1、4.2.2 圆与圆的位置关系【学习目标】1.了解圆与圆之间的五种位置关系.2.会判断圆与圆的位置关系.圆与圆位置关系的判定(1)几何方法:设两圆半径分别为 r1,r2,圆心距离为 d,则两圆的位置关系如下表所示:两圆位置关系图形情况d与r1,r2的关系外离_外切d_dr1r2r1r2(续表)两圆位置关系图形情况d与r1,r2的关系相交|r2r1|dr1r2内切d_内含_|r2r1|0d0,圆(x1)2(y3)2r2与x2y216的位置关系不可能是()Dx2y60A.相切C.内含和内切B.相交D.外切和外离练习2:两圆x2y24x4y0,x2y22x120相于 P,Q 两点,则直线 PQ 的方程
2、是_.【问题探究】设圆C1:x2y2D1xE1yF10,圆C2:x2y2D2xE2yF20.若两圆相交,则经过两圆交点的弦所在的直线方程是什么?答案:(D1D2)x(E1E2)yF1F20.题型 1 判断圆与圆的位置关系【例 1】判断下列两个圆的位置关系.(1)C1:x2y24x6y90,C2:x2y212x6y190;(2)C1:x2y22x2y20,C2:x2y24x6y30.解:(1)把圆C1和C2的方程化成标准方程,得C1:(x2)2(y3)24,C2:(x6)2(y3)264,所以两圆的圆心分别为C1(2,3),C2(6,3),半径分别为r12,r28.故|C1C2|r1r2,所以两
3、圆外切.从而|C1C2|26233210.(2)把圆C1和C2的方程化成标准方程,得C1:(x1)2(y1)24,C2:(x2)2(y3)216,所以两圆的圆心分别为C1(1,1),C2(2,3),半径分别为r12,r24.从而|C1C2|122132 13.又因为r1r26,|r1r2|2,所以|r1r2|C1C2|0,故此方程有两个不相等实根.圆 C1 与圆 C2 有两个不同的交点.圆 C1 与圆 C2 相交.方法二:圆 C1 的圆心为(3,0),半径为 r1 15,圆 C2 的圆心为(0,2),半径为 r2 10,又|C1C2|13,|r1r2|C1C2|r1r2.圆 C1 与圆 C2
4、相交.题型 2 两圆相交弦问题 【例2】求圆x2y240与圆 x2y24x4y120的公共弦的长.思维突破:可用方程思想和几何法两种方法,几何法更为简便:先求出公共弦所在直线方程,再通过直角三角形求解.解:方法一:由题意,列出方程组把 yx2 代入 x2y240,x2y240,x2y24x4y120,消去二次项,得 yx2.得 x22x0,解得 x12,x20.y10,y22.两圆的交点坐标为 A(2,0),B(0,2),公共弦长|AB|2 2.方法二:由题意,列出方程组x2y240,x2y24x4y120,消去二次项,得 yx2,它就是公共弦所在直线的方程.圆 x2y240 的半径 r2,圆
5、心到直线 xy20 的距离为 d|002|2 2.两圆的公共弦长为 2 r2d22 2.涉及圆的弦长问题,通常考虑由半径r、圆心到 直线的距离 d、弦长的一半构成的直角三角形求解,即公共弦 长为 2 r2d2.【变式与拓展】2.已知圆C1:x2y210 x10y0和圆C2:x2y26x2y400 相交于 A,B 两点,求公共弦 AB 的长.解:方法一:由两圆的方程相减得到的方程即为公共弦 AB所在的直线方程,即为 4x3y10.两圆交点的坐标分别是 A(2,6),B(4,2).由4x3y10,x2y210 x10y0,解得x2,y6或x4,y2.故|AB|42226210.方法二:同方法一,先
6、求出公共弦所在直线的方程:4x3y10.过 C1 作 C1DAB 于 D.圆 C1 的圆心 C1(5,5),半径 r15 2,则|C1D|201510|55.|AB|2|AD|2 C1A2C1D22 5 225210.题型 3 圆系方程的应用 【例3】求经过两圆x2y24x30和x2y24y30 的交点,并且圆心在直线 2xy40 上的圆的方程.思维突破:经过两圆交点的圆的方程可用圆系方程形式设出,其中待定系数可依据圆心在已知直线上求得.解:设所求圆的方程为 x2y24x3(x2y24y3)0,即(1)x2(1)y24x4y330.则所求圆的圆心为21,21.41 2140,解得 43.所求圆
7、的方程为 x2y212x16y30.求经过两圆交点的圆可考虑圆系方程,但要注意1.另外由于圆系中不包括圆x2y24y30,故应检 验圆x2y24y30是否也满足题中条件,即圆心是否在直 线 2xy40 上.【变式与拓展】3.求圆心在直线 xy0 上,且过两圆 x2y22x10y240 和 x2y22x2y80 的交点的圆的方程.解:设所求圆的方程为 x2y22x10y24(x2y22x2y8)0,即(1)x2(1)y2(22)x(210)y8240,同除以 1 可得,x2y2221 x2101 y8241 0.此圆的圆心 P11,51.又圆心在直线 xy0 上,11510,得 2.所求圆的方程
8、为 x2y26x6y80.【例4】集合A(x,y)|x2y24和B(x,y)|(x3)2(y4)2r2,其中 r0,若 AB 中有且仅有一个元素,则r 的值是_.易错分析:两圆有且只有一个公共点时,忘掉分内切和外切两种情形处理而漏解.在解决有关两个圆只有一个公共点和没有公共点的相关问题时,要注意分内切、外切和内含、外离解决,否则有可能会漏解.答案:3 或 7方法规律小结1.判断两个圆的位置关系常用两圆圆心距d与两圆半径的和、差比较大小.dRr时,两圆外切;d|Rr|时,两圆内切;0dRr时,两圆外离;|Rr|dRr时,两圆相交.若两圆相交,则方程是它们的公共弦所在直线的方程;若两圆相切,则方程就是它们的公切线方程.2.过两个已知圆x2y2D1xE1yF10和x2y2D2xE2yF20的交点的圆系方程为:x2y2D1xE1yF1(x2y2D2xE2yF2)0(1).方程是一个圆系方程,这些圆的圆心都在两圆的连心线上,圆系方程代表的圆不包含圆x2y2D2xE2yF20.当1时,式变为一条直线:(D1D2)x(E1E2)y(F1F2)0.