【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.5 2.5.2 圆的一般方程 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

资源下载
  1. 二一教育资源

【学霸笔记:同步精讲】第2章 2.5 2.5.2 圆的一般方程 讲义--2026版高中数学湘教版选必修1

资源简介

2.5.2 圆的一般方程
学习任务 核心素养
1.掌握圆的一般方程及其特点.(重点) 2.会将圆的一般方程化为圆的标准方程,会由一般式求圆心和半径.(易混点) 3.能根据某些具体条件,运用待定系数法求圆的方程.(重点、难点) 1.通过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.
把圆的标准方程(x-1)2+(y-2)2=9中的括号展开、整理之后,得到的方程形式是什么样的?是否所有圆的方程都能化成这种形式?
知识点 圆的一般方程
对于方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,①
(1)当D2+E2-4F>0时,方程①表示以点为圆心,以为半径的圆;
(2)当D2+E2-4F=0时,方程①只有一个解,表示一个点;
(3)当D2+E2-4F<0时,方程①无实数解,不表示任何图形.
综上,我们将方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)叫作圆的一般方程.
(1)圆x2+y2-6x=0的圆心坐标是__________.
(2)若方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示以(2,-4)为圆心,以4为半径的圆,则F=________.
(1)(3,0) (2)4 [(1)方程x2+y2-6x=0可化为(x-3)2+y2=9,则圆心坐标为(3,0).
(2)由题意知
解得]
类型1 圆的一般方程满足的条件
【例1】 (1)已知a∈R,方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圆,则圆心坐标是________,半径是________.
(2)若方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0表示圆.
①求实数m的取值范围;
②写出圆心坐标和半径.
(1)(-2,-4) 5 [方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圆,则a2=a+2,故a=-1或2.当a=2时,方程为4x2+4y2+4x+8y+10=0,即x2+y2+x+2y+=0,亦即+(y+1)2=-,不成立,故舍去;当a=-1时,方程为x2+y2+4x+8y-5=0,即(x+2)2+(y+4)2=25,故圆心为(-2,-4),半径为5.]
(2)[解] ①法一:根据D2+E2-4F>0求解.
由表示圆的条件,
得(2m)2+(-2)2-4(m2+5m)>0,
解得m<,即实数m的取值范围为.
法二:化为圆的标准方程求解.
方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0可化为
(x+m)2+(y-1)2=1-5m.
由题意知1-5m>0,即m<.
所以实数m的取值范围是.
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r=.
 二元二次方程表示圆的判断方法
任何一个圆的方程都可化为x2+y2+Dx+Ey+F=0的形式,但形如x2+y2+Dx+Ey+F=0的方程不一定表示圆.判断它是否表示圆可以有以下两种方法:
(1)计算D2+E2-4F,若其值为正,则表示圆;若其值为0,则表示一个点;若其值为负,则不表示任何图形.
(2)将该方程配方为+=,根据圆的标准方程来判断.
[跟进训练]
1.判断方程x2+y2-4mx+2my+20m-20=0能否表示圆.若能表示圆,求出圆心和半径.
[解] 法一:由方程x2+y2-4mx+2my+20m-20=0可知D=-4m,E=2m,F=20m-20,
∴D2+E2-4F=16m2+4m2-80m+80=20(m-2)2.因此,当m=2时,它表示一个点;
当m≠2时,原方程表示圆,此时,圆的圆心为(2m,-m),
半径为r==|m-2|.
法二:原方程可化为(x-2m)2+(y+m)2=5(m-2)2,
因此,当m=2时,它表示一个点;
当m≠2时,原方程表示圆,此时,圆的圆心为(2m,-m),
半径为r=|m-2|.
类型2 求圆的一般方程
【例2】 已知△ABC的三边BC,CA,AB的中点分别是D(5,3),E(4,2),F (1,1).
(1)求△ABC的边AB所在直线的方程及点A的坐标;
(2)求△ABC的外接圆的方程.
[解] (1)由题意可知kED=kAB==1,
又F (1,1)为AB的中点,
∴AB所在直线的方程为y-1=1×(x-1),即x-y=0.①
同理CA所在直线的方程为x-2y=0,②
联立①②,得A(0,0).
因此直线AB的方程为x-y=0,点A的坐标为(0,0).
(2)由线段AB的中点F (1,1)及A(0,0)得B(2,2),由线段AC的中点E(4,2)及A(0,0)得C(8,4),
设△ABC的外接圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,将A,B,C的坐标代入圆的方程可得
解方程组可得
∴圆的方程为x2+y2-16x+12y=0.
 用待定系数法求圆的一般方程的步骤
(1)根据题意设所求的圆的一般方程为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)解此方程组,求出D,E,F的值.
(4)将所得的值代回所设的圆的方程中,就得到所求的圆的一般方程.
[跟进训练]
2.(1)圆心在直线y=x上,且经过点A(-1,1),B(3,-1)的圆的一般方程是________.
(2)已知A(2,2),B(5,3),C(3,-1),求△ABC的外接圆的方程.
(1)x2+y2-4x-4y-2=0 [设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则圆心是,
由题意知,
解得D=E=-4,F=-2,
即所求圆的一般方程是x2+y2-4x-4y-2=0.]
(2)[解] 设△ABC外接圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
由题意得
解得
即△ABC的外接圆方程为x2+y2-8x-2y+12=0.
类型3 求动点的轨迹方程
【例3】 已知圆x2+y2=4上一定点A(2,0),点B(1,1)为圆内一点,P,Q为圆上的动点.
(1)求线段AP中点的轨迹方程;
(2)若∠PBQ=90°,求线段PQ中点的轨迹方程.
线段的中点,直角三角形斜边的中点,圆中弦的中点都有怎样的性质?由此你能得到什么结论?
[解] (1)设线段AP的中点M的坐标为(x,y),P的坐标为(x0,y0),


又P(x0,y0)在圆x2+y2=4上,
∴(2x-2)2+(2y)2=4,∴(x-1)2+y2=1.
即线段AP中点的轨迹方程为(x-1)2+y2=1.
(2)设PQ的中点为N(x,y),
在Rt△PBQ中,|PN|=|BN|,
设O为坐标原点,连接ON,则ON⊥PQ(图略),
∴|OP|2=|ON|2+|PN|2=|ON|2+|BN|2,
∴x2+y2+(x-1)2+(y-1)2=4.
故线段PQ中点的轨迹方程为x2+y2-x-y-1=0.
 求与圆有关的轨迹方程的方法
(1)直接法:直接根据题目提供的条件列出方程.
(2)定义法:根据圆、直线等定义列方程.
(3)代入法:若动点P(x,y)依赖圆上的某一个动点Q(x0,y0)而运动,找到两点的关系,把x0,y0用x,y表示,再将点Q的坐标代入到已知圆的方程中得P点的轨迹方程.
提醒:注意“求轨迹”与“求轨迹方程”是不同的.
[跟进训练]
3.(1)已知圆x2+y2=1,点A(1,0),△ABC内接于圆,且∠BAC=60°,当B,C在圆上运动时,BC中点D的轨迹方程是(  )
A.x2+y2=
B.x2+y2=
C.x2+y2=
D.x2+y2=
(2)已知△ABC的边AB长为4,若BC边上的中线为定长3,求顶点C的轨迹方程.
(1)D [设D(x,y),
由∠BAC=60°知∠BOD=60°,在Rt△BOD中,
∠DBO=30°,则OD=OB=,
∴x2+y2=,
当C→A时,∠DAO=30°,AD=,此时x=,
∴BC中点D的轨迹方程是x2+y2=,故选D.]
(2)[解] 以直线AB为x轴,AB的中垂线为y轴,建立平面直角坐标系(如图),
则A(-2,0),B(2,0),设C(x,y),BC中点D(x0,y0).
∴ ①
∵|AD|=3,
∴=9.②
将①代入②,整理得(x+6)2+y2=36.
∵点C不能在x轴上,
∴y≠0.
综上,点C的轨迹是以(-6,0)为圆心,6为半径的圆,去掉(-12,0)和(0,0)两点.
轨迹方程为(x+6)2+y2=36(y≠0).
1.(教材P93习题2.5T4改编)圆x2+y2+4x-6y-3=0的圆心和半径分别为(  )
A.(4,-6),16      B.(2,-3),4
C.(-2,3),4 D.(2,-3),16
C [圆的方程可化为(x+2)2+(y-3)2=16,因此圆心坐标为(-2,3),半径r=4,故选C.]
2.方程x2+y2+2ax+2by+a2+b2=0表示的图形为(  )
A.以(a,b)为圆心的圆
B.以(-a,-b)为圆心的圆
C.点(a,b)
D.点(-a,-b)
D [原方程可化为(x+a)2+(y+b)2=0,
∴即
∴方程表示点(-a,-b).]
3.若方程x2+y2-x+y+m=0表示圆,则实数m的取值范围是(  )
A.m< B.m>
C.m<1 D.m>1
A [由二元二次方程表示圆的充要条件可知+12-4m>0,解得m<,故选A.]
4.过四点(0,0),(4,0),(-1,1),(4,2)中的三点的一个圆的方程为________________.
(x-2)2+(y-3)2=13或(x-2)2+(y-1)2=5或+=或+(y-1)2=(写出其中任意一个即可) [依题意,设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
若过(0,0),(4,0),(-1,1),
则解得
所以圆的方程为x2+y2-4x-6y=0,即(x-2)2+(y-3)2=13;
若过(0,0),(4,0),(4,2),
则解得
所以圆的方程为x2+y2-4x-2y=0,即(x-2)2+(y-1)2=5;
若过(0,0),(-1,1),(4,2),
则解得
所以圆的方程为x2+y2-x-y=0,
即+=;
若过(-1,1),(4,0),(4,2),

解得
所以圆的方程为x2+y2-x-2y-=0,即+(y-1)2=.]
5.长度为6的线段AB的两个端点A和B分别在x轴和y轴上滑动,则线段AB的中点M的轨迹方程为________.
x2+y2=9 [设M(x,y),因为△AOB是直角三角形,所以|OM|=|AB|=3为定值,故M的轨迹为以O为圆心,3为半径的圆,故x2+y2=9即为所求.]
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)试写出圆的一般方程.
[提示] x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0).
(2)二元二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆,需满足什么条件?
[提示] A=C≠0,B=0,D2+E2-4AF>0.
(3)求动点的轨迹方程有哪些常用方法?
[提示] 直接法、定义法、代入法(相关点法).
课时分层作业(二十) 圆的一般方程
一、选择题
1.(多选题)若a∈,方程x2+y2+2ax+2ay+2a2+a-1=0表示圆,则a的值可以为(  )
A.-2    B.0    C.1    D.
ABD [若方程表示圆,则满足+a-1)>0,即a<1,所以ABD正确.]
2.与圆C:x2+y2-2x+4y-1=0有相同的圆心,且半径是圆C的半径的一半的圆的方程为(  )
A.x2+y2-2x+4y+2=0
B.x2+y2-2x+4y+1=0
C.x2+y2-2x+4y-=0
D.x2+y2-2x+4y+=0
D [易知圆C的标准方程为(x-1)2+(y+2)2=6,所以圆C的圆心坐标为(1,-2),半径为,故所求圆的圆心坐标为(1,-2),半径为,所以所求圆的方程为(x-1)2+(y+2)2==,即x2+y2-2x+4y+=0.]
3.(教材P94习题2.5T7改编)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.]
4.如果圆x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)关于直线y=x对称,则有(  )
A.D+E=0 B.D=E
C.D=F D.E=F
B [由圆的对称性知,圆心在直线y=x上,
故有-=-,即D=E.]
5.已知两定点A(-2,0),B(1,0),如果动点P满足|PA|=2|PB|,则点P的轨迹所包围的图形的面积等于(  )
A.π B.4π C.8π D.9π
B [设P(x,y),由条件知=2,整理得x2+y2-4x=0,即(x-2)2+y2=4,故点P的轨迹所包围的图形面积等于4π.]
二、填空题
6.已知圆C:x2+y2-4y-m=0的面积为π,则m=________.
-3 [由x2+y2-4y-m=0得x2+(y-2)2=m+4,故半径r=,∴π(m+4)=π,解得m=-3.]
7.若直线x+y+a=0平分圆x2+y2-2x+4y+1=0的面积,则实数a=________.
1 [根据题意,圆的方程为x2+y2-2x+4y+1=0,
其圆心为(1,-2).
因为直线x+y+a=0平分圆x2+y2-2x+4y+1=0的面积,所以圆心(1,-2)在直线x+y+a=0上,
则有a+1-2=0,解得a=1.]
8.已知点A(1,2)在圆x2+y2+2x+3y+m=0的外部,则实数m的取值范围是________.
 [由点A(1,2)在圆x2+y2+2x+3y+m=0的外部,
得1+4+2+6+m>0,解得m>-13.
又由4+9-4m>0,得m<,所以-13三、解答题
9.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,半径为,求圆的一般方程.
[解] 圆心C,因为圆心在直线x+y-1=0上,所以--1=0,即D+E=-2,①
又r==,所以D2+E2=20,②
由①②可得或
又圆心在第二象限,所以-<0,->0,即D>0,E<0,所以所以圆的一般方程为x2+y2+2x-4y+3=0.
10.如图,已知正方形ABCD的四个顶点坐标分别为A(0,-2),B(4,-2),C(4,2),D(0,2).
(1)求对角线AC所在直线的方程;
(2)求正方形ABCD外接圆的方程;
(3)若动点P为外接圆上一点,点N(-2,0)为定点,问线段PN中点的轨迹是什么?并求出该轨迹方程.
[解] (1)由两点式可知,对角线AC所在直线的方程为=,整理得x-y-2=0.
(2)设G为外接圆的圆心,则G为AC的中点,
∴G,即(2,0),
设r为外接圆的半径,则r=|AC|,
|AC|==4,∴r=2.
∴外接圆方程为(x-2)2+y2=8.
(3)设点P坐标为(x0,y0),线段PN的中点M坐标为(x,y),则x=,y=,
∴x0=2x+2,y0=2y,①
∵点P为外接圆上一点,
∴=8,
将①代入并整理,得x2+y2=2,
∴该轨迹是以原点为圆心,为半径的圆,轨迹方程为x2+y2=2.
11.已知圆x2+y2-2mx-(4m+2)y+4m2+4m+1=0(m≠0)的圆心在直线x+y-7=0上,则该圆的面积为(  )
A.4π B.2π C.π D.
A [圆的方程可化为(x-m)2+(y-2m-1)2=m2(m≠0),其圆心为(m,2m+1).
依题意得,m+2m+1-7=0,解得m=2,
∴圆的半径为2,面积为4π,故选A.]
12.已知圆C:x2+y2=4,则圆C关于直线l:x-y-3=0对称的圆的方程为(  )
A.x2+y2-6x+6y+14=0
B.x2+y2+6x-6y+14=0
C.x2+y2-4x+4y+4=0
D.x2+y2+4x-4y+4=0
A [设圆心C(0,0)关于直线l:x-y-3=0的对称点为D(a,b),则由解得
所以所求的圆的方程为(x-3)2+(y+3)2=4,化为一般方程为x2+y2-6x+6y+14=0.故选A.]
13.已知圆x2+y2+4x-6y+a=0关于直线y=x+b成轴对称图形,则a-b的取值范围是________.
(-∞,8) [由题意知,直线y=x+b过圆心,而圆心坐标为(-2,3),代入直线方程,得b=5,
所以圆的方程化为标准方程为(x+2)2+(y-3)2=13-a,
所以a<13,由此得a-b<8.]
14.如果圆的方程为x2+y2+kx+2y+k2=0,那么当圆的面积最大时,圆心坐标为________.
(0,-1) [∵r==,∴当k=0时,r最大,此时圆的面积最大,圆的方程可化为x2+y2+2y=0,即x2+(y+1)2=1,圆心坐标为(0,-1).]
15.在平面几何中,通常将完全覆盖某平面图形且直径最小的圆,称为该平面图形的最小覆盖圆.
最小覆盖圆满足以下性质:
①线段AB的最小覆盖圆就是以AB为直径的圆.
②锐角△ABC的最小覆盖圆就是其外接圆.
已知曲线W:x2+y4=16,A(0,t),B(4,0),C(0,2),D(-4,0)为曲线W上不同的四点.
(1)求实数t的值及△ABC的最小覆盖圆的方程.
(2)求四边形ABCD的最小覆盖圆的方程.
(3)求曲线W的最小覆盖圆的方程.
[解] (1)由题意,得t=-2,
由于△ABC为锐角三角形,其外接圆就是△ABC的最小覆盖圆.
设△ABC的外接圆方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则解得
所以△ABC的最小覆盖圆的方程为x2+y2-3x-4=0.
(2)因为线段DB的最小覆盖圆就是以DB为直径的圆,
所以线段DB的最小覆盖圆的方程为x2+y2=16.
又因为|OA|=|OC|=2<4(O为坐标原点),所以点A,C都在圆内.
所以四边形ABCD的最小覆盖圆的方程为x2+y2=16.
(3)由题意知曲线W为中心对称图形.
设P(x0,y0),则=16.
所以|OP|2=(O为坐标原点),且-2y02.故|OP|2==
=+,
所以当=时,|OP|max=,
所以曲线W的最小覆盖圆的方程为x2+y2=.
1 / 12.5.2 圆的一般方程
学习任务 核心素养
1.掌握圆的一般方程及其特点.(重点) 2.会将圆的一般方程化为圆的标准方程,会由一般式求圆心和半径.(易混点) 3.能根据某些具体条件,运用待定系数法求圆的方程.(重点、难点) 1.通过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.
把圆的标准方程(x-1)2+(y-2)2=9中的括号展开、整理之后,得到的方程形式是什么样的?是否所有圆的方程都能化成这种形式?
知识点 圆的一般方程
对于方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,①
(1)当_________________时,方程①表示以点为圆心,以为半径的圆;
(2)当D2+E2-4F=0时,方程①只有一个解,表示一个点;
(3)当_________________时,方程①无实数解,不表示任何图形.
综上,我们将方程x2+y2+Dx+Ey+F=0(_________________)叫作圆的一般方程.
(1)圆x2+y2-6x=0的圆心坐标是__________.
(2)若方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示以(2,-4)为圆心,以4为半径的圆,则F=________.
类型1 圆的一般方程满足的条件
【例1】 (1)已知a∈R,方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圆,则圆心坐标是________,半径是________.
(2)若方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0表示圆.
①求实数m的取值范围;
②写出圆心坐标和半径.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 二元二次方程表示圆的判断方法
任何一个圆的方程都可化为x2+y2+Dx+Ey+F=0的形式,但形如x2+y2+Dx+Ey+F=0的方程不一定表示圆.判断它是否表示圆可以有以下两种方法:
(1)计算D2+E2-4F,若其值为正,则表示圆;若其值为0,则表示一个点;若其值为负,则不表示任何图形.
(2)将该方程配方为+=,根据圆的标准方程来判断.
[跟进训练]
1.判断方程x2+y2-4mx+2my+20m-20=0能否表示圆.若能表示圆,求出圆心和半径.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型2 求圆的一般方程
【例2】 已知△ABC的三边BC,CA,AB的中点分别是D(5,3),E(4,2),F (1,1).
(1)求△ABC的边AB所在直线的方程及点A的坐标;
(2)求△ABC的外接圆的方程.
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 用待定系数法求圆的一般方程的步骤
(1)根据题意设所求的圆的一般方程为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)解此方程组,求出D,E,F的值.
(4)将所得的值代回所设的圆的方程中,就得到所求的圆的一般方程.
[跟进训练]
2.(1)圆心在直线y=x上,且经过点A(-1,1),B(3,-1)的圆的一般方程是________.
(2)已知A(2,2),B(5,3),C(3,-1),求△ABC的外接圆的方程.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
类型3 求动点的轨迹方程
【例3】 已知圆x2+y2=4上一定点A(2,0),点B(1,1)为圆内一点,P,Q为圆上的动点.
(1)求线段AP中点的轨迹方程;
(2)若∠PBQ=90°,求线段PQ中点的轨迹方程.
线段的中点,直角三角形斜边的中点,圆中弦的中点都有怎样的性质?由此你能得到什么结论?
[尝试解答]                              
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
 求与圆有关的轨迹方程的方法
(1)直接法:直接根据题目提供的条件列出方程.
(2)定义法:根据圆、直线等定义列方程.
(3)代入法:若动点P(x,y)依赖圆上的某一个动点Q(x0,y0)而运动,找到两点的关系,把x0,y0用x,y表示,再将点Q的坐标代入到已知圆的方程中得P点的轨迹方程.
提醒:注意“求轨迹”与“求轨迹方程”是不同的.
[跟进训练]
3.(1)已知圆x2+y2=1,点A(1,0),△ABC内接于圆,且∠BAC=60°,当B,C在圆上运动时,BC中点D的轨迹方程是(  )
A.x2+y2=
B.x2+y2=
C.x2+y2=
D.x2+y2=
(2)已知△ABC的边AB长为4,若BC边上的中线为定长3,求顶点C的轨迹方程.
                                   
                                   
                                   
                                   
                                   
1.(教材P93习题2.5T4改编)圆x2+y2+4x-6y-3=0的圆心和半径分别为(  )
A.(4,-6),16      B.(2,-3),4
C.(-2,3),4 D.(2,-3),16
2.方程x2+y2+2ax+2by+a2+b2=0表示的图形为(  )
A.以(a,b)为圆心的圆
B.以(-a,-b)为圆心的圆
C.点(a,b)
D.点(-a,-b)
3.若方程x2+y2-x+y+m=0表示圆,则实数m的取值范围是(  )
A.m< B.m>
C.m<1 D.m>1
4.过四点(0,0),(4,0),(-1,1),(4,2)中的三点的一个圆的方程为________________.
5.长度为6的线段AB的两个端点A和B分别在x轴和y轴上滑动,则线段AB的中点M的轨迹方程为________.
回顾本节知识,自我完成以下问题:
(1)试写出圆的一般方程.
(2)二元二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆,需满足什么条件?
(3)求动点的轨迹方程有哪些常用方法?
1 / 1

展开更多......

收起↑

资源列表