【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.5 2.5.1 圆的标准方程 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

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【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.5 2.5.1 圆的标准方程 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

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2.5 圆的方程
2.5.1 圆的标准方程
学习任务 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、数学运算的核心素养.
如图所示,设平面直角坐标系中的⊙C的圆心坐标为C(1,2),而且半径为2.
(1)判断点A(3,2)是否在⊙C上;
(2)设M(x,y)是平面直角坐标系中任意一点,那么M在⊙C上的充要条件是什么?此时x,y要满足什么关系式?
知识点1 圆的标准方程
(1)圆的定义:圆是平面内到一定点的距离等于定长的所有的点组成的集合.这个定点即圆心,而定长就是半径.
(2)圆的标准方程:圆心为C(a,b),半径为r的圆的方程是___________________________,把它叫作圆的标准方程.
特别地,圆心在原点(0,0),半径为r的圆的方程为x2+y2=r2.
方程(x+a)2+(y+b)2=m2一定是圆的方程吗?
若方程表示圆,m满足什么条件?此时圆的圆心和半径分别是什么?
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
1.圆心为(1,-2),半径为3的圆的方程是(  )
A.(x+1)2+(y-2)2=9
B.(x-1)2+(y+2)2=3
C.(x+1)2+(y-2)2=3
D.(x-1)2+(y+2)2=9
知识点2 点与圆的位置关系
圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),其圆心为C(a,b),半径为r,点P(x0,y0),设d=|PC|=.
位置关系 d与的大小r 图示 点P的坐标的特点
点在圆外 d>r _______________________________
点在圆上 d=r _______________________________
点在圆内 d2.点P(-2,-2)和圆x2+y2=4的位置关系是(  )
A.在圆上        B.在圆外
C.在圆内 D.以上都不对
类型1 求圆的标准方程
【例1】 【链接教材P90例2】
已知圆过点A(1,-2),B(-1,4).
(1)求周长最小的圆的标准方程;
(2)求圆心在直线2x-y-4=0上的圆的标准方程.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 圆的标准方程的两种求法
(1)几何法
利用图形的几何性质,如圆的性质等,直接求出圆的圆心和半径,代入圆的标准方程,从而得到圆的标准方程.
(2)待定系数法
由三个独立条件得到三个方程,解方程组以得到圆的标准方程中三个参数,从而确定圆的标准方程.它是求圆的方程最常用的方法,一般步骤是:
①设——设所求圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0);
②列——由已知条件,建立关于a,b,r的方程组;
③解——解方程组,求出a,b,r;
④代——将a,b,r代入所设方程,得所求圆的方程.
[跟进训练]
1.求满足下列条件的圆的标准方程:
(1)圆心在y轴上,半径长为5,且过点(3,-4);
(2)求过两点C(-1,1)和D(1,3),圆心在x轴上的圆的标准方程.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型2 点与圆的位置关系
【例2】 (1)点P(m2,5)与圆x2+y2=24的位置关系是(  )
A.点P在圆内       B.点P在圆外
C.点P在圆上 D.不确定
(2)已知点M(5+1,)在圆(x-1)2+y2=26的内部,则a的取值范围为________.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 点与圆的位置关系的判断方法
(1)几何法:判断点到圆心的距离与半径的大小;
(2)代数法:将点的坐标代入圆的标准方程的左边,判断与r2的大小.
[跟进训练]
2.已知点A(1,2)和圆C:(x-a)2+(y+a)2=2a2,试分别求满足下列条件的实数a的取值范围:
(1)点A在圆的内部;
(2)点A在圆上;
(3)点A在圆的外部.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型3 与圆有关的最值问题
【例3】 已知圆心在x轴上的圆C与x轴交于两点A(1,0),B(5,0),
(1)求此圆的标准方程;
(2)设P(x,y)为圆C上任意一点,试求x2+(y-4)2的最值.
x2+(y-4)2有什么几何意义?如何求圆上一点和圆外一点距离的最大值和最小值?
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 已知点(x,y)在圆O:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)上,求d=的最值问题的处理方法如下:
(1)求圆心O(a,b)与定点M(m,n)间的距离dMO.
(2)根据圆的几何性质知,
①当点M在圆外时,dmax=dMO+r,dmin=dMO-r;
②当点M在圆内时,dmax=dMO+r,dmin=r-dMO.
[跟进训练]
3.设P(x,y)是圆x2+(y+4)2=4上任意一点,则的最大值为________.
1.若某圆的标准方程为(x-1)2+(y+5)2=3,则此圆的圆心和半径长分别为(  )
A.(-1,5),       B.(1,-5),
C.(-1,5),3 D.(1,-5),3
2.(教材P91练习T1改编)圆心为(1,1),且过原点的圆的标准方程是(  )
A.(x-1)2+(y-1)2=1
B.(x+1)2+(y+1)2=1
C.(x+1)2+(y+1)2=2
D.(x-1)2+(y-1)2=2
3.点P(1,3)与圆x2+y2=24的位置关系是(  )
A.在圆外 B.在圆内
C.在圆上 D.不确定
4.已知P(x,y)是圆(x-1)2+(y-1)2=1上任意一点,则x2+y2的最小值为________.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)试写出圆的标准方程.
(2)如何判断点P(x0,y0)和圆(x-a)2+(y-b)2=r2的关系?
(3)如何求圆C外一点M和圆C上任意一点P的距离|PM|的最值?
1 / 12.5 圆的方程
2.5.1 圆的标准方程
学习任务 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、数学运算的核心素养.
如图所示,设平面直角坐标系中的⊙C的圆心坐标为C(1,2),而且半径为2.
(1)判断点A(3,2)是否在⊙C上;
(2)设M(x,y)是平面直角坐标系中任意一点,那么M在⊙C上的充要条件是什么?此时x,y要满足什么关系式?
知识点1 圆的标准方程
(1)圆的定义:圆是平面内到一定点的距离等于定长的所有的点组成的集合.这个定点即圆心,而定长就是半径.
(2)圆的标准方程:圆心为C(a,b),半径为r的圆的方程是(x-a)2+(y-b)2=r2,把它叫作圆的标准方程.
特别地,圆心在原点(0,0),半径为r的圆的方程为x2+y2=r2.
方程(x+a)2+(y+b)2=m2一定是圆的方程吗?
若方程表示圆,m满足什么条件?此时圆的圆心和半径分别是什么?
[提示] 当m=0时,方程(x+a)2+(y+b)2=m2表示点(-a,-b).
当m≠0时,方程表示圆,此时圆的圆心为(-a,-b),半径为|m|.
1.圆心为(1,-2),半径为3的圆的方程是(  )
A.(x+1)2+(y-2)2=9
B.(x-1)2+(y+2)2=3
C.(x+1)2+(y-2)2=3
D.(x-1)2+(y+2)2=9
D [由圆的标准方程得,圆的方程是(x-1)2+(y+2)2=9,故选D.]
知识点2 点与圆的位置关系
圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),其圆心为C(a,b),半径为r,点P(x0,y0),设d=|PC|=.
位置关系 d与的大小r 图示 点P的坐标的特点
点在圆外 d>r (x0-a)2+(y0-b)2>r2
点在圆上 d=r (x0-a)2+(y0-b)2=r2
点在圆内 d2.点P(-2,-2)和圆x2+y2=4的位置关系是(  )
A.在圆上        B.在圆外
C.在圆内 D.以上都不对
B [∵(-2)2+(-2)2=8>4,
∴点P(-2,-2)在圆外,故选B.]
类型1 求圆的标准方程
【例1】 【链接教材P90例2】
已知圆过点A(1,-2),B(-1,4).
(1)求周长最小的圆的标准方程;
(2)求圆心在直线2x-y-4=0上的圆的标准方程.
[解] (1)当线段AB为圆的直径时,过点A,B的圆的半径最小,从而周长最小,
即所求圆以线段AB的中点(0,1)为圆心,
|AB|=为半径.故所求圆的标准方程为x2+(y-1)2=10.
(2)法一:直线AB的斜率k==-3,则线段AB的垂直平分线的方程是y-1=x,即x-3y+3=0.
由解得即圆心的坐标是(3,2).所以圆的半径r==2.
所以所求圆的标准方程是(x-3)2+(y-2)2=20.
法二:设圆心坐标为(a,b),半径为r(r>0),则圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,
由题意得
解得
所以所求圆的标准方程是(x-3)2+(y-2)2=20.
【教材原题·P90例2】
例2 已知某圆经过A(-2,2),B(6,0)两点,圆心M在直线2x-y=1上,求该圆的方程.
[解] (方法一)设圆心为M(a,b),半径为r,则圆的标准方程为
(x-a)2+(y-b)2=r2.
由题意可得方程组
解此方程组,得
故所求圆的方程为(x-3)2+(y-5)2=34.
(方法二)如图2.5-2,由于圆心M到点A,B的距离相等(都等于半径),因此圆心M在AB的垂直平分线l上,并且位于直线l与直线2x-y=1的交点处.
因为l⊥AB,所以=(8,-2)是l的一个法向量,故可设直线l的方程为
8x-2y+C=0. ①
又直线l过AB的中点N,而N的坐标为,
即N(2,1),将其代入①式,解得C=-14.
所以直线l的方程为8x-2y-14=0,即4x-y=7.
圆心M的坐标是方程组的解,
解此方程组,得
所以圆心M的坐标为(3,5).
圆的半径r=|AM|==.
故所求圆的方程为(x-3)2+(y-5)2=34.
 圆的标准方程的两种求法
(1)几何法
利用图形的几何性质,如圆的性质等,直接求出圆的圆心和半径,代入圆的标准方程,从而得到圆的标准方程.
(2)待定系数法
由三个独立条件得到三个方程,解方程组以得到圆的标准方程中三个参数,从而确定圆的标准方程.它是求圆的方程最常用的方法,一般步骤是:
①设——设所求圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0);
②列——由已知条件,建立关于a,b,r的方程组;
③解——解方程组,求出a,b,r;
④代——将a,b,r代入所设方程,得所求圆的方程.
[跟进训练]
1.求满足下列条件的圆的标准方程:
(1)圆心在y轴上,半径长为5,且过点(3,-4);
(2)求过两点C(-1,1)和D(1,3),圆心在x轴上的圆的标准方程.
[解] (1)设圆心C(0,b),则(3-0)2+(-4-b)2=52,整理得(b+4)2=16,解得b=0或b=-8.
∴圆的标准方程为x2+y2=25或x2+(y+8)2=25.
(2)设圆心为M(a,0),∵|MC|=|MD|,
∴(a+1)2+(0-1)2=(a-1)2+(0-3)2,即a2+2a+1+1=a2-2a+1+9,
∴a=2,r=|MC|=,
∴圆的标准方程为(x-2)2+y2=10.
类型2 点与圆的位置关系
【例2】 (1)点P(m2,5)与圆x2+y2=24的位置关系是(  )
A.点P在圆内       B.点P在圆外
C.点P在圆上 D.不确定
(2)已知点M(5+1,)在圆(x-1)2+y2=26的内部,则a的取值范围为________.
(1)B (2)[0,1) [(1)由(m2)2+52=m4+25>24,
得点P在圆外.
(2)由题意知
即解得0a<1.]
 点与圆的位置关系的判断方法
(1)几何法:判断点到圆心的距离与半径的大小;
(2)代数法:将点的坐标代入圆的标准方程的左边,判断与r2的大小.
[跟进训练]
2.已知点A(1,2)和圆C:(x-a)2+(y+a)2=2a2,试分别求满足下列条件的实数a的取值范围:
(1)点A在圆的内部;
(2)点A在圆上;
(3)点A在圆的外部.
[解] (1)因为点A在圆的内部,
所以(1-a)2+(2+a)2<2a2,
且a不为0,解得a<-.
(2)因为点A在圆上,所以(1-a)2+(2+a)2=2a2,
解得a=-.
(3)因为点A在圆的外部,所以(1-a)2+(2+a)2>2a2,
且a不为0,解得a>-且a≠0.
类型3 与圆有关的最值问题
【例3】 已知圆心在x轴上的圆C与x轴交于两点A(1,0),B(5,0),
(1)求此圆的标准方程;
(2)设P(x,y)为圆C上任意一点,试求x2+(y-4)2的最值.
x2+(y-4)2有什么几何意义?如何求圆上一点和圆外一点距离的最大值和最小值?
[解] (1)由已知得,圆心C(3,0),半径r=|AB|=2,∴圆C的标准方程为(x-3)2+y2=4.
(2)x2+(y-4)2表示点M(0,4)与圆C上任意一点P(x,y)的距离的平方,即|PM|2.
由(0-3)2+42>4知点M(0,4)在圆C外部.
又|MC|==5,
∴|PM|max=5+2=7,|PM|min=5-2=3.
∴==9.
即x2+(y-4)2的最大值为49,最小值为9.
 已知点(x,y)在圆O:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)上,求d=的最值问题的处理方法如下:
(1)求圆心O(a,b)与定点M(m,n)间的距离dMO.
(2)根据圆的几何性质知,
①当点M在圆外时,dmax=dMO+r,dmin=dMO-r;
②当点M在圆内时,dmax=dMO+r,dmin=r-dMO.
[跟进训练]
3.设P(x,y)是圆x2+(y+4)2=4上任意一点,则的最大值为________.
+2 [因为P(x,y)是圆x2+(y+4)2=4上任意一点,
所以表示点M(1,1)与该圆上任意一点P(x,y)的距离|PM|.
因为12+(1+4)2>4,所以点M(1,1)在圆外.
设圆心为C(0,-4),
则|MC|==,
所以|PM|max=+2,
即的最大值为+2.]
1.若某圆的标准方程为(x-1)2+(y+5)2=3,则此圆的圆心和半径长分别为(  )
A.(-1,5),       B.(1,-5),
C.(-1,5),3 D.(1,-5),3
B [由圆的标准方程知,圆心坐标为(1,-5),半径r=,故选B.]
2.(教材P91练习T1改编)圆心为(1,1),且过原点的圆的标准方程是(  )
A.(x-1)2+(y-1)2=1
B.(x+1)2+(y+1)2=1
C.(x+1)2+(y+1)2=2
D.(x-1)2+(y-1)2=2
D [由圆过原点知r==,故所求圆的方程为(x-1)2+(y-1)2=2,选D.]
3.点P(1,3)与圆x2+y2=24的位置关系是(  )
A.在圆外 B.在圆内
C.在圆上 D.不确定
B [由12+32<24知,点P(1,3)在圆内,故选B.]
4.已知P(x,y)是圆(x-1)2+(y-1)2=1上任意一点,则x2+y2的最小值为________.
3-2 [x2+y2表示点P(x,y)与原点O(0,0)的距离的平方|PO|2.
由(0-1)2+(0-1)2>1知原点O在圆外.
设M(1,1),则|MO|=,则|PO|min=-1.
从而=3-2.即x2+y2的最小值为3-2.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)试写出圆的标准方程.
[提示] 圆心为(a,b),半径为r的圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2.
(2)如何判断点P(x0,y0)和圆(x-a)2+(y-b)2=r2的关系?
[提示] 点P在圆外 (x0-a)2+(y0-b)2>r2;
点P在圆上 (x0-a)2+(y0-b)2=r2;
点P在圆内 (x0-a)2+(y0-b)2(3)如何求圆C外一点M和圆C上任意一点P的距离|PM|的最值?
[提示] 先求点M和圆心C的距离|MC|,则
|PM|max=|MC|+r,|PM|min=|MC|-r.
课时分层作业(十九) 圆的标准方程
一、选择题
1.(教材P91练习T2改编)以两点A(-3,-1)和B(5,5)为直径端点的圆的标准方程是(  )
A.(x-1)2+(y-2)2=10
B.(x-1)2+(y-2)2=100
C.(x-1)2+(y-2)2=5
D.(x-1)2+(y-2)2=25
D [圆心坐标为(1,2),半径r==5,故所求圆的方程为(x-1)2+(y-2)2=25.]
2.点(sin 30°,cos 30°)与圆x2+y2=的位置关系是(  )
A.点在圆上       B.点在圆内
C.点在圆外 D.不能确定
C [因为sin230°+cos230°=1>,
所以点在圆外,故选C.]
3.圆心在y轴上,半径为1,且过点(1,3)的圆的方程为(  )
A.x2+(y-3)2=1 B.x2+(y+3)2=1
C.(x-3)2+y2=1 D.(x+3)2+y2=1
A [设圆心坐标为(0,a),∵圆的半径为1,且过点(1,3),∴(0-1)2+(a-3)2=1,解得a=3,∴所求圆的方程为x2+(y-3)2=1.]
4.若点(1,1)在圆(x-a)2+(y+a)2=4的内部,则实数a的取值范围是(  )
A.(0,1) B.{-1,1}
C.(-1,1) D.(-∞,-1)∪(1,+∞)
C [∵点(1,1)在圆(x-a)2+(y+a)2=4的内部,
∴(1-a)2+(1+a)2<4,解得-15.圆心在直线x+y=0上,且与x轴交于点A(-3,0)和B(1,0)的圆的方程为(  )
A.(x+1)2+(y-1)2=5
B.(x-1)2+(y+1)2=
C.(x-1)2+(y+1)2=5
D.(x+1)2+(y-1)2=
A [由题意得圆心在直线x=-1上,又圆心在直线x+y=0上,所以圆心M的坐标为(-1,1).又A(-3,0),半径r=|AM|==.则圆的方程为(x+1)2+(y-1)2=5.]
二、填空题
6.已知点P(x,y)在圆x2+y2=1上,则的最大值为________.
1+ [的几何意义是圆上的点P(x,y)到点(1,1)的距离,因此最大值为+1.]
7.若一圆的圆心坐标为(2,-3),一条直径的端点分别在x轴和y轴上,则此圆的标准方程是________.
(x-2)2+(y+3)2=13 [易知直径两端点的坐标分别为(4,0),(0,-6),可得圆的半径为,因为圆心坐标为(2,-3),所以所求圆的标准方程是(x-2)2+(y+3)2=13.]
8.圆(x+1)2+y2=5关于直线y=x对称的圆的标准方程为________.
x2+(y+1)2=5 [圆(x+1)2+y2=5的圆心坐标为(-1,0),它关于直线y=x的对称点坐标为(0,-1),即所求圆的圆心坐标为(0,-1),所以所求圆的标准方程为x2+(y+1)2=5.]
三、解答题
9.(源自人教A版教材)△ABC的三个顶点分别是A(5,1),B(7,-3),C(2,-8),求△ABC的外接圆的标准方程.
[解] 设所求的方程是
(x-a)2+(y-b)2=r2. ①
因为A(5,1),B(7,-3),C(2,-8)三点都在圆上,所以它们的坐标都满足方程①.于是

观察上面的式子,我们发现,三式两两相减,可以消去a2,b2,r2,得到关于a,b的二元一次方程组
解此方程组,得
代入(5-a)2+(1-b)2=r2,得r2=25.
所以,△ABC的外接圆的标准方程是
(x-2)2+(y+3)2=25.
10.已知A(0,1),B(2,1),C(-1,2),能否确定一个圆?若能,判断D(3,4)与该圆的位置关系.
[解] 由于kAB≠kAC,所以三点不共线,则A,B,C三点可以确定一个圆.设经过A,B,C三点的圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2.
则解得
所以经过A,B,C三点的圆的标准方程是(x-1)2+(y-3)2=5.
把点D的坐标(3,4)代入圆的方程的左边,得(3-1)2+(4-3)2=5.
所以点D在经过A,B,C三点的圆上.所以A,B,C,D四点在同一个圆上,圆的方程为(x-1)2+(y-3)2=5.
11.(多选题)若经过点P(5m+1,12m)可以作出圆(x-1)2+y2=1的两条切线,则实数m的取值可能是(  )
A.  B.  C.-  D.-
AD [过P可作圆的两条切线,说明点P在圆的外部,所以(5m+1-1)2+(12m)2>1,解得m>或m<-,可知AD可能.]
12.若圆C与圆(x+2)2+(y-1)2=1关于原点对称,则圆C的方程为(  )
A.(x-2)2+(y+1)2=1
B.(x-2)2+(y-1)2=1
C.(x-1)2+(y+2)2=1
D.(x+1)2+(y-2)2=1
A [由题意可知圆(x+2)2+(y-1)2=1的圆心坐标为(-2,1),半径为1,
所以其关于原点对称的圆的圆心坐标为(2,-1),半径为1,
所以所求圆C的方程为(x-2)2+(y+1)2=1.]
13.已知圆C:(x-2)2+(y+m-4)2=1,当m变化时,圆C上的点到原点的最短距离是________.
1 [由题意可得,圆C的圆心坐标为(2,4-m),半径为1,圆C上的点到原点的最短距离是圆心到原点的距离减去半径1,即求d=-1的最小值,当m=4时,d最小,dmin=1.]
14.已知A,B两点是圆x2+(y-1)2=4上的两点,若A,B关于直线x+ay-3=0对称,则a=________;若点A,B关于点P(1,2)对称,则直线AB的方程为________.
3 x+y-3=0 [圆x2+(y-1)2=4的圆心C的坐标为(0,1),若A,B关于直线x+ay-3=0对称,则直线经过圆心(0,1),∴a=3.又若圆x2+(y-1)2=4上存在A,B两点关于点P(1,2)中心对称,则CP⊥AB,P为AB的中点,∵kCP==1,∴kAB=-1,∴直线AB的方程为y-2=-(x-1),即x+y-3=0.]
15.已知圆C:(x-3)2+(y-4)2=1,点A(0,-1),B(0,1),设P是圆C上的动点,令d=,求d的最大值及最小值.
[解] 设P(x,y),
则d=|PA|2+|PB|2=2(x2+y2)+2.
圆心坐标为C(3,4),O为坐标原点,
∴|CO|2=32+42=25,即|CO|=5,
∴(5-1)2x2+y2(5+1)2,
即16x2+y236.
∴d的最小值为2×16+2=34,
最大值为2×36+2=74.
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