第八章 8.3 圆的方程(全国通用)2026年高考数学一轮复习讲义(教师版)

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第八章 8.3 圆的方程(全国通用)2026年高考数学一轮复习讲义(教师版)

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8.3 圆的方程
1.理解确定圆的几何要素,在平面直角坐标系中,掌握圆的标准方程与一般方程.
2.能根据圆的方程解决一些简单的数学问题与实际问题.
1.圆的方程
(1)圆的定义:平面上到定点的距离等于定长的点的集合叫做圆,定点称为圆心,定长称为圆的半径.
(2)圆的标准方程:我们把方程(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)称为圆心为(a,b),半径为r的圆的标准方程.当a=b=0时,方程为x2+y2=r2(r>0),表示以原点O为圆心,r为半径的圆.
(3)圆的一般方程:对方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,配方得到+=.
①当D2+E2-4F>0时,该方程表示以为圆心,为半径的圆,该方程叫做圆的一般方程;
②当D2+E2-4F=0时,该方程表示点;
③当D2+E2-4F<0时,该方程不表示任何图形.
2.点与圆的位置关系
已知圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),点P(x0,y0),设d=|PC|=.
位置 关系 d与r的 大小关系 图示 点P的坐标 满足条件
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 d教材拓展
1.二元二次方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆,则
2.圆的“直径式”方程:以A(x1,y1),B(x2,y2)为直径端点的圆的方程为(x-x1)(x-x2)+(y-y1)(y-y2)=0.
3.圆的参数方程:圆心为(a,b),半径为r的圆的参数方程为其中θ为参数.该方程可用来设圆上的点的坐标.
4.阿波罗尼斯圆:古希腊数学家阿波罗尼斯发现,平面内到两个定点A,B的距离之比为定值λ(λ>0且λ≠1)的点所形成的图形是圆,人们将这个圆以他的名字命名,称为阿波罗尼斯圆.
1.判断(正确的画“√”,错误的画“×”)
(1)确定圆的几何要素是圆心与半径.( √ )
(2)(x-2)2+(y+1)2=a2(a≠0)表示以(2,1)为圆心,a为半径的圆.( × )
(3)已知圆的方程为x2-2x+y2=0,过点A(1,2)可作该圆的两条切线.( √ )
(4)若点M(x0,y0)在圆x2+y2+Dx+Ey+F=0外,则x+y+Dx0+Ey0+F>0.( √ )
2.(人教A版选择性必修第一册P85T1改编)已知圆的圆心为(-3,4),半径为5,则它的方程为( C )
A.(x-3)2+(y-4)2=5
B.(x+3)2+(y+4)2=25
C.(x+3)2+(y-4)2=25
D.(x+3)2+(y-4)2=5
解析:因为圆心为(-3,4),半径为5,所以圆的标准方程为(x+3)2+(y-4)2=25.故选C.
3.(人教A版选择性必修第一册P102T7改编)若方程x2+y2+4x+2y-m=0表示一个圆,则m的取值范围是( B )
A.(-∞,-5) B.(-5,+∞)
C.(-∞,5) D.(5,+∞)
解析:因为方程x2+y2+4x+2y-m=0表示一个圆,所以42+22+4m>0,解得m>-5,即m的取值范围为(-5,+∞).故选B.
4.(人教A版选择性必修第一册P85T2改编)已知点(1,1)在圆x2+y2+ax+a=0外,则实数a的取值范围为( C )
A.(-1,+∞)
B.(-1,0)
C.(-1,0)∪(4,+∞)
D.(-∞,0)∪(4,+∞)
解析:因为点(1,1)在圆x2+y2+ax+a=0外,所以解得a∈(-1,0)∪(4,+∞).故选C.
考点1 圆的方程
【例1】 (1)(2024·山东聊城三模)已知圆C与两坐标轴及直线x+y-2=0都相切,且圆心在第二象限,则圆C的方程为( D )
A.(x+)2+(y-)2=
B.(x-)2+(y+)2=2
C.(x-)2+(y+)2=
D.(x+)2+(y-)2=2
【解析】 由题意设圆C的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(a<0,b>0,r>0),
则即
解得b=-a=r=,所以圆C的方程为(x+)2+(y-)2=2.故选D.
(2)(2024·吉林长春三模)经过A(1,1),B(-1,1),C(0,2)三点的圆的方程为( C )
A.(x+1)2+(y-1)2=2
B.(x-1)2+(y-1)2=2
C.x2+(y-1)2=1
D.x2+(y+1)2=1
【解析】 设经过A,B,C三点的圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,由题意可得
解得
所以经过A,B,C三点的圆的方程为x2+y2-2y=0,即x2+(y-1)2=1.故选C.
求圆的方程的常用方法
(1)直接法:直接求出圆心坐标和半径,写出方程.
(2)待定系数法
①若已知条件与圆心(a,b)和半径r有关,则设圆的标准方程,求出a,b,r的值;
②选择圆的一般方程,依据已知条件列出关于D,E,F的方程组,进而求出D,E,F的值.
【对点训练1】 (1)若直线3x-4y+12=0与两坐标轴的交点为A,B,则过A,B及原点O三点的圆的方程是( A )
A.x2+y2+4x-3y=0
B.x2+y2-4x-3y=0
C.x2+y2+4x-3y-4=0
D.x2+y2-4x-3y+8=0
解析:直线3x-4y+12=0与两坐标轴的交点为(-4,0),(0,3),不妨令A(0,3),B(-4,0),设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则解得则所求圆的方程为x2+y2+4x-3y=0.故选A.
(2)(2024·北京西城区二模)已知圆C经过点(-1,0)和(3,0),且与直线y=2相切,则圆C的方程为(x-1)2+y2=4.
解析:设圆C的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0),则由题意可得
解得所以圆C的方程为(x-1)2+y2=4.
考点2 与圆有关的轨迹问题
【例2】 (1)长为10的线段的两个端点A,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( D )
A.+=1 B.-=1
C.y2=16x D.x2+y2=25
【解析】 设A(x0,0),B(0,y0),则x+y=100.设M(x,y),则x=,y=,即x0=2x,y0=2y,所以(2x)2+(2y)2=100,得x2+y2=25.故选D.
(2)已知圆C:(x-1)2+(y-1)2=1,点M是圆上的动点,AM与圆相切,且|AM|=2,则点A的轨迹方程是( B )
A.y2=4x
B.x2+y2-2x-2y-3=0
C.x2+y2-2y-3=0
D.y2=-4x
【解析】 因为圆C:(x-1)2+(y-1)2=1,所以圆心C(1,1),半径r=1,因为点M是圆上的动点,所以|MC|=1,又AM与圆C相切,且|AM|=2,则|AC|==.设A(x,y),则(x-1)2+(y-1)2=5,即x2+y2-2x-2y-3=0,所以点A的轨迹方程为x2+y2-2x-2y-3=0.故选B.
求与圆有关的轨迹问题的常用方法
(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)相关点代入法:找到要求点与已知点的关系,代入已知点满足的关系式.
【对点训练2】 (1)平面上一动点P满足|PM|2+|PN|2=6,且M(-1,0),N(1,0),则动点P的轨迹方程为( C )
A.(x+1)2+y2=3 B.(x-1)2+y2=3
C.x2+y2=2 D.x2+y2=3
解析:设P(x,y),由|PM|2+|PN|2=6,所以(x+1)2+y2+(x-1)2+y2=6,整理得x2+y2=2,即动点P的轨迹方程为x2+y2=2.故选C.
(2)已知圆C:x2+y2=3,直线l过点A(-2,0),线段AB的端点B在圆C上运动,则线段AB的中点M的轨迹方程为( B )
A.(x-1)2+y2=
B.(x+1)2+y2=
C.x2+(y-1)2=
D.(x+1)2+y2=
解析:设M(x,y),B(x0,y0),由点M是AB的中点,得可得又点B在圆C上运动,所以x+y=3,将上式代入可得(2x+2)2+(2y)2=3,化简整理得点M的轨迹方程为(x+1)2+y2=.故选B.
考点3 与圆有关的最值问题
命题角度1 利用几何性质求最值
【例3】 已知实数x,y满足方程x2+y2-4x+1=0.求:
(1)的最大值和最小值;
(2)y-x的最小值;
(3)x2+y2的最大值和最小值.
【解】 (1)如图,方程x2+y2-4x+1=0,即(x-2)2+y2=3表示以点(2,0)为圆心,为半径的圆.设=k,即y=kx(x≠0),则圆心(2,0)到直线y=kx(x≠0)的距离为半径时直线与圆相切,斜率取得最大、最小值.
由=,解得k2=3,
∴kmax=,kmin=-.
∴=,=-.
(2)设y-x=b,则y=x+b,当且仅当直线y=x+b与圆相切于第四象限时,截距b取最小值,由点到直线的距离公式,得=,即b=-2±,故(y-x)min=-2-.
(3)x2+y2是圆上的点与原点的距离的平方,
设圆与x轴相交于点B和C′(点B在点C′左侧),如图,则(x2+y2)max=|OC′|2=(2+)2=7+4,
(x2+y2)min=|OB|2=(2-)2=7-4.
命题角度2 利用函数求最值
【例4】 若点P在抛物线y2=x上,点Q在圆M:(x-3)2+y2=1上,则|PQ|的最小值为( D )
A.-1 B.-1
C.2 D.-1
【解析】 设P(y,y0),由(x-3)2+y2=1可知圆心坐标为M(3,0),半径r=1,则|PM|===.因此|PM|的最小值为,从而|PQ|的最小值为-1.故选D.
与圆有关的最值问题的求解方法
(1)借助几何性质求最值:形如μ=,t=ax+by,(x-a)2+(y-b)2的式子的最值问题.
(2)建立函数关系式求最值:列出关于所求目标式子的函数关系式,然后根据关系式的特征选用配方法、判别式法、基本不等式法等求最值.
(3)求解形如|PM|+|PN|(其中M,N均为动点)且与圆C有关的折线段的最值问题的基本思路:①“动化定”,把与圆上动点的距离转化为与圆心的距离;②“曲化直”,即将折线段之和转化为同一直线上的两线段之和,一般要通过对称性解决.
【对点训练3】 (1)(多选)已知实数x,y满足方程x2+y2-4y+1=0,则下列说法正确的是( AC )
A.y-x的最大值为+2
B.x2+y2的最大值为2+
C.x+y的最大值为+2
D.的最大值为
解析:方程x2+y2-4y+1=0可化为x2+(y-2)2=3,表示圆,设圆的圆心为M,半径r,可得圆心坐标为M(0,2),半径为r=,设y-x=t,即x-y+t=0,由≤,解得-+2≤t≤+2,即y-x的最大值为+2,所以A正确;x2+y2=[]2,表示原点到圆上点的距离的平方,又|OM|=2,则的最大值为2+,所以x2+y2的最大值为(2+)2,所以B错误;设x+y=n,即x+y-n=0,由≤,解得-+2≤n≤+2,即x+y的最大值为+2,所以C正确;设=k,即kx-y=0(x≠0),由≤,解得k≥或k≤-,所以D错误.故选AC.
(2)已知x2+y2+x+y=0,则x+y的取值范围为[-2,0].
解析: x2+y2+x+y=0化为+=,表示以为圆心,为半径的圆,令x+y=t,即x+y-t=0,由题可知,直线和圆有公共点,所以≤,即|t+1|≤1,解得-2≤t≤0,即x+y的取值范围为[-2,0].
【例】 已知实数a,b满足 a2+b2-|a|-|b|=0(a,b不同时为0),则|a+b-3|的最小值与最大值之和为( C )
A.4 B.5
C.6 D.7
【解析】 易知点(a,b)在曲线C:x2+y2-|x|-|y|=0(x,y不同时为0)上,当x≥0且y≥0时,曲线方程可化为x2+y2-x-y=0,即+=,该曲线是以为圆心,为半径的圆在第一象限及x轴、y轴的正半轴上的部分.根据对称性可知曲线C:x2+y2-|x|-|y|=0既关于原点对称,又关于x轴、y轴对称,而d=表示曲线C上的点(a,b)到直线l:x+y-3=0的距离,如图所示,当点(a,b)位于点A时,距离最小,当点(a,b)位于点B时,距离最大,易求得A点的坐标为(1,1),dmin==,则|a+b-3|min=1,易求得B点的坐标为(-1,-1),dmax==,则|a+b-3|max=5,故|a+b-3|的最小值与最大值之和为1+5=6.故选C.
本题本质上考查了直线和圆的位置关系、点到直线的距离公式,但是题目设置上需要学生对题干条件进行转化后,才能利用已有知识解决.本题落实通过“材料信息的丰富性、试题要素的灵活性”的高考命题改革要求,引导学生提升思维品质,减少死记硬背和机械化刷题.
课时作业55
1.(5分)若a∈,则方程x2+y2+ax+2ay+2a2+a-1=0表示的圆的个数为( B )
A.1    B.2
C.3    D.4
解析:若方程x2+y2+ax+2ay+2a2+a-1=0表示圆,则a2+(2a)2-4(2a2+a-1)=-3a2-4a+4>0 (3a-2)(a+2)<0,解得-22.(5分)点(-1,-1)在圆(x+a)2+(y-a)2=4的内部,则a的取值范围是( A )
A.-1C.a<-1或a>1 D.a=±1
解析:因为点(-1,-1)在圆(x+a)2+(y-a)2=4的内部,所以(-1+a)2+(-1-a)2<4,化简得a2<1,解得-13.(5分)已知O(0,0),A(3,0),动点P(x,y)满足=2,则动点P的轨迹方程为( C )
A.(x-1)2+y2=4
B.x2+(y+1)2=4
C.(x+1)2+y2=4
D.(x+1)2+(y+1)2=4
解析:由题可知|PA|2=4|PO|2,所以(x-3)2+y2=4(x2+y2),化简得(x+1)2+y2=4.故选C.
4.(5分)已知圆M过点O(0,0),A(2,0),B(2,-2),则圆M的标准方程是( A )
A.(x-1)2+(y+1)2=2
B.(x-1)2+(y-1)2=2
C.(x+1)2+(y+1)2=2
D.(x+1)2+(y-1)2=2
解析:由O(0,0),A(2,0)在圆M上,故圆心在直线x=1上,由A(2,0),B(2,-2)在圆M上,故圆心在直线y=-1上,即圆心M(1,-1),半径r==,故圆M的方程为(x-1)2+(y+1)2=2.故选A.
5.(5分)已知点A,B在直线l:x-2y-2=0上运动,且|AB|=2,点C在圆(x+1)2+y2=5上,则△ABC的面积的最大值为( A )
A.8    B.5
C.2    D.1
解析:设圆心到直线的距离为d,C到直线的距离为d1,又圆心坐标为(-1,0),则d==,又半径为,则当d1最大时,d1=d+=+,此时△ABC面积也最大,(S△ABC)max=×2 ×=8.故选A.
6.(5分)在平面直角坐标系中,四点坐标分别为A(2,0),B(3,2-),C(1,2+),D(4,a),若它们都在同一个圆周上,则a的值为( C )
A.0    B.1
C.2    D.
解析:设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,由题意得
解得所以x2+y2-4x-4y+4=0,又因为点D(4,a)在圆上,所以42+a2-4×4-4a+4=0,解得a=2.故选C.
7.(6分)(多选)已知方程x2+y2-4x+8y+2a=0,则下列说法正确的是( BCD )
A.当a=10时,表示圆心为(2,-4)的圆
B.当a<10时,表示圆心为(2,-4)的圆
C.当a=0时,表示的圆的半径为2
D.当a=8时,表示的圆与y轴相切
解析:由题意,方程x2+y2-4x+8y+2a=0可化为(x-2)2+(y+4)2=20-2a,当a=10时,20-2a=0,方程不表示圆,所以A错误;当a<10时,20-2a>0,方程表示圆心为(2,-4)的圆,所以B正确;当a=0时,方程表示的圆的半径为2,所以C正确;当a=8时,可得20-2a=4,方程表示的圆的半径为2,又圆心坐标为(2,-4),所以圆心到y轴的距离等于半径,所以圆与y轴相切,所以D正确.故选BCD.
8.(6分)(多选)圆C:(x-2)2+y2=1,点P(m,n)为圆C上的动点,则下列结论正确的是( AC )
A.的最大值为
B.m2+n2的最大值为3
C.m2+n2的最大值为9
D.无最大值
解析:如图,圆C:(x-2)2+y2=1的圆心为C(2,0),半径为r=1,设k=(m≠0),则km-n=0,因为点P在圆上,所以≤1,解得-≤k≤,故的取值范围是,故A正确,D错误;因为m2+n2的几何意义为点P到原点距离的平方,又点P到原点的距离的取值范围为[1,3],所以m2+n2的取值范围为[1,9],故m2+n2的最大值为9,故B错误,C正确.故选AC.
9.(5分)点A(-2,2)为圆C:(x-2)2+(y-a)2=16上一点,点B在圆C上运动,点M满足=,则点M的轨迹方程为x2+(y-2)2=4W.
解析:因为点A(-2,2)在圆上,所以(-2-2)2+(2-a)2=16,解得a=2.设点M(x,y),B(x0,y0),则由=,可得(x+2,y-2)=(x0+2,y0-2),解得x0=2x+2,y0=2y-2,又因为点B(x0,y0)满足圆的方程,代入可得(2x+2-2)2+(2y-2-2)2=16,化简得x2+(y-2)2=4.
10.(5分)(2024·江西九江二模)欧拉于1765年在他的著作《三角形的几何学》中首次提出定理:三角形的重心、垂心和外心共线.这条线称为三角形的欧拉线.已知A(0,2),B(4,2),C(a,-1),且△ABC为圆x2+y2+Ex+Fy=0的内接三角形,则△ABC的欧拉线方程为y=1.
解析:依题意解得所以圆的方程为x2+y2-4x-2y=0,即(x-2)2+(y-1)2=5,故圆心坐标为(2,1),即△ABC的外心坐标为(2,1),△ABC的重心坐标为,又点(2,1),均在直线y=1上,所以△ABC的欧拉线方程为y=1.
11.(16分)已知圆C的圆心为直线x+y-2=0与直线3x-y-6=0的交点,且圆C的半径为.
(1)求圆C的标准方程;
(2)若点P为圆C上任意一点,M(8,0),点Q满足=2,求点Q的轨迹方程.
解:(1)由解得则圆心为(2,0),半径为,
所以圆C的标准方程为(x-2)2+y2=5.
(2)设P(x0,y0),Q(x,y).
由=2,可得(8-x0,-y0)=2(8-x,-y),则又点P在圆C上,所以(x0-2)2+y=5,即(2x-10)2+4y2=5,
化简得(x-5)2+y2=,
所以点Q的轨迹方程为(x-5)2+y2=.
12.(17分)已知圆C的方程为x2+y2-2x+4y-m=0.
(1)若点A(m,-2)在圆C的内部,求m的取值范围;
(2)当m=4时,设P(x,y)为圆C上的一个动点,求(x-4)2+(y-2)2的最小值.
解:(1)圆C的方程即(x-1)2+(y+2)2=5+m,所以m>-5,
再根据点A(m,-2)在圆C的内部,可得(m-1)2+(-2+2)2<5+m,
解得-1(2)当m=4时,圆C的方程即(x-1)2+(y+2)2=5+4=9,而(x-4)2+(y-2)2表示圆C上的点P(x,y)到点H(4,2)的距离的平方,由于|HC|==5,故(x-4)2+(y-2)2的最小值为(5-3)2=4.
13.(5分)(2024·陕西商洛三模)已知P(x0,y0)是圆C:x2+y2-2x-2y+1=0上任意一点,则的最大值为( D )
A.-2 B.-
C. D.
解析:设k=(x0≠3),变形可得k(x0-3)-y0-1=0,则的几何意义为直线k(x-3)-y-1=0(x≠3)的斜率,圆C:x2+y2-2x-2y+1=0即(x-1)2+(y-1)2=1,所以圆C的圆心为(1,1),半径为1.因为P(x0,y0)是圆C:x2+y2-2x-2y+1=0上任意一点,所以圆C与直线k(x-3)-y-1=0(x≠3)有公共点,即圆心C(1,1)到直线k(x-3)-y-1=0(x≠3)的距离不大于圆C的半径,所以≤1,解得≤k≤,即的最大值为.故选D.
14.(5分)在△ABC中,若角A,B,C的对边分别为a,b,c,则△ABC的面积S=
,其中p=,该公式称为海伦公式,该公式可推广到平面四边形:若四边形ABCD内接于圆E,且四边长分别为a,b,c,d,则四边形ABCD的面积S=,其中p=.若面积为12的四边形ABCD内接于圆E,A(-1,0),B(5,0),点C,D在x轴上方,且|AD|=6,|BC|=|CD|,则圆E的标准方程为( D )
A.(x-3)2+(y-)2=
B.(x-2)2+=
C.(x-3)2+(y-)2=12
D.(x-2)2+(y-)2=12
解析:由题意得|AB|=6,设|BC|=|CD|=x,则p==6+x,则四边形ABCD的面积S==6x=12,所以x=2.在△ABD中,由余弦定理得|BD|2=62+62-2×62×cos A=72-72cos A,在△BCD中,|BD|2=(2)2+(2)2-2×(2)2cos C=24-24cos C,又四边形ABCD内接于圆E,所以C=π-A,所以72-72cos A=24+24cos A,解得cos A=,又A∈(0,π),所以A=,所以圆E是正三角形BAD的外接圆,其半径r==2,又A(-1,0),B(5,0),其中AB的垂直平分线的方程为x==2,故圆心横坐标为2,设圆心纵坐标为n(n>0),故(5-2)2+n2=r2=12,解得n=,故等边三角形ABD的外接圆的圆心为(2,),故所求圆的方程为(x-2)2+(y-)2=12.故选D.
15.(5分)(2024·湖南长沙一中月考)已知动点P在圆M:(x-m+1)2+(y-m)2=1上,动点Q在曲线y=ln x上.若对任意的m∈R,|PQ|≥n恒成立,则n的最大值是-1W.
解析:由题意可知|PQ|≥|QM|-r=|QM|-1,当且仅当点P在线段QM上时,等号成立,所以求|PQ|的最小值即为求|QM|的最小值,因为⊙M的圆心M(m-1,m)在直线y=x+1上,动点Q到直线y=x+1的距离即为|QM|的最小值,当动点Q在如图所示位置时动点Q到直线y=x+1的距离最小.
对y=ln x求导,得y′=,由=1,得x=1,则Q(1,0),则|QM|min=,因此|PQ|min=-1,故n的最大值是-1.

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