2.3 圆与圆的位置关系 (课件+学案+练习) 高中数学苏教版选择性必修第一册

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2.3 圆与圆的位置关系 (课件+学案+练习) 高中数学苏教版选择性必修第一册

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第2章
圆与方程
2.3 圆与圆的位置关系
内容索引
学习目标
活动方案
检测反馈
学 习 目 标
1.了解圆与圆之间的位置关系.
2.掌握圆与圆的位置关系的判断方法.
3.能用圆与圆的位置关系解决一些简单问题.
活 动 方 案
活动一 探究圆与圆的位置关系
问题1:初中几何中,将两个圆的位置关系分成了几种?
【解析】 ①两圆相交,有两个公共点;②两圆相切,包括内切与外切,只有一个公共点;③两圆相离,包括外离与内含,没有公共点.
问题2:如何用几何法判断圆与圆的位置关系呢?
【解析】 利用圆心距和半径之间的大小关系判断.
问题3:能否根据方程来判断圆与圆的位置关系呢?
【解析】 通过两圆的方程联立成方程组的公共解的个数进行判断.解两个圆的方程组成的方程组,若方程组有两组不同的实数解,则两圆相交;若方程组有两组相同的实数解,则两圆外切或内切;若方程组无实数解,则两圆相离或内含.
探究:圆与圆的位置关系
(1) 几何法:若两圆的半径分别为r1,r2,两圆的圆心距为d,则两圆的位置关系的判断方法如下:
位置关系 外离 外切 相交 内切 内含
图示
d与r1,r2的关系 d>r1+r2 d=r1+r2 |r1-r2|(2) 代数法:通过两圆的方程联立成方程组的公共解的个数进行判断.
活动二 判断圆与圆的位置关系
   判断下列两圆的位置关系:
(1) (x+2)2+(y-2)2=1与(x-2)2+(y-5)2=16;
(2) x2+y2-2x-3=0与x2+y2-4x+2y+3=0.
1
   已知圆C1:x2+y2-2mx+4y+m2-5=0,圆C2:x2+y2+2x-2my+m2-3=0.
(1) 当m为何值时,圆C1与圆C2外切?
(2) 当m为何值时,圆C1与圆C2内含?
2
【解析】 将圆C1的方程化为标准方程,得(x-m)2+(y+2)2=9,圆心为C1(m,-2),半径r1=3.
将圆C2的方程化为标准方程,得(x+1)2+(y-m)2=4,圆心为C2(-1,m),半径r2=2.
活动三 圆与圆的位置关系的综合应用
   求过点A(0,6)且与圆C:x2+y2+10x+10y=0相切于原点的圆的方程.
3
由题意知,点O(0,0),A(0,6)在此圆上,且圆心M(a,b)在直线x-y=0上,
所以所求圆的方程是(x-3)2+(y-3)2=18.
   已知圆C1:x2+y2+2x-6y+1=0,圆C2:x2+y2-4x+2y-11=0,求两圆的公共弦所在的直线方程及公共弦长.
4
【解析】 设两圆的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
则A,B两点的坐标满足方程组
由①-②,得3x-4y+6=0.
因为A,B两点的坐标都满足此方程,
所以3x-4y+6=0即为两圆公共弦所在直线的方程.
   求过两圆x2+y2+6x-4=0和 x2+y2+6y-28=0的交点,且圆心在直线x-y-4=0上的圆的方程.
5
【解析】 由题意可求得两圆心连线所在直线的方程为x+y+3=0.
设所求圆的半径为r,
思考1
经过两圆交点的圆有多少个?它们的方程有什么共同特点?
【解析】 经过两圆交点的圆有无数个,这些圆中,任意两个圆的方程相减,所得的方程均为这两个交点所在直线的方程.
思考2
如何求两圆的公共弦长?
【解析】 公共弦长的求法:
①代数法:将两圆的方程联立,解出交点坐标,利用两点间的距离公式求出弦长.
②几何法:求出公共弦所在直线的方程,利用圆的半径、半弦长、弦心距构成的直角三角形,根据勾股定理求解.
相交弦及圆系方程问题的解决方法:
(1) 求两圆的公共弦所在直线的方程的方法:将两圆方程相减即得两圆公共弦所在的直线方程,但必须注意只有当两圆方程中二次项系数相同时,才能如此求解,否则应先调整系数;
(2) 求两圆公共弦长的方法:一是联立两圆方程求出交点坐标,再用距离公式求解;二是先求出两圆公共弦所在的直线方程,再利用半径、弦心距和弦长的一半构成的直角三角形求解;
(3) 已知圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0与圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0相交,则过两圆交点的圆的方程可设为x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(λ≠-1).
检 测 反 馈
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1.(2025重庆沙坪坝期中)已知圆C1:(x+1)2+(y-2)2=r2(r>0)与圆C2:(x-1)2+y2=1外切,则r的值为 (  )
C
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2.若圆x2+y2-4x+6y=0和圆x2+y2-6x=0交于A,B两点,则线段AB垂直平分线的方程是 (  )
A.3x-y-9=0     B.3x+y-9=0    
C.x-3y-6=0     D.x+3y-6=0
【解析】 由题意,得线段AB的垂直平分线经过两圆的圆心(2,-3)与(3,0),根据两点式可得AB的垂直平分线的方程为3x-y-9=0.
A
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3.(多选)(2025张家口期中)已知圆C1:x2+y2=4,C2:(x-4)2+(y-4)2=r2(r>0),则下列说法中正确的是 (  )
A.当r=2时,圆C1与圆C2有2条公切线
B.当r=2时,直线y=2是圆C1与圆C2的一条公切线
C.当r=3时,圆C1与圆C2相交
D.当r=4时,圆C1与圆C2的公共弦所在直线的方程为2x+2y-5=0
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【答案】BD
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4.(2025常州期中)已知圆C1:(x-1)2+y2=1和圆C2:x2+y2-4x-4y+4=0,则圆C1与C2公切线段的长度为____.
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5.(2025石家庄期中)已知圆C:(x-1)2+y2=r2(r>0)与圆D:(x+2)2+(y-1)2=9.
(1) 若圆C与圆D相交,求r的取值范围;
(2) 若r=1,求圆C与圆D所得的公共弦长.
(2) 当r=1时,圆C:(x-1)2+y2=1,
圆C与圆D的方程相减整理得3x-y-2=0,
所以圆C与圆D的公共弦所在直线方程为3x-y-2=0.
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Thank you for watching2.3 圆与圆的位置关系
一、 单项选择题
1 (2025河南期中)圆C1:x2+(y-3)2=5与圆C2:x2+y2-8x+10=0的位置关系为(  )
A. 外离 B. 外切 C. 相交 D. 内切
2 若圆C1:(x-a)2+y2=1与圆C2:x2+y2=25相交,则实数a的取值范围是(  )
A. (4,6) B. [4,6]
C. (-6,-4)∪(4,6) D. [-6,-4]∪[4,6]
3 (2025渑池二中期中)圆C1:(x+2)2+(y-1)2=4与圆C2:(x-3)2+y2=9的公切线的条数为(  )
A. 4 B. 3 C. 2 D. 1
4 (2025启东中学月考)经过点(2,-2)以及圆x2+y2-6x=0与圆x2+y2=4交点的圆的圆心坐标为(  )
A. (-3,0) B. C. (0,3) D.
5 若圆C:(x-a)2+(y-1)2=1上总存在两个点到原点的距离都为2,则实数a的取值范围是(  )
A. (-2,0)∪(0,2) B. (-2,2)
C. (-1,0)∪(0,1) D. (-1,1)
6 已知圆C1:x2+y2-2x-6y=0,圆C2:x2+y2+mx+ny=0,若圆C2平分圆C1的周长,则m+3n的值为(  )
A. 20 B. -20 C. 10 D. -10
二、 多项选择题
7 (2025邵阳海谊中学期中)圆C1:x2+y2=1与圆C2:x2+(y-a)2=9有且只有一个公共点,则实数a的值可能是(  )
A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
8 (2025唐山一中期中)已知圆C1:x2+y2+2x+2y-6=0与圆C2:x2+y2-2x+10y-24=0,则下列结论中正确的是(  )
A. 两圆的圆心距为2
B. 两圆的公切线有2条
C. 两圆相交,且公共弦所在的直线方程为x-2y+4=0
D. 两圆圆心所在的直线方程为2x+y+3=0
三、 填空题
9 (2025天津一中)已知圆A:(x-m)2+(y-1)2=9和圆B:(x-2)2+(y-m)2=4有3条公切线,则实数m的值是________.
10 已知圆C1:x2+y2-4=0与圆C2:x2+y2-4x+4y-12=0的公共弦的长为________.
11 (2025福建师大附中期中)在平面直角坐标系xOy中,圆C1:(x+4)2+(y-1)2=r2(r>0)上存在点P,使得点P关于直线y=x的对称点Q在圆C2:(x-4)2+y2=4上,则r的取值范围是________.
四、 解答题
12 已知圆C1:x2+y2=10与圆C2:x2+y2+2x+2y-14=0.
(1) 求证:圆C1与圆C2相交;
(2) 求经过两圆交点,且圆心在直线x+y-6=0上的圆的方程.
13 (2025咸阳实验中学期中)已知圆P的方程为x2+y2-6x+2y+a=0,其中a∈R.
(1) 若圆P和圆O:x2+y2=4的公共弦长为,求实数a的值;
(2) 若过点(-1,4)的圆Q与圆P相切,切点为(2,1),求圆Q的标准方程.
2.3 圆与圆的位置关系
1. A 由题意,得C1(0,3),C2(4,0),两圆的半径分别为,,所以C1C2==5>+,故两圆外离.
2. C 由圆的方程可知C1C2=|a|,r1+r2=1+5=6,r2-r1=5-1=4,所以根据两圆相交可得4<|a|<6,解得43. A 由题意,得圆C1:(x+2)2+(y-1)2=4,圆心为 C1(-2,1),半径为2;圆C2:(x-3)2+y2=9,圆心为 C2(3,0),半径为3,则两圆的圆心距为=>2+3,所以两圆相离,故两圆的公切线有4条.
4. B 设经过两圆x2+y2-6x=0与x2+y2=4交点的圆的方程为x2+y2-6x+λ(x2+y2-4)=0(λ≠-1).因为该圆经过点(2,-2),所以22+(-2)2-6×2+λ[22+(-2)2-4]=0,解得λ=1,所以x2+y2-3x-2=0,故圆心坐标为.
5. A 由题意,得圆O:x2+y2=4与圆C:(x-a)2+(y-1)2=1相交.因为OC=,所以 1<<3,解得-2<a<0或0<a<2.
6. B 由圆C1:x2+y2-2x-6y=0,得(x-1)2+(y-3)2=10,所以圆心为(1,3),半径为.若圆C2平分圆C1的周长,则圆C1的圆心(1,3)在圆C2与圆C1的公共弦上.将圆C2:x2+y2+mx+ny=0与圆C1:x2+y2-2x-6y=0作差,得两圆公共弦所在直线方程(m+2)x+(n+6)y=0,将点(1,3)代入,得(m+2)×1+(n+6)×3=0,所以m+3n=-20.
7. BD 由题意,得圆C1:x2+y2=1的圆心为C1(0,0),半径为r1=1;圆C2:x2+(y-a)2=9的圆心为C2(0,a),半径为r2=3.因为两圆只有一个公共点,所以两圆内切或外切,当两圆外切时,C1C2=|a|=r1+r2=4;当两圆内切时,C1C2=|a|=r2-r1=2,则a=±2或a=±4.故选BD.
8. ABD 由题意,得圆C1的标准方程为(x+1)2+(y+1)2=8,圆心为C1(-1,-1),半径r1=2;圆C2的标准方程为(x-1)2+(y+5)2=50,圆心为C2(1,-5),半径r2=5.对于A,圆心距为==2,故A正确;对于B,r1+r2=7,|r1-r2|=3.因为3<2<7,所以两圆相交,则公切线有2条,故B正确;对于C,两圆方程相减,得4x-8y+18=0,即2x-4y+9=0,故C错误;对于D,圆心连线的斜率为=-2,其方程为y+1=-2(x+1),化简得2x+y+3=0,故D正确.故选ABD.
9. -2或5 由题意,得圆A的圆心为A(m,1),半径为r1=3;圆B的圆心为B(2,m),半径为r2=2.因为两圆有3条公切线,所以两圆外切,所以AB=r1+r2,即=5,解得m=-2或m=5.
10. 2 由两圆方程相减,得两圆公共弦所在直线方程为x-y+2=0.因为圆心C1(0,0)到直线x-y+2=0的距离为d==,所以公共弦长为2=2.
11. [3,7] 由题意,得圆C1:(x+4)2+(y-1)2=r2(r>0)的圆心为C1(-4,1),设点C1(-4,1)关于直线y=x的对称点为C3(a,b),则解得所以点C1(-4,1)关于直线y=x的对称点为C3(1,-4).由题意,得以点C3为圆心,以r为半径的圆与圆C2有公共点.由圆C2的方程知,圆心为C2(4,0),半径为2,所以|r-2|≤C2C3≤r+2,即|r-2|≤5≤r+2,解得3≤r≤7,所以r的取值范围是[3,7].
12. (1) 圆C2:x2+y2+2x+2y-14=0化为标准方程为(x+1)2+(y+1)2=16,
所以圆心为C2(-1,-1),半径为r=4.
因为圆C1:x2+y2=10的圆心坐标为C1(0,0),半径为 R=,
所以C1C2=.
因为4-<<4+,
所以两圆相交.
(2) 由解得或
则交点为A(3,-1),B(-1,3).
由圆心在直线x+y-6=0上,设圆心为P(6-n,n),则AP=BP,即=,
解得n=3,
所以圆心为P(3,3),半径为AP=4,
故所求圆的方程为(x-3)2+(y-3)2=16.
13. (1) 因为圆P的方程为x2+y2-6x+2y+a=0,
所以(-6)2+22-4a>0,解得a<10.
将两圆方程作差可得6x-2y-a-4=0,即为两圆相交弦所在直线的方程.
圆O的圆心为O(0,0),半径为r=2.
由勾股定理可知,圆心O到直线6x-2y-a-4=0的距离为d==.
由点到直线的距离公式可得d==,
解得a=6或a=-14.
(2) 由题意,得点(2,1)在圆P上,
则22+12-6×2+2×1+a=0,解得a=5,
故圆P的方程为x2+y2-6x+2y+5=0,其标准方程为(x-3)2+(y+1)2=5,
设点A(-1,4),B(2,1),
由圆的几何性质可知,圆心Q在直线PB上.
因为kPB==-2,
所以直线PB的方程为y-1=-2(x-2),即y=-2x+5.
因为圆Q过A,B两点,
所以圆心Q在线段AB的垂直平分线上.
线段AB的中点为M,kAB==-1,
则线段AB的垂直平分线的方程为y-=x-,即y=x+2,
联立解得即圆心Q(1,3),
所以圆Q的半径为QB==,
故圆Q的方程为(x-1)2+(y-3)2=5.2.3 圆与圆的位置关系
1. 了解圆与圆之间的位置关系.
2. 掌握圆与圆的位置关系的判断方法.
3. 能用圆与圆的位置关系解决一些简单问题.
活动一探究圆与圆的位置关系  
问题1:初中几何中,将两个圆的位置关系分成了几种?
问题2:如何用几何法判断圆与圆的位置关系呢?
问题3:能否根据方程来判断圆与圆的位置关系呢?
探究:圆与圆的位置关系
(1) 几何法:若两圆的半径分别为r1,r2,两圆的圆心距为d,则两圆的位置关系的判断方法如下:
位置关系 图示 d与r1,r2的关系
外离 d>r1+r2
外切 d=r1+r2
相交 |r1-r2|内切 d=|r1-r2|
内含 d<|r1-r2|
  (2) 代数法:通过两圆的方程联立成方程组的公共解的个数进行判断.
一元二次方程―→
活动二判断圆与圆的位置关系 
例1 判断下列两圆的位置关系:
(1) (x+2)2+(y-2)2=1与(x-2)2+(y-5)2=16;
(2) x2+y2-2x-3=0与x2+y2-4x+2y+3=0.
例2 已知圆C1:x2+y2-2mx+4y+m2-5=0,圆C2:x2+y2+2x-2my+m2-3=0.
(1) 当m为何值时,圆C1与圆C2外切?
(2) 当m为何值时,圆C1与圆C2内含?
活动三圆与圆的位置关系的综合应用  
例3 求过点A(0,6)且与圆C:x2+y2+10x+10y=0相切于原点的圆的方程.
例4 已知圆C1:x2+y2+2x-6y+1=0,圆C2:x2+y2-4x+2y-11=0,求两圆的公共弦所在的直线方程及公共弦长.
例5 求过两圆x2+y2+6x-4=0和 x2+y2+6y-28=0的交点,且圆心在直线x-y-4=0上的圆的方程.
思考1
经过两圆交点的圆有多少个?它们的方程有什么共同特点?
思考2
如何求两圆的公共弦长?
相交弦及圆系方程问题的解决方法:
(1) 求两圆的公共弦所在直线的方程的方法:将两圆方程相减即得两圆公共弦所在的直线方程,但必须注意只有当两圆方程中二次项系数相同时,才能如此求解,否则应先调整系数;
(2) 求两圆公共弦长的方法:一是联立两圆方程求出交点坐标,再用距离公式求解;二是先求出两圆公共弦所在的直线方程,再利用半径、弦心距和弦长的一半构成的直角三角形求解;
(3) 已知圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0与圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0相交,则过两圆交点的圆的方程可设为x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(λ≠-1).
1. (2025重庆沙坪坝期中)已知圆C1:(x+1)2+(y-2)2=r2(r>0)与圆C2:(x-1)2+y2=1外切,则r的值为(  )
A. -1 B. +1 C. 2-1 D. 2+1
2. 若圆x2+y2-4x+6y=0和圆x2+y2-6x=0交于A,B两点,则线段AB垂直平分线的方程是(  )
A. 3x-y-9=0 B. 3x+y-9=0 C. x-3y-6=0 D. x+3y-6=0
3. (多选)(2025张家口期中)已知圆C1:x2+y2=4,C2:(x-4)2+(y-4)2=r2(r>0),则下列说法中正确的是(  )
A. 当r=2时,圆C1与圆C2有2条公切线
B. 当r=2时,直线y=2是圆C1与圆C2的一条公切线
C. 当r=3时,圆C1与圆C2相交
D. 当r=4时,圆C1与圆C2的公共弦所在直线的方程为2x+2y-5=0
4. (2025常州期中)已知圆C1:(x-1)2+y2=1和圆C2:x2+y2-4x-4y+4=0,则圆C1与C2公切线段的长度为________.
5. (2025石家庄期中)已知圆C:(x-1)2+y2=r2(r>0)与圆D:(x+2)2+(y-1)2=9.
(1) 若圆C与圆D相交,求r的取值范围;
(2) 若r=1,求圆C与圆D所得的公共弦长.
2.3 圆与圆的位置关系
【活动方案】
问题1:①两圆相交,有两个公共点;②两圆相切,包括内切与外切,只有一个公共点;③两圆相离,包括外离与内含,没有公共点.
问题2:利用圆心距和半径之间的大小关系判断.
问题3:通过两圆的方程联立成方程组的公共解的个数进行判断.解两个圆的方程组成的方程组,若方程组有两组不同的实数解,则两圆相交;若方程组有两组相同的实数解,则两圆外切或内切;若方程组无实数解,则两圆相离或内含.
例1 (1) 根据题意,得两圆的半径分别为r1=1和r2=4,两圆的圆心距d==5.
因为d=r1+r2,所以两圆外切.
(2) 方法一:将两圆的方程化为标准方程,得(x-1)2+y2=4,(x-2)2+(y+1)2=2,
故两圆的半径分别为r1=2和r2=,两圆的圆心距d==.
因为|r1-r2|方法二:将两个圆的方程联立方程组
解得即方程有两组不同的解,所以两个圆相交.
例2 将圆C1的方程化为标准方程,得(x-m)2+(y+2)2=9,圆心为C1(m,-2),半径r1=3.
将圆C2的方程化为标准方程,得(x+1)2+(y-m)2=4,圆心为C2(-1,m),半径r2=2.
(1) 若圆C1与圆C2外切,则C1C2=r1+r2=5,
即=5,
解得m=2或m=-5,
故当m=2或m=-5时,圆C1与圆C2外切.
(2) 若圆C1与圆C2内含,则C1C2<|r1-r2|=1,即<1,
解得-2故当-2例3 将圆C的方程化为标准方程,得(x+5)2+(y+5)2=50,
所以圆心为C(-5,-5),半径为5,
所以经过此圆心和原点的直线方程为x-y=0.
设所求圆的方程为(x-a)2+(y-b)2=r2.
由题意知,点O(0,0),A(0,6)在此圆上,且圆心M(a,b)在直线x-y=0上,
则解得
所以所求圆的方程是(x-3)2+(y-3)2=18.
例4 设两圆的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
则A,B两点的坐标满足方程组
由①-②,得3x-4y+6=0.
因为A,B两点的坐标都满足此方程,
所以3x-4y+6=0即为两圆公共弦所在直线的方程.
易知圆C1的圆心为(-1,3),半径r=3,
所以圆心C1到直线的距离d==,
所以AB=2×=,
即两圆的公共弦长为.
例5 由题意可求得两圆心连线所在直线的方程为x+y+3=0.
由得所求圆的圆心为(,-).
易知两圆相交,由两圆方程,得两圆公共弦所在的直线方程是x-y+4=0.
利用弦心距、弦长、半径之间的关系可求得公共弦长d=5.
设所求圆的半径为r,
则r2=()2+()2=,
所以所求圆的方程为(x-)2+(y+)2=,即x2+y2-x+7y-32=0.
思考1:经过两圆交点的圆有无数个,这些圆中,任意两个圆的方程相减,所得的方程均为这两个交点所在直线的方程.
思考2:公共弦长的求法:
①代数法:将两圆的方程联立,解出交点坐标,利用两点间的距离公式求出弦长.
②几何法:求出公共弦所在直线的方程,利用圆的半径、半弦长、弦心距构成的直角三角形,根据勾股定理求解.
【检测反馈】
1. C 因为圆C1:(x+1)2+(y-2)2=r2(r>0)的圆心为C1(-1,2),半径为r,圆C2:(x-1)2+y2=1的圆心为C2(1,0),半径为R=1,所以C1C2==2.若圆C1与圆C2外切,则C1C2=r+R,即2=r+1,解得 r=2-1.
2. A 由题意,得线段AB的垂直平分线经过两圆的圆心(2,-3)与(3,0),根据两点式可得AB的垂直平分线的方程为3x-y-9=0.
3. BD 由圆C1:x2+y2=4可知圆心为C1(0,0),半径为2.由圆C2:(x-4)2+(y-4)2=r2(r>0)可知圆心为C2(4,4),半径为r,则两圆圆心距为C1C2=4.对于A,当r=2时,r+2=44. 2 圆C1:(x-1)2+y2=1的圆心为C1(1,0),半径 r1=1,则y轴为圆C1的切线,切点为O(0,0).圆C2:x2+y2-4x-4y+4=0的圆心为C2(2,2),半径r2=2,则y轴为圆C2的切线,切点为A(0,2).如图,因为C1C2==,r1+r2=3,r2-r1=1,所以r2-r15. (1) 圆C:(x-1)2+y2=r2(r>0)的圆心为C(1,0),半径为r.
圆D:(x+2)2+(y-1)2=9的圆心为D(-2,1),半径为3,
则CD==.
由圆C与圆D相交,得<<r+3,
解得-3所以r的取值范围是(-3,+3).
(2) 当r=1时,圆C:(x-1)2+y2=1,
圆C与圆D的方程相减整理得3x-y-2=0,
所以圆C与圆D的公共弦所在直线方程为3x-y-2=0.
因为点C到直线3x-y-2=0距离为d==,
所以公共弦长为2=.

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