高三总复习直线与圆的方程知识点总结及典型例题.doc
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直线与圆的方程
一、直线的方程
1、倾斜角：
L
，范围0≤＜，
若轴或与轴重合时，=00。
2、斜率：
k=tan与的关系：
=0=0
已知L上两点P1（x1,y1）0＜＜
P2（x2,y2）=不存在
k=
当=时，=900，不存在。
当时，=arctank，＜0时，=+arctank
3、截距（略）曲线过原点横纵截距都为0。
4、直线方程的几种形式
已知
方程
说明
几种特殊位置的直线
斜截式
K、b
Y=kx+b
不含y轴和行平于y轴的直线
①x轴：
y=0
点斜式
P1=（x1,y1）
k
y-y1=k（x-x1）
不含y轴和平行于y轴的直线
②y轴：
x=0
两点式
P1（x1,y1）
P2（x2,y2）
不含坐标辆和平行于坐标轴的直线
③平行于x轴：
y=b
截距式
a、b
不含坐标轴、平行于坐标轴和过原点的直线
④平行于y轴：
x=a
⑤过原点：
y=kx
一般式
Ax+by+c=0
A、B不同时为0
两个重要结论：
①平面内任何一条直线的方程都是关于x、y的二元一次方程。
②任何一个关于x、y的二元一次方程都表示一条直线。
5、直线系：
（1）共点直线系方程：
p0（x0,y0）为定值，k为参数y-y0=k（x-x0）
特别：
y=kx+b，表示过（0、b）的直线系（不含y轴）
（2）平行直线系：
①y=kx+b，k为定值，b为参数。
②AX+BY+入=0表示与Ax+By+C=0平行的直线系
③BX-AY+入=0表示与AX+BY+C垂直的直线系
（3）过L1,L2交点的直线系A1x+B1y+C1+入（A2X+B2Y+C2）=0（不含L2）
6、三点共线的判定：
①，②KAB=KBC，
③写出过其中两点的方程，再验证第三点在直线上。
二、两直线的位置关系
1、
L1：
y=k1x+b1
L2：
y=k2x+b2
L1：
A1X+B1Y+C1=0
L2：
A2X+B2Y+C2=0
L1与L2组成的方程组
平行
K1=k2且b1≠b2
无解
重合
K1=k2且b1=b2
有无数多解
相交
K1≠k2
有唯一解
垂直
K1·k2=-1
A1A2+B1B2=0
（说明：
当直线平行于坐标轴时，要单独考虑）
2、L1 到L2的角为0，则（）
3、夹角：
4、点到直线距离：
（已知点（p0（x0,y0），L：
AX+BY+C=0）
①两行平线间距离：
L1=AX+BY+C1=0L2：
AX+BY+C2=0
②与AX+BY+C=0平行且距离为d的直线方程为Ax+By+C±
③与AX+BY+C1=0和AX+BY+C2=0平行且距离相等的直线方程是
5、对称：
（1）点关于点对称：
p（x1,y1）关于M（x0,y0）的对称
（2）点关于线的对称：
设p（a、b）
对称轴
对称点
对称轴
对称点
X轴
Y=-x
Y轴
X=m（m≠0）
y=x
y=n（n≠0）
一般方法：
如图：
（思路1）设P点关于L的对称点为P0（x0,y0）则Kpp0﹡KL=－1
P,P0中点满足L方程
解出P0（x0,y0）
（思路2）写出过P⊥L的垂线方程，先求垂足，然后用中点坐标公式求出P0（x0,y0）的坐标。
P
y L
P0
x
（3）直线关于点对称
L：
AX+BY+C=0关于点P（X0、Y0）的对称直线：
A（2X0-X）+B（2Y0-Y）+C=0
（4）直线关于直线对称
①几种特殊位置的对称：
已知曲线f（x、y）=0
关于x轴对称曲线是f（x、-y）=0关于y=x对称曲线是f（y、x）=0
关于y轴对称曲线是f（-x、y）=0关于y=-x对称曲线是f（-y、-x）=0
关于原点对称曲线是f（-x、-y）=0关于x=a对称曲线是f（2a-x、y）=0
关于y=b对称曲线是f（x、2b-y）=0
一般位置的对称、结合平几知识找出相关特征，逐步求解。
三、简单的线性规划
LY
不等式表示的区域
OX
AX+BY+C=0
约束条件、线性约束条件、目标函数、线性目标函数、线性规划，可行解，最优解。
要点：
①作图必须准确（建议稍画大一点）。
②线性约束条件必须考虑完整。
③先找可行域再找最优解。
四、圆的方程
1、圆的方程：
①标准方程，c（a、b）为圆心，r为半径。
②一般方程：
，
，
当时，表示一个点。
当时，不表示任何图形。
③参数方程：
为参数
以A（X1，Y1），B（X2，Y2）为直径的两端点的圆的方程是
（X-X1）（X-X2）+（Y-Y1）（Y-Y2）=0
2、点与圆的位置关系：
考察点到圆心距离d，然后与r比较大小。
3、直线和圆的位置关系：
相交、相切、相离
判定：
①联立方程组，消去一个未知量，得到一个一元二次方程：
△＞0相交、△＝0相切、△＜0相离
②利用圆心c（a、b）到直线AX+BY+C=0的距离d来确定：
d＜r相交、d＝r相切d＞r相离
（直线与圆相交，注意半径、弦心距、半弦长所组成的kt△）
4、圆的切线：
（1）过圆上一点的切线方程
与圆相切于点（x1、y1）的切线方程是
与圆相切于点（x1、y1）的切成方程
为：
与圆相切于点（x1、y1）的切线是
（2）过圆外一点切线方程的求法：
已知：
p0（x0，y0）是圆外一点
①设切点是p1（x1、y1）解方程组
先求出p1的坐标，再写切线的方程
②设切线是即
再由，求出k，再写出方程。
（当k值唯一时，应结合图形、考察是否有垂直于x轴的切线）
③已知斜率的切线方程：
设（b待定），利用圆心到L距离为r，确定b。
5、圆与圆的位置关系
由圆心距进行判断、相交、相离（外离、内含）、相切（外切、内切）
6、圆系
①同心圆系：
，（a、b为常数，r为参数）
或：
（D、E为常数，F为参数）
②圆心在x轴：
③圆心在y轴：
④过原点的圆系方程
⑤过两圆和
的交点的圆系方程为
（不含C2），其中入为参数
若C1与C2相交，则两方程相减所得一次方程就是公共弦所在直线方程。
类型一：
圆的方程
例1求过两点、且圆心在直线上的圆的标准方程并判断点与圆的关系．
分析：
欲求圆的标准方程，需求出圆心坐标的圆的半径的大小，而要判断点与圆的位置关系，只须看点与圆心的距离和圆的半径的大小关系，若距离大于半径，则点在圆外；若距离等于半径，则点在圆上；若距离小于半径，则点在圆内．
解法一：
（待定系数法）
设圆的标准方程为．
∵圆心在上，故．
∴圆的方程为．
又∵该圆过、两点．
∴
解之得：
，．
所以所求圆的方程为．
解法二：
（直接求出圆心坐标和半径）
因为圆过、两点，所以圆心必在线段的垂直平分线上，又因为，故的斜率为1，又的中点为，故的垂直平分线的方程为：
即．
又知圆心在直线上，故圆心坐标为
∴半径．
故所求圆的方程为．
又点到圆心的距离为
．
∴点在圆外．
说明：
本题利用两种方法求解了圆的方程，都围绕着求圆的圆心和半径这两个关键的量，然后根据圆心与定点之间的距离和半径的大小关系来判定点与圆的位置关系，若将点换成直线又该如何来判定直线与圆的位置关系呢？
例2求半径为4，与圆相切，且和直线相切的圆的方程．
分析：
根据问题的特征，宜用圆的标准方程求解．
解：
则题意，设所求圆的方程为圆．
圆与直线相切，且半径为4，则圆心的坐标为或．
又已知圆的圆心的坐标为，半径为3．
若两圆相切，则或．
（1）当时，，或（无解），故可得．
∴所求圆方程为，或．
（2）当时，，或（无解），故．
∴所求圆的方程为，或．
说明：
对本题，易发生以下误解：
由题意，所求圆与直线相切且半径为4，则圆心坐标为，且方程形如．又圆，即，其圆心为，半径为3．若两圆相切，则．故，解之得．所以欲求圆的方程为，或．
上述误解只考虑了圆心在直线上方的情形，而疏漏了圆心在直线下方的情形．另外，误解中没有考虑两圆内切的情况．也是不全面的．
例3求经过点，且与直线和都相切的圆的方程．
分析：
欲确定圆的方程．需确定圆心坐标与半径，由于所求圆过定点，故只需确定圆心坐标．又圆与两已知直线相切，故圆心必在它们的交角的平分线上．
解：
∵圆和直线与相切，
∴圆心在这两条直线的交角平分线上，
又圆心到两直线和的距离相等．
∴．
∴两直线交角的平分线方程是或．
又∵圆过点，
∴圆心只能在直线上．
设圆心
∵到直线的距离等于，
∴．
化简整理得．
解得：
或
∴圆心是，半径为或圆心是，半径为．
∴所求圆的方程为或．
说明：
本题解决的关键是分析得到圆心在已知两直线的交角平分线上，从而确定圆心坐标得到圆的方程，这是过定点且与两已知直线相切的圆的方程的常规求法．
例4、设圆满足：
（1）截轴所得弦长为2；
（2）被轴分成两段弧，其弧长的比为，在满足条件
（1）
（2）的所有圆中，求圆心到直线的距离最小的圆的方程．
分析：
要求圆的方程，只须利用条件求出圆心坐标和半径，便可求得圆的标准方程．满足两个条件的圆有无数个，其圆心的集合可看作动点的轨迹，若能求出这轨迹的方程，便可利用点到直线的距离公式，通过求最小值的方法找到符合题意的圆的圆心坐标，进而确定圆的半径，求出圆的方程．
解法一：
设圆心为，半径为．
则到轴、轴的距离分别为和．
由题设知：
圆截轴所得劣弧所对的圆心角为，故圆截轴所得弦长为．
∴
又圆截轴所得弦长为2．
∴．
又∵到直线的距离为
∴
当且仅当时取“=”号，此时．
这时有
∴或
又
故所求圆的方程为或
解法二：
同解法一，得
．
∴．
∴．
将代入上式得：
．
上述方程有实根，故
，
∴．
将代入方程得．
又 ∴．
由知、同号．
故所求圆的方程为或．
说明：
本题是求点到直线距离最小时的圆的方程，若变换为求面积最小呢？
类型二：
切线方程、切点弦方程、公共弦方程
例5 已知圆，求过点与圆相切的切线．
解：
∵点不在圆上，∴切线的直线方程可设为
根据∴
解得
所以
即
因为过圆外一点作圆得切线应该有两条，可见另一条直线的斜率不存在．易求另一条切线为．
说明：
上述解题过程容易漏解斜率不存在的情况，要注意补回漏掉的解．
本题还有其他解法，例如把所设的切线方程代入圆方程，用判别式等于0解决（也要注意漏解）．还可以运用，求出切点坐标、的值来解决，此时没有漏解．
例6两圆与相交于、两点，求它们的公共弦所在直线的方程．
分析：
首先求、两点的坐标，再用两点式求直线的方程，但是求两圆交点坐标的过程太繁．为了避免求交点，可以采用“设而不求”的技巧．
解：
设两圆、的任一交点坐标为，则有：
①
②
①－②得：
．
∵、的坐标满足方程．
∴方程是过、两点的直线方程．
又过、两点的直线是唯一的．
∴两圆、的公共弦所在直线的方程为．
说明：
上述解法中，巧妙地避开了求、两点的坐标，虽然设出了它们的坐标，但并没有去求它，而是利用曲线与方程的概念达到了目标．从解题的角度上说，这是一种“设而不求”的技巧，从知识内容的角度上说，还体现了对曲线与方程的关系的深刻理解以及对直线方程是一次方程的本质认识．它的应用很广泛．
例7、过圆外一点，作这个圆的两条切线、，切点分别是、，求直线的方程。
练习：
1．求过点，且与圆相切的直线的方程．
解：
设切线方程为，即，
∵圆心到切线的距离等于半径，
∴，解得，
∴切线方程为，即，
当过点的直线的斜率不存在时，其方程为，圆心到此直线的距离等于半径，
故直线也适合题意。
所以，所求的直线的方程是或．
2、过坐标原点且与圆相切的直线的方程为
解：
设直线方程为，即.∵圆方程可化为，∴圆心为（2，-1），半径为.依题意有，解得或，∴直线方程为或.
3、已知直线与圆相切，则的值为.
解：
∵圆的圆心为（1，0），半径为1，∴，解得或.
类型三：
弦长、弧问题
例8、求直线被圆截得的弦的长.
例9、直线截圆得的劣弧所对的圆心角为
解：
依题意得，弦心距，故弦长，从而△OAB是等边三角形，故截得的劣弧所对的圆心角为.
例10、求两圆和的公共弦长
类型四：
直线与圆的位置关系
例11、已知直线和圆，判断此直线与已知圆的位置关系.
例12、若直线与曲线有且只有一个公共点，求实数的取值范围.
解：
∵曲线表示半圆，∴利用数形结合法，可得实数的取值范围是或.
例13圆上到直线的距离为1的点有几个？
分析：
借助图形直观求解．或先求出直线、的方程，从代数计算中寻找解答．
解法一：
圆的圆心为，半径．
设圆心到直线的距离为，则．
如图，在圆心同侧，与直线平行且距离为1的直线与圆有两个交点，这两个交点符合题意．
又．
∴与直线平行的圆的切线的两个切点中有一个切点也符合题意．
∴符合题意的点共有3个．
解法二：
符合题意的点是平行于直线，且与之距离为1的直线和圆的交点．设所求直线为，则，
∴，即，或，也即
，或．
设圆的圆心到直线、的距离为、，则
，．
∴与相切，与圆有一个公共点；与圆相交，与圆有两个公共点．即符合题意的点共3个．
说明：
对于本题，若不留心，则易发生以下误解：
设圆心到直线的距离为，则．
∴圆到距离为1的点有两个．
显然，上述误解中的是圆心到直线的距离，，只能说明此直线与圆有两个交点，而不能说明圆上有两点到此直线的距离为1．
到一条直线的距离等于定值的点，在与此直线距离为这个定值的两条平行直线上，因此题中所求的点就是这两条平行直线与圆的公共点．求直线与圆的公共点个数，一般根据圆与直线的位置关系来判断，即根据圆心与直线的距离和半径的大小比较来判断．
练习1：
直线与圆没有公共点，则的取值范围是
解：
依题意有，解得.∵，∴.
练习2：
若直线与圆有两个不同的交点，则的取值范围是.
解：
依题意有，解得，∴的取值范围是.
练习3、 圆上到直线的距离为的点共有（）．
（A）1个（B）2个（C）3个（D）4个
分析：
把化为，圆心为，半径为，圆心到直线的距离为，所以在圆上共有三个点到直线的距离等于，所以选C．
练习4、 过点作直线，当斜率为何值时，直线与圆有公共点，如图所示．
分析：
观察动画演示，分析思路．
P
E
O
y
x
解：
设直线的方程为
即
根据有
整理得
解得
．
类型五：
圆与圆的位置关系
问题导学四：
圆与圆位置关系如何确定？
例14、判断圆与圆的位置关系，
例15：
圆和圆的公切线共有条。
解：
∵圆的圆心为，半径，圆的圆心为，半径，∴.∵，∴两圆相交.共有2条公切线。
练习
1：
若圆与圆相切，则实数的取值集合是.
解：
∵圆的圆心为，半径，圆的圆心为，半径，且两圆相切，∴或，∴或，解得或，或或，∴实数的取值集合是.
2：
求与圆外切于点，且半径为的圆的方程.
解：
设所求圆的圆心为，则所求圆的方程为.∵两圆外切于点，∴，∴，∴，∴所求圆的方程为.
类型六：
圆中的对称问题
例16、圆关于直线对称的圆的方程是
G
O
B
N
M
y
A
x
图3
C
A’
例17 自点发出的光线射到轴上，被轴反射，反射光线所在的直线与圆相切
（1）求光线和反射光线所在的直线方程．
（2）光线自到切点所经过的路程．
分析、略解：
观察动画演示，分析思路．根据对称关系，首先求出点的对称点的坐标为，其次设过的圆的切线方程为
根据，即求出圆的切线的斜率为
或
进一步求出反射光线所在的直线的方程为
或
最后根据入射光与反射光关于轴对称，求出入射光所在直线方程为
或
光路的距离为，可由勾股定理求得．
说明：
本题亦可把圆对称到轴下方，再求解．
类型七：
圆中的最值问题
例18：
圆上的点到直线的最大距离与最小距离的差是
解：
∵圆的圆心为（2，2），半径，∴圆心到直线的距离，∴直线与圆相离，∴圆上的点到直线的最大距离与最小距离的差是.
例19
（1）已知圆，为圆上的动点，求的最大、最小值．
（2）已知圆，为圆上任一点．求的最大、最小值，求的最大、最小值．
分析：
（1）、
（2）两小题都涉及到圆上点的坐标，可考虑用圆的参数方程或数形结合解决．
解：
（1）（法1）由圆的标准方程．
可设圆的参数方程为（是参数）．
则
（其中）．
所以，．
（法2）圆上点到原点距离的最大值等于圆心到原点的距离加上半径1，圆上点到原点距离的最小值等于圆心到原点的距离减去半径1．
所以．
．
所以．．
（2）（法1）由得圆的参数方程：
是参数．
则．令，
得，
．
所以，．
即的最大值为，最小值为．
此时．
所以的最大值为，最小值为．
（法2）设，则．由于是圆上点，当直线与圆有交点时，如图所示，
两条切线的斜率分别是最大、最小值．
由，得．
所以的最大值为，最小值为．
令，同理两条切线在轴上的截距分别是最大、最小值．
由，得．
所以的最大值为，最小值为．
例20：
已知，，点在圆上运动，则的最小值是.
解：
设，则.设圆心为，则，∴的最小值为.
练习：
1：
已知点在圆上运动.
（1）求的最大值与最小值；
（2）求的最大值与最小值.
解：
（1）设，则表示点与点（2，1）连线的斜率.当该直线与圆相切时，取得最大值与最小值.由，解得，∴的最大值为，最小值为.
（2）设，则表示直线在轴上的截距.当该直线与圆相切时，取得最大值与最小值.由，解得，∴的最大值为，最小值为.
2设点是圆是任一点，求的取值范围．
分析一：
利用圆上任一点的参数坐标代替、，转化为三角问题来解决．
解法一：
设圆上任一点
则有，
∴，∴
∴．
即（）
∴．
又∵
∴
解之得：
．
分析二：
的几何意义是过圆上一动点和定点的连线的斜率，利用此直线与圆有公共点，可确定出的取值范围．
解法二：
由得：
，此直线与圆有公共点，故点到直线的距离．
∴
解得：
．
另外，直线与圆的公共点还可以这样来处理：
由消去后得：
，
此方程有实根，故，
解之得：
．
说明：
这里将圆上的点用它的参数式表示出来，从而将求变量的范围问题转化成三角函数的有关知识来求解．或者是利用其几何意义转化成斜率来求解，使问题变得简捷方便．
3、已知点，点在圆上运动，求的最大值和最小值.
类型八：
轨迹问题
例21、基础训练：
已知点与两个定点，的距离的比为，求点的轨迹方程.
例22、已知线段的端点的坐标是（4，3），端点在圆上运动，求线段的中点的轨迹方程.
例23如图所示，已知圆与轴的正方向交于点，点在直线上运动，过做圆的切线，切点为，求垂心的轨迹．
分析：
按常规求轨迹的方法，设，找的关系非常难．由于点随，点运动而运动，可考虑，，三点坐标之间的关系．
解：
设，，连结，，
则，，是切线，
所以，，，
所以四边形是菱形．
所以，得
又满足，
所以即是所求轨迹方程．
说明：
题目巧妙运用了三角形垂心的性质及菱形的相关知识．采取代入法求轨迹方程．做题时应注意分析图形的几何性质，求轨迹时应注意分析与动点相关联的点，如相关联点轨迹方程已知，可考虑代入法．
类型九：
圆的综合应用
例24、已知圆与直线相交于、两点，为原点，且，求实数的值．
分析：
利用几何法求解，或利用转移法求解，或利用参数法求解．
解法一：
如图，在矩形中，连结，交于，显然，，
在直角三角形中，若设，则．
由，即
，
也即，这便是的轨迹方程．
解法二：
设、、，则，．
又，即
．①
又与的中点重合，故，，即
②
①＋②，有．
这就是所求的轨迹方程．
解法三：
设、、，
由于为矩形，故与的中点重合，即有
， ①
， ②
又由有 ③
联立①、②、③消去、，即可得点的轨迹方程为．
说明：
本题的条件较多且较隐含，解题时，思路应清晰，且应充分利用图形的几何性质，否则，将使解题陷入困境之中．
本题给出三种解法．其中的解法一是几何方法，它充分利用了图形中隐含的数量关系．而解法二与解法三，从本质上是一样的，都可以称为参数方法．解法二涉及到了、、、四个参数，故需列出五个方程；而解法三中，由于借助了圆的参数方程，只涉及到两个参数、，故只需列出三个方程便可．上述三种解法的共同之处是，利用了图形的几何特征，借助数形结合的思想方法求解．
练习：
1、由动点向圆引两条切线、，切点分别为、，=600，则动点的轨迹方程是.
解：
设.∵=600，∴=300.∵，∴，∴，化简得，∴动点的轨迹方程是.
练习巩固：
设为两定点，动点到点的距离与到点的距离的比为定值，求点的轨迹.
解：
设动点的坐标为.由，得，
化简得.
当时，化简得，整理得；
当时，化简得.
所以当时，点的轨迹是以为圆心，为半径的圆；
当时，点的轨迹是轴.
2、已知两定点，，如果动点满足，则点的轨迹所包围的面积等于
解：
设点的坐标是.由，得，化简得，∴点的轨迹是以（2，0）为圆心，2为半径的圆，∴所求面积为.
4、已知定点，点在圆上运动，是线段上的一点，且，问点的轨迹是什么？
解：
设.∵，∴，
∴，∴.∵点在圆上运动，∴，∴，即，∴点的轨迹方程是.
例5、已知定点，点在圆上运动，的平分线交于点，则点的轨迹方程是.
解：
设.∵是的平分线，∴，∴.由变式1可得点的轨迹方程是.
练习巩固：
已知直线与圆相交于、两点，以、为邻边作平行四边形，求点的轨迹方程.
解：
设，的中点为.∵是平行四边形，∴是的中点，∴点的坐标为，且.∵直线经过定点，∴，∴，化简得.∴点的轨迹方程是.
类型九：
圆的综合应用
例25、已知圆与直线相交于、两点，为原点，且，求实数的值．
分析：
设、两点的坐标为、，则由，可得，再利用一元二次方程根与系数的关系求解．或因为通过原点的直线
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