【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.1 第2课时 圆的一般方程 讲义--2026版高中数学苏教版选必修1

资源下载
  1. 二一教育资源

【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.1 第2课时 圆的一般方程 讲义--2026版高中数学苏教版选必修1

资源简介

第2课时 圆的一般方程
学习任务 核心素养
1.正确理解圆的方程的一般形式及特点,会由一般式求圆心和半径.(重点) 2.会在不同条件下求圆的一般方程.(重点) 1.通过对圆的一般方程的推导,提升逻辑推理、数学运算的数学素养. 2.通过学习圆的一般方程的应用,培养数学运算的数学素养.
(1)把(x-a)2+(y-b)2=r2展开是一个什么样的关系式?
(2)把x2+y2+Dx+Ey+F=0配方后,将得到怎样的方程?这个方程一定表示圆吗?在什么条件下一定表示圆?
这就是今天我们将要研究的问题.
知识点 圆的一般方程
(1)圆的一般方程的概念
方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(_____________)叫作圆的一般方程.其中圆心为____________,圆的半径为r=______________.
(2)对方程x2+y2+Dx+Ey+F=0的说明
方程 条件 图形
x2+y2+Dx+Ey+F=0 D2+E2-4F<0 不表示任何图形
D2+E2-4F=0 表示一个点
D2+E2-4F>0 表示以点为圆心,为半径的圆
方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的条件是什么?
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)任何一个圆的方程都能写为一个二元二次方程. (  )
(2)圆的一般方程和标准方程可以互化. (  )
(3)方程x2+y2+ax+2ay+2a2+a-1=0表示圆心为,半径为的圆. (  )
(4)若点M(x0,y0)在圆x2+y2+Dx+Ey+F=0外,则+Dx0+Ey0+F>0. (  )
2.若方程x2+y2+2λx+2λy+ 2λ2―λ+1=0表示圆,则λ的取值范围是(  )
A.(1,+∞)       B.,1
C.(1,+∞)∪-∞, D.R
A [因为方程x2+y2+2λx+2λy+2λ2―λ+1=0表示圆,所以D2+E2―4F>0,
即4λ2+4λ2―4(2λ2―λ+1)>0,解不等式得λ>1,即λ的取值范围是(1,+∞).故选A.]
3.过点(0,0),(4,0)和(0,6)三点的圆的一般方程为________.
类型1 圆的一般方程的认识
【例1】 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.
[尝试解答] _________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________
 解答该类型的题目,一般先看这个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,再看它能否表示圆,此时有两种途径,一看D2+E2-4F是否大于零,二是直接配方变形,看方程等号右端是否为大于零的常数.
[跟进训练]
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).
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
类型2 求圆的一般方程
【例2】 【链接教材P58例3】
已知△ABC的三个顶点为A(1,4),B(-2,3),C(4,-5),求△ABC的外接圆方程、外心坐标和外接圆半径.
[尝试解答] _________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________
 利用待定系数法求圆的一般方程的步骤
(1)根据题意,设所求圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0;
(2)根据已知条件,建立关于D,E,F的方程组;
(3)解方程组,求出D,E,F的值,并把它们代入所设的方程中去,就得到所求圆的一般方程.
[跟进训练]
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,半径长为,求圆的一般方程.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
类型3 与圆有关的轨迹问题
【例3】 点A(2,0)是圆x2+y2=4上的定点,点B(1,1)是圆内一点,P,Q为圆上的动点.
(1)求线段AP的中点M的轨迹方程;
(2)若∠PBQ=90°,求线段PQ的中点N的轨迹方程.
1.线段AP的中点M的坐标为M(x,y),那么点P的坐标是什么?
2.直角三角形斜边上的中线与斜边有什么关系?
[尝试解答] _________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________
[母题探究]
1.(变结论)在本例条件不变的情况下,求过点B的弦的中点T的轨迹方程.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2.(变结论)本例条件不变,求BP的中点E的轨迹方程.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
 1.直接法求轨迹方程的一般步骤
(1)建立适当坐标系,设出动点M 的坐标(x,y);
(2)列出点M 满足条件的集合;
(3)用坐标表示上述条件,列出方程;
(4)将上述方程化简;
(5)证明化简后的以方程的解为坐标的点都是轨迹上的点.
2.代入法求轨迹方程的一般步骤
(1)建立适当坐标系,设出动点M的坐标为(x,y);
(2)建立x,y与相关点的坐标x0,y0的方程;
(3)用x,y表示x0,y0;
(4)把(x0,y0)代入到相关点满足的方程;
(5)化简方程为最简形式.
1.若方程x2+y2-x+y+m=0表示一个圆,则实数m的取值范围是(  )
A.m< B.m
C.m<2 D.m2
2.若圆x2+y2-2kx+2y-4=0关于直线2x-y+3=0对称,则实数k等于________.
3.设圆x2+y2-4x+2y-11=0的圆心为A,点P在圆上,则PA的中点M的轨迹方程是________.
4.(源自湘教版教材)已知A(0,0),B(6,0),C(-1,7),求△ABC的外接圆的圆心坐标和半径.
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.圆的一般方程是什么?
2.方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的条件是什么?
3.求轨迹方程的一般方法有哪些?
1 / 5第2课时 圆的一般方程
学习任务 核心素养
1.正确理解圆的方程的一般形式及特点,会由一般式求圆心和半径.(重点) 2.会在不同条件下求圆的一般方程.(重点) 1.通过对圆的一般方程的推导,提升逻辑推理、数学运算的数学素养. 2.通过学习圆的一般方程的应用,培养数学运算的数学素养.
(1)把(x-a)2+(y-b)2=r2展开是一个什么样的关系式?
(2)把x2+y2+Dx+Ey+F=0配方后,将得到怎样的方程?这个方程一定表示圆吗?在什么条件下一定表示圆?
这就是今天我们将要研究的问题.
知识点 圆的一般方程
(1)圆的一般方程的概念
方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)叫作圆的一般方程.其中圆心为,圆的半径为r=.
(2)对方程x2+y2+Dx+Ey+F=0的说明
方程 条件 图形
x2+y2+Dx+Ey+F=0 D2+E2-4F<0 不表示任何图形
D2+E2-4F=0 表示一个点
D2+E2-4F>0 表示以点为圆心,为半径的圆
方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的条件是什么?
[提示] A=C≠0,B=0且D2+E2-4F>0.
1.思考辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)任何一个圆的方程都能写为一个二元二次方程. (  )
(2)圆的一般方程和标准方程可以互化. (  )
(3)方程x2+y2+ax+2ay+2a2+a-1=0表示圆心为,半径为的圆. (  )
(4)若点M(x0,y0)在圆x2+y2+Dx+Ey+F=0外,则+Dx0+Ey0+F>0. (  )
[答案] (1)√ (2)√ (3)× (4)√
2.若方程x2+y2+2λx+2λy+ 2λ2―λ+1=0表示圆,则λ的取值范围是(  )
A.(1,+∞)       B.,1
C.(1,+∞)∪-∞, D.R
A [因为方程x2+y2+2λx+2λy+2λ2―λ+1=0表示圆,所以D2+E2―4F>0,
即4λ2+4λ2―4(2λ2―λ+1)>0,解不等式得λ>1,即λ的取值范围是(1,+∞).故选A.]
3.过点(0,0),(4,0)和(0,6)三点的圆的一般方程为________.
x2+y2-4x-6y=0 [设过点(0,0)(4,0)和(0,6)三点的圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
∴∴∴一般方程为x2+y2-4x-6y=0.]
类型1 圆的一般方程的认识
【例1】 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.
[解] (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),半径为.
 解答该类型的题目,一般先看这个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,再看它能否表示圆,此时有两种途径,一看D2+E2-4F是否大于零,二是直接配方变形,看方程等号右端是否为大于零的常数.
[跟进训练]
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|.
类型2 求圆的一般方程
【例2】 【链接教材P58例3】
已知△ABC的三个顶点为A(1,4),B(-2,3),C(4,-5),求△ABC的外接圆方程、外心坐标和外接圆半径.
[解] 法一:设△ABC的外接圆方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
∵点A,B,C在圆上,


∴△ABC的外接圆方程为x2+y2-2x+2y-23=0,
即(x-1)2+(y+1)2=25.
∴外心坐标为(1,-1),外接圆半径为5.
法二:∵kAB==,kAC==-3,
∴kAB·kAC=-1,∴AB⊥AC.
∴△ABC是以角A为直角的直角三角形,
∴外心是线段BC的中点,
坐标为(1,-1),r=|BC|=5.
∴外接圆方程为(x-1)2+(y+1)2=25.
【教材原题·P58例3】
已知△ABC的三个顶点为A(4,3),B(5,2),C(1,0),求△ABC外接圆的方程.
[解] 设所求圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0.
因为点A,B,C在所求的圆上,所以
解得
故所求圆的方程是x2+y2-6x-2y+5=0.
 利用待定系数法求圆的一般方程的步骤
(1)根据题意,设所求圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0;
(2)根据已知条件,建立关于D,E,F的方程组;
(3)解方程组,求出D,E,F的值,并把它们代入所设的方程中去,就得到所求圆的一般方程.
[跟进训练]
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.

故圆的一般方程为x2+y2+2x-4y+3=0.
类型3 与圆有关的轨迹问题
【例3】 点A(2,0)是圆x2+y2=4上的定点,点B(1,1)是圆内一点,P,Q为圆上的动点.
(1)求线段AP的中点M的轨迹方程;
(2)若∠PBQ=90°,求线段PQ的中点N的轨迹方程.
1.线段AP的中点M的坐标为M(x,y),那么点P的坐标是什么?
[提示] (2x-2,2y).
2.直角三角形斜边上的中线与斜边有什么关系?
[提示] 直角三角形斜边的中线长是斜边长的二分之一.
[解] (1)设线段AP的中点为M(x,y),
由中点公式得点P坐标为(2x-2,2y).
∵点P在圆x2+y2=4上,
∴(2x-2)2+(2y)2=4,
故线段AP的中点M的轨迹方程为(x-1)2+y2=1.
(2)设线段PQ的中点为N(x,y),
在Rt△PBQ中,|PN|=|BN|.
设O为坐标原点,连接ON(图略),
则ON⊥PQ,
∴|OP|2=|ON|2+|PN|2=|ON|2+|BN|2,
∴x2+y2+(x-1)2+(y-1)2=4,
故线段PQ的中点N的轨迹方程为x2+y2-x-y-1=0.
[母题探究]
1.(变结论)在本例条件不变的情况下,求过点B的弦的中点T的轨迹方程.
[解] 设T(x,y).
因为点T是弦的中点,所以OT⊥BT.
当斜率存在时,有kOT·kBT=-1.
即=-1,整理得x2+y2-x-y=0.
当x=0或1时,点(0,0),(0,1),(1,0),(1,1)也都在圆上.
故所求轨迹方程为x2+y2-x-y=0.
2.(变结论)本例条件不变,求BP的中点E的轨迹方程.
[解] 设点E(x,y),P(x0,y0).
∵B(1,1),∴
整理得x0=2x-1,y0=2y-1,
∵点P在圆x2+y2=4上,
∴(2x-1)2+(2y-1)2=4,
整理得点E的轨迹方程为x2+y2-x-y-=0.
 1.直接法求轨迹方程的一般步骤
(1)建立适当坐标系,设出动点M 的坐标(x,y);
(2)列出点M 满足条件的集合;
(3)用坐标表示上述条件,列出方程;
(4)将上述方程化简;
(5)证明化简后的以方程的解为坐标的点都是轨迹上的点.
2.代入法求轨迹方程的一般步骤
(1)建立适当坐标系,设出动点M的坐标为(x,y);
(2)建立x,y与相关点的坐标x0,y0的方程;
(3)用x,y表示x0,y0;
(4)把(x0,y0)代入到相关点满足的方程;
(5)化简方程为最简形式.
1.若方程x2+y2-x+y+m=0表示一个圆,则实数m的取值范围是(  )
A.m< B.m
C.m<2 D.m2
A [由D2+E2-4F>0,得(-1)2+12-4m>0,解得m<,故选A.]
2.若圆x2+y2-2kx+2y-4=0关于直线2x-y+3=0对称,则实数k等于________.
-2 [由条件可知,直线经过圆的圆心(k,-1),∴2k-(-1)+3=0,解得k=-2.]
3.设圆x2+y2-4x+2y-11=0的圆心为A,点P在圆上,则PA的中点M的轨迹方程是________.
x2+y2-4x+2y+1=0 [由条件知A(2,-1),设M(x,y),则P(2x-2,2y+1),由于P在圆上,
∴(2x-2)2+(2y+1)2-4(2x-2)+2(2y+1)-11=0,
整理得x2+y2-4x+2y+1=0.]
4.(源自湘教版教材)已知A(0,0),B(6,0),C(-1,7),求△ABC的外接圆的圆心坐标和半径.
[解] 设外接圆的一般方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0. ①
将圆上三点的坐标依次代入方程①,得到一个关于D,E,F的三元一次方程组
解这个方程组,得D=-6,E=-8,F=0.
因此,外接圆的方程为x2+y2-6x-8y=0.
整理得(x-3)2+(y-4)2=52.
所以外接圆的圆心坐标为(3,4),半径为5.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
1.圆的一般方程是什么?
[提示] x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0).
2.方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的条件是什么?
[提示] A=C≠0,B=0且D2+E2-4F>0.
3.求轨迹方程的一般方法有哪些?
[提示] 直接法,代入法(相关点法).
课时分层作业(十) 圆的一般方程
一、选择题
1.圆x2+y2-2x-8y+13=0的圆心到直线ax+y-1=0的距离为,则a=(  )
A.0或-1 B.0
C.7 D.-1或7
D [将x2+y2-2x-8y+13=0整理得(x-1)2+(y-4)2=4,所以圆的圆心坐标为(1,4),
所以圆心到直线ax+y-1=0的距离d==,
整理得a2-6a-7=0,解得a=-1或a=7.]
2.若Rt△ABC的斜边的两端点A,B的坐标分别为(-3,0)和(7,0),则直角顶点C的轨迹方程为(  )
A.x2+y2=25(y≠0)
B.x2+y2=25
C.(x-2)2+y2=25(y≠0)
D.(x-2)2+y2=25
C [线段AB的中点为(2,0),因为△ABC为直角三角形,C为直角顶点,所以C到点(2,0)的距离为|AB|=5,所以点C(x,y)满足=5(y≠0),
即(x-2)2+y2=25(y≠0).]
3.由方程x2+y2+x+(m-1)y+m2=0所确定的圆中,最大面积是(  )
A.π B.π
C.3π D.不存在
B [所给圆的半径为r==.
所以当m=-1时,半径r取最大值,此时最大面积是π.]
4.过三个点A(1,3),B(4,2),C(1,-7)的圆交y轴于M,N两点,则|MN|=(  )
A.2 B.3
C.4 D.5
C [设过A,B,C三点的圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则解得
故圆的方程为x2+y2-2x+4y-20=0.
令x=0,得y2+4y-20=0,设M(0,y1),N(0,y2),则|MN|=|y1-y2|==4.故选C.]
5.已知a∈R且为常数,圆C:x2+2x+y2-2ay=0,过圆C内一点(1,2)的直线l与圆C相交于A,B两点,当弦AB最短时,直线l的方程为2x-y=0,则a的值为(  )
A.2 B.3
C.4 D.5
B [圆C:x2+2x+y2-2ay=0化简为(x+1)2+(y-a)2=a2+1,圆心坐标为C(-1,a),半径为.如图,
由题意可得,当弦AB最短时,过圆心与点(1,2)的直线与直线2x-y=0垂直.
则=-,即a=3.故选B.]
二、填空题
6.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________.
(2,-3) [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).]
7.已知圆C的圆心在x轴的正半轴上,点M(0,)在圆C上,且圆心到直线2x-y=0的距离为,则圆C的一般方程为________.
x2+y2-4x-5=0 [设圆C的圆心坐标为(a,0)(a>0),由题意可得=,解得a=2(a=-2舍去),所以圆C的半径为=3,所以圆C的方程为x2+y2-4x-5=0.]
8.已知两点A(-2,0),B(0,2),点C是圆x2+y2-2x=0上任意一点,则△ABC的面积的最小值是________.
3- [|AB|==2,又直线AB方程为=1,即x-y+2=0,圆x2+y2-2x=0上的点到直线距离的最小值为d=-1=,∴S△ABC的最小值为×2=3-.]
三、解答题
9.(源自人教A版教材)已知线段AB的端点B的坐标是(4,3),端点A在圆(x+1)2+y2=4上运动,求线段AB的中点M的轨迹方程.
[解] 设点M的坐标是(x,y),点A的坐标是(x0,y0).由于点B的坐标是(4,3),且M是线段AB的中点,所以x=,y=.
于是有x0=2x-4,y0=2y-3. ①
因为点A在圆(x+1)2+y2=4上运动,所以点A的坐标满足圆的方程,即=4. ②
把①代入②,得
(2x-4+1)2+(2y-3)2=4,
整理,得+=1.
这就是点M的轨迹方程,它表示以为圆心,半径为1的圆.
10.已知圆C:x2+y2-4x-14y+45=0,及点Q(-2,3).
(1)P(a,a+1)在圆上,求线段PQ的长及直线PQ的斜率;
(2)若M为圆C上任一点,求|MQ|的最大值和最小值.
[解] (1)∵点P(a,a+1)在圆上,
∴a2+(a+1)2-4a-14(a+1)+45=0,
∴a=4,P(4,5),
∴|PQ|==2,
kPQ==.
(2)∵圆心C的坐标为(2,7),
∴|QC|==4,
圆的半径是2,点Q在圆外,
∴|MQ|max=4+2=6,
|MQ|min=4-2=2.
11.(多选题)关于方程x2+y2+2ax-2ay=0表示的圆,下列叙述正确的是(  )
A.圆心在直线y=-x上
B.圆心在直线y=x上
C.圆过原点
D.圆的半径为|a|
ACD [圆x2+y2+2ax-2ay=0可化为(x+a)2+(y-a)2=2a2.圆心坐标为(-a,a)适合方程y=-x.
∴A正确,不适合y=x,∴B错误,把(0,0)代入圆的方程适合,∴C正确,又r2=2a2,∴r=|a|,∴D正确.故选ACD.]
12.使方程x2+y2-ax+2ay+2a2+a-1=0表示圆的实数a的可能取值为(  )
A.-2 B.0
C.1 D.
B [该方程若表示圆,则有(-a)2+(2a)2-4(2a2+a-1)>0,
即3a2+4a-4<0,
解得-2<a<,
其中B项满足条件,应选B.]
13.当动点P在圆x2+y2=2上运动时,它与定点A(3,1)连线中点Q的轨迹方程为________.
+= [设Q(x,y),P(a,b),由中点坐标公式得
所以点P(2x-3,2y-1)满足圆x2+y2=2的方程,所以(2x-3)2+(2y-1)2=2,化简得+=,即为点Q的轨迹方程.]
14.M(3,0)是圆C:x2+y2-8x-2y+10=0内一点,过M点最长的弦所在的直线方程为________,最短的弦所在的直线方程是________.
x-y-3=0 x+y-3=0 [由圆的几何性质可知,过圆内一点M的最长的弦是直径,最短的弦是与该点和圆心的连线CM垂直的弦.易求出圆心为C(4,1),kCM==1,∴最短的弦所在的直线的斜率为-1,由点斜式,分别得到方程y=x-3和y=-(x-3),即x-y-3=0和x+y-3=0.]
15.设△ABC的顶点坐标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.∵圆M过点A(0,a),B(-,0),C(,0),
∴解得D=0,E=3-a,F=-3a.∴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.

解得x=0,y=-3.
∴圆M过定点(0,-3).
1 / 13

展开更多......

收起↑

资源列表