1,故圆上的点到坐标原点的最大距离为 11232,最小距离为 11212.因此 x2y2 的最大值和最小值分别为94和14.1本例条件不变,试求yx的取值范围解 设 kyx,变形为 ky0 x0,此式表示圆上一点(x,y)与点(0,0)连线的斜率,由 kyx,可得 ykx,此直线与圆有公共点,圆心到直线的距离dr,即|k|k2112,解得 33
10、 k 33.即yx的取值范围是 33,33.2本例条件不变,试求 xy 的最值解 令 yxb 并将其变形为 yxb,问题转化为斜率为1 的直线在经过圆上的点时在 y 轴上的截距的最值当直线和圆相切时在 y 轴上的截距取得最大值和最小值,此时有|1b|212,解得 b 22 1,即最大值为 22 1,最小值为 22 1.3本例条件不变,求圆上点 P 与 A(3,0)、B(0,3)所围成的三角形的面积的最大值和最小值解|AB|(3)2(3)23 2.圆心(1,0)到直线 AB:yx3 的距离为d 22 2,圆(x1)2y214的半径为12,点 P 到直线 AB 的距离的最大值和最小值分别为 212
11、,212.SPAB 的最大值和最小值分别为:(SABP)max123 2212 123 24,(SPAB)min123 2(212)123 24.与圆有关的最值问题的常见类型及解法:(1)形如 uybxa形式的最值问题,可转化为过点(x,y)和(a,b)的动直线斜率的最值问题(2)形如 laxby 形式的最值问题,可转化为动直线 yab xlb截距的最值问题(3)形如(xa)2(yb)2 形式的最值问题,可转化为动点(x,y)到定点(a,b)的距离的平方的最值问题课 堂 小 结 提 素 养 1确定圆的方程主要方法是待定系数法,即列出关于 a,b,r的方程组求 a,b,r 或直接求出圆心(a,b
12、)和半径 r.另依据题意适时运用圆的几何性质解题可以化繁为简,提高解题效率2判断点(x0,y0)与圆(xa)2(yb)2r2 的关系的方法:假设点(x0,y0)与圆心的距离为 d,则dr(x0a)2(y0b)2r2在圆外;dr(x0a)2(y0b)2r2在圆上;dr(x0a)2(y0b)2r2在圆内3与圆有关的最值问题,常借助于所求式的几何意义,利用数形结合的思想解题,渗透着直观形象的数学素养A 由题意,圆的半径 r(03)2(40)25,则圆的方程为 x2(y4)225.1圆心为(0,4),且过点(3,0)的圆的方程为()A.x2(y4)225 Bx2(y4)225C.(x4)2y225 D
13、(x4)2y225B 圆 x2y22x4y0 的圆心为(1,2).由条件知,(1,2)适合于方程 3xya0,所以32a0,解得 a1,故选 B.2若直线 3xya0 过圆 x2y22x4y0 的圆心,则 a 的值为()A.1 B1C.3 D3(x2)2y24 由题意知,圆心是(2,0),半径是 2,所以圆的方程是(x2)2y24.3经过原点,圆心在 x 轴的负半轴上,半径为 2 的圆的方程是_0,1)由于点在圆的内部,所以(5 a11)2(a)226,即26a26,又 a0,解得 0a1.4点(5 a1,a)在圆(x1)2y226 的内部,则 a 的取值范围是_解 易知ABC 是直角三角形,B90,所以圆心是斜边 AC 的中点(2,2),半径是斜边长的一半,即 r 5,所以外接圆的方程为(x2)2(y2)25.5ABC 的三个顶点的坐标分别为 A(1,0),B(3,0),C(3,4),求ABC 的外接圆方程点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!