人教版2021届一轮复习打地基练习 直线与圆的位置关系
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这是一份人教版2021届一轮复习打地基练习 直线与圆的位置关系,共22页。试卷主要包含了已知圆O1,直线3x+4y+12=0与圆,已知直线y=kx+m,已知直线l等内容,欢迎下载使用。
人教版2021届一轮复习打地基练习 直线与圆的位置关系
一.选择题(共7小题)
1.已知圆的方程为x2+y2﹣6x=0,过点(1,2)的该圆的所有弦中,最短弦的长为( )
A. B.1 C.2 D.4
2.圆x2+y2﹣2x﹣8y+13=0的圆心到直线ax+y﹣1=0的距离为1,则a=( )
A. B. C. D.2
3.已知圆O1:x2+y2+ty﹣2=0与y轴交于A,B两点,点C的坐标为(1,2).圆O2过A,B,C三点,当实数t变化时,存在一条定直线l被圆O2截得的弦长为定值,则此定直线l的方程为( )
A.x+2y﹣5=0 B.2x﹣y=0 C. D.
4.直线3x+4y+12=0与圆(x﹣1)2+(y+1)2=9的位置关系是( )
A.相交且过圆心 B.相切
C.相离 D.相交但不过圆心
5.直线4x﹣3y﹣2=0与圆x2+y2﹣2x+4y﹣11=0的位置关系是( )
A.相交 B.相切 C.相离 D.以上都不对
6.已知直线y=kx+m(m为常数)与圆x2+y2=4交于M,N,当k变化时,若|MN|的最小值为2,则m=( )
A.±1 B.± C.± D.±2
7.直线y=kx﹣2k+1恒过定点C,则以C为圆心,5为半径的圆的方程为( )
A.(x﹣2)2+(y﹣1)2=5 B.(x﹣2)2+(y﹣1)2=25
C.(x+2)2+(y﹣1)2=25 D.(x+2)2+(y+1)2=5
二.填空题(共15小题)
8.已知直线l:mx+y+3m﹣=0与圆x2+y2=12交于A,B两点,过A,B分别作l的垂线与x轴交于C,D两点,若|AB|=2,则m= ,|CD|= .
9.(几何证明选讲)如图,已知EB是半圆O的直径,A是BE延长线上一点,AC是半圆O的切线BC⊥AC于C,若BC=6,AC=8,则AE= .
10.在平面直角坐标系xOy中,点A(0,﹣3),若圆C:(x﹣a)2+(y﹣a+2)2=1上存在一点M满足|MA|=2|MO|,则实数a的取值范围是 .
11.已知直线x+y=m与圆x2+y2=1相交于P、Q两点,且∠POQ=120°(其中O为原点),那么m的值为 .
12.已知直线l:y=k(x+4)与圆(x+2)2+y2=4相交于A,B两点,M是线段AB的中点,则点M到直线3x﹣4y﹣6=0的距离的最大值为
13.已知点A,B关于坐标原点O对称,|AB|=2,以M为圆心的圆过A,B两点,且与直线y=1相切.若存在定点P,使得当A运动时,|MA|﹣|MP|为定值,则点P的坐标为 .
14.直线mx+y﹣2=0(m∈R)与圆C:x2+y2﹣2y﹣1=0相交于A,B两点,弦长|AB|的最小值为 ,若三角形ABC的面积为,则m的值为 .
15.已知直线ax+y﹣1=0与圆C:(x﹣1)2+(y+a)2=1相交于A,B两点,且△ABC为等腰直角三角形,则实数a的值为 .
16.点P是直线l:x﹣y﹣2=0上的动点,点A,B分别是圆C1:(x+3)2+(y﹣1)2=4和圆C2:x2+(y﹣3)2=1上的两个动点,则|PA|+|PB|的最小值为 .
17.已知直线l:y=x+m被圆C:x2+y2﹣4x﹣2y﹣1=0截得的弦长等于该圆的半径,则实数m= .
18.从圆(x﹣1)2+(y﹣1)2=1外一点P(2,3)向这个圆引切线,则切线的方程为 .
19.若圆C1:(x﹣m)2+y2=16与圆C2:(x﹣n)2+y2=16相交,点P为其在x轴下方的交点,且mn=﹣8,则点P到直线x+y﹣1=0距离的最大值为 .
20.已知直线l:kx﹣y+1=0与圆C:x2+y2+2x﹣4y+1=0相交于A,B两点,若,则k的值为 .
21.已知圆C:x2+(y﹣1)2=r2与y=sinx有唯一的公共点,且公共点的横坐标为α,则的值为 .
22.若直线2x+y+m=0过圆x2+y2﹣2x+4y=0的圆心,则m的值为 .
三.解答题(共6小题)
23.已知直线l过直线x+y﹣1=0和2x﹣y+4=0的交点,
(1)若l与直线x+2y﹣1=0平行,求直线l的方程;
(2)若l与圆x2﹣4x+y2﹣21=0相交弦长为2,求直线l的方程.
24.在平面直角坐标系xOy中,曲线y=x2﹣6x+1与坐标轴的交点都在圆C上.
(1)求圆C的方程;
(2)已知点A(3,0),点B为圆C上的一动点,求•的最大值,并求此时直线OB被圆C截得的弦长.
25.已知点P(0,5)及圆C:x2+y2+4x﹣12y+24=0.
(1)若直线l过点P,且被圆C截得的线段长为4,求l的方程;
(2)求过P点的圆C弦的中点的轨迹方程.
26.已知圆心C在第一象限,半径为的圆与y轴相切,且与x轴正半轴交于A,B两点(A在B左侧),|OA|•|OB|=1(O为坐标原点).
(1)求圆C的标准方程;
(2)过点A任作一条直线与圆O:x2+y2=1相交于P,Q两点.
①证明:为定值;
②求|PB|+2|PC|的最小值.
27.已知圆M的方程为x2+(y﹣2)2=1,直线l的方程为x﹣2y=0,点P在直线上,过点P作圆M的切线PA,PB,切点为A,B.
(1)若点P的坐标为(1,),求切线PA,PB方程;
(2)求四边形PAMB面积的最小值;
(3)求证:经过A,P,M三点的圆必过定点,并求出所有定点坐标.
28.在平面直角坐标系xoy中,曲线y=x2﹣6x+1与坐标轴的交点都在圆C上,
(1)求圆C的方程;
(2)求过定点(2,3)与圆相交所截得的弦长为的直线方程;
(3)若圆C与直线x﹣y+a=0交于A,B两点,且OA⊥OB,求a的值.
人教版2021届一轮复习打地基练习 直线与圆的位置关系
参考答案与试题解析
一.选择题(共7小题)
1.已知圆的方程为x2+y2﹣6x=0,过点(1,2)的该圆的所有弦中,最短弦的长为( )
A. B.1 C.2 D.4
【分析】化圆的一般方程为标准方程,求出圆心坐标与半径,如何利用垂径定理求得答案.
【解答】解:由x2+y2﹣6x=0,得(x﹣3)2+y2=9,∴圆心坐标为(3,0),半径为3.
如图:当过点P(1,2)的直线与连接P与圆心的直线垂直时,弦AB最短,
则最短弦长为.
故选:C.
2.圆x2+y2﹣2x﹣8y+13=0的圆心到直线ax+y﹣1=0的距离为1,则a=( )
A. B. C. D.2
【分析】把圆的方程化为标准方程,找出圆心坐标,根据点到直线的距离公式列出关于a的方程,求出方程的解得到a的值即可.
【解答】解:圆x2+y2﹣2x﹣8y+13=0的圆心坐标为:(1,4),
故圆心到直线ax+y﹣1=0的距离d=,
解得:a=﹣,
故选:C.
3.已知圆O1:x2+y2+ty﹣2=0与y轴交于A,B两点,点C的坐标为(1,2).圆O2过A,B,C三点,当实数t变化时,存在一条定直线l被圆O2截得的弦长为定值,则此定直线l的方程为( )
A.x+2y﹣5=0 B.2x﹣y=0 C. D.
【分析】圆O2的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,取x=0,可得y2+Ey+F=0,得到方程y2+ty﹣2=0与方程y2+Ey+F=0等价,由此可得E=t,F=﹣2,得到圆O2的方程为x2+y2+Dx+ty﹣2=0,再把定点C的坐标代入,可得D与t的关系,进一步代入圆的方程,再由圆系方程求解.
【解答】解:令x=0,可得y2+ty﹣2=0,设A(0,y1),B(0,y2),
设圆O2的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,取x=0,可得y2+Ey+F=0.
则方程y2+Ey+F=0与方程y2+ty﹣2=0等价,则E=t,F=﹣2,
则圆O2的方程为x2+y2+Dx+ty﹣2=0.
∵圆O2过C(1,2),∴5+D+2t﹣2=0,即D=﹣3﹣2t,
得圆O2的方程为x2+y2﹣(3+2t)x+ty﹣2=0,
即x2+y2﹣3x﹣2+t(y﹣2x)=0,
由圆系方程可知,圆x2+y2﹣3x﹣2+t(y﹣2x)=0经过圆x2+y2﹣3x﹣2=0与直线y﹣2x=0的交点,
则圆O2被直线y﹣2x=0即2x﹣y=0所截弦长为定值.
故选:B.
4.直线3x+4y+12=0与圆(x﹣1)2+(y+1)2=9的位置关系是( )
A.相交且过圆心 B.相切
C.相离 D.相交但不过圆心
【分析】圆(x﹣1)2+(y+1)2=9的圆心C(1,﹣1),半径r=3,圆心C(1,﹣1)到直线3x+4y+12=0的距离d=<3=r,由此能求出直线3x+4y+12=0与圆(x﹣1)2+(y+1)2=9的位置关系.
【解答】解:圆(x﹣1)2+(y+1)2=9的圆心C(1,﹣1),半径r=3,
圆心C(1,﹣1)到直线3x+4y+12=0的距离d==<3=r,
∴直线3x+4y+12=0与圆(x﹣1)2+(y+1)2=9的位置关系是相交但不过圆心.
故选:D.
5.直线4x﹣3y﹣2=0与圆x2+y2﹣2x+4y﹣11=0的位置关系是( )
A.相交 B.相切 C.相离 D.以上都不对
【分析】根据所给的圆的一般式方程,写出圆的圆心与半径,利用点到直线的距离求圆心与直线的距离,把所求的距离同圆的半径比较,得到直线与圆的关系.
【解答】解:∵圆的方程是x2+y2﹣2x+4y﹣11=0,
∴圆心是(1,﹣2).半径是4,
圆心到直线的距离是d==1.6<4,
∴直线与圆的关系是相交,
故选:A.
6.已知直线y=kx+m(m为常数)与圆x2+y2=4交于M,N,当k变化时,若|MN|的最小值为2,则m=( )
A.±1 B.± C.± D.±2
【分析】将直线被圆C所截的弦长的最小值,转化为圆心到直线l的距离的最大值,结合点到直线的距离公式,得到等式关系,求解即可得到答案.
【解答】解:圆C:x2+y2=4,直线l:y=kx+m,
直线被圆C所截的弦长的最小值为2,设弦长为a,
则圆心C到直线l的距离d=,
当弦长取得最小值2时,则d有最大值,
又,因为k2≥0,则,
故d的最大值为,解得m=.
故选:C.
7.直线y=kx﹣2k+1恒过定点C,则以C为圆心,5为半径的圆的方程为( )
A.(x﹣2)2+(y﹣1)2=5 B.(x﹣2)2+(y﹣1)2=25
C.(x+2)2+(y﹣1)2=25 D.(x+2)2+(y+1)2=5
【分析】求出直线系经过的定点,得到圆的圆心,然后求解圆的方程.
【解答】解:直线y=kx﹣2k+1恒过定点C(2,1),
则以C为圆心,5为半径的圆的方程为:(x﹣2)2+(y﹣1)2=25.
故选:B.
二.填空题(共15小题)
8.已知直线l:mx+y+3m﹣=0与圆x2+y2=12交于A,B两点,过A,B分别作l的垂线与x轴交于C,D两点,若|AB|=2,则m= ﹣ ,|CD|= 4 .
【分析】根据题意,由点到直线的距离求出m,可得直线l的倾斜角为30°,再利用直角三角形中的三角函数求出|CD|即可.
【解答】解:|AB|=2,则圆心O(0,0)到直线l的距离d=,
则有,解得m=﹣,
直线l的方程为:(﹣)x+y﹣2=0,则其倾斜角为30°,
∵过A,B分别作l的垂线与x轴交于C,D两点,
则|CD|=.
故答案为:,4.
9.(几何证明选讲)如图,已知EB是半圆O的直径,A是BE延长线上一点,AC是半圆O的切线BC⊥AC于C,若BC=6,AC=8,则AE= .
【分析】连接OD证得OD∥BC,由此得比例关系,再由题设条件求得AB=10,OD,AO用要求的量AE表示出来,代入比例式即可得到AE的方程,求解既得.
【解答】解:连接OD,由于AD是半圆O的切线,故角ADO=90°,又BC⊥AC于C可得OD∥BC
∵BC=6,AC=8,∴AB=10,∴AE+2R=10,∴R=5﹣
由OD∥BC得,即解得AE=
故答案为
10.在平面直角坐标系xOy中,点A(0,﹣3),若圆C:(x﹣a)2+(y﹣a+2)2=1上存在一点M满足|MA|=2|MO|,则实数a的取值范围是 [0,3] .
【分析】设点M(x,y),由|MA|=2|MO|,得x2+y2+2x﹣3=0,点M在圆心为D(0,1),半径为2的圆上.点M在圆C上,圆C与圆D有公共点,从而1≤|CD|≤3,由此能求出实数a的取值范围
【解答】解:设点M(x,y),由|MA|=2|MO|,
得到:,
整理得:x2+y2﹣2y﹣3=0,
∴点M在圆心为D(0,1),半径为2的圆上.
又点M在圆C上,∴圆C与圆D有公共点,
∴1≤|CD|≤3,
∴1≤≤3,
解得0≤a≤3.
即实数a的取值范围是[0,3].
故答案为:[0,3].
11.已知直线x+y=m与圆x2+y2=1相交于P、Q两点,且∠POQ=120°(其中O为原点),那么m的值为 .
【分析】推导出圆心(0,0)到直线x+y=m的距离d==,由此能求出m的值.
【解答】解:∵直线x+y=m与圆x2+y2=1相交于P、Q两点,且∠POQ=120°(其中O为原点),
∴|PQ|==,
圆心(0,0)到直线x+y=m的距离d==,
∴圆心(0,0)到直线x+y=m的距离d==,
解得m=.
故答案为:.
12.已知直线l:y=k(x+4)与圆(x+2)2+y2=4相交于A,B两点,M是线段AB的中点,则点M到直线3x﹣4y﹣6=0的距离的最大值为 4
【分析】由题意画出图形,利用待定系数法求出M的轨迹,结合点到直线的距离公式得答案.
【解答】解:圆(x+2)2+y2=4的圆心C(﹣2,0),半径r=2,
圆心C(﹣2,0)到直线y=k(x+4)的距离
d==<2,
直线l:y=k(x+4)过定点A(﹣4,0),
设M(x0,y0),B(x1,y1),
则,代入(x+2)2+y2=4,
可得(x0+3)2+y02=1.
∴M的轨迹是以(﹣3,0)为圆心,以1为半径的圆,
则M到直线3x﹣4y﹣6=0的距离的最大值为 +1=4.
故答案为:4.
13.已知点A,B关于坐标原点O对称,|AB|=2,以M为圆心的圆过A,B两点,且与直线y=1相切.若存在定点P,使得当A运动时,|MA|﹣|MP|为定值,则点P的坐标为 (0,﹣) .
【分析】设M的坐标为(x,y),然后根据条件得到圆心M的轨迹方程为x2=﹣2y,把|MA|﹣|MP|转化后再由抛物线的定义求解点P的坐标.
【解答】解:∵线段AB为⊙M的一条弦,O是弦AB的中点,∴圆心M在线段AB的中垂线上,
设点M的坐标为(x,y),则|OM|2+|OA|2=|MA|2,
∵⊙M与直线y=1相切,∴|MA|=|y﹣1|,
∴|y﹣1|2=|OM|2+|OA|2=x2+y2+1,
整理得x2=﹣2y,
∴点M的轨迹是以F(0,﹣)为焦点,y=为准线的抛物线,
∴|MA|﹣|MP|=|y﹣1|﹣|MP|=|y﹣|﹣|MP|+=|MF|﹣|MP|+,
∴当|MA|﹣|MP|为定值时,则点P与点F重合,即P的坐标为(0,﹣),
∴存在定点P(0,﹣)使得当A运动时,|MA|﹣|MP|为定值.
故答案是:(0,﹣).
14.直线mx+y﹣2=0(m∈R)与圆C:x2+y2﹣2y﹣1=0相交于A,B两点,弦长|AB|的最小值为 2 ,若三角形ABC的面积为,则m的值为 ±1 .
【分析】根据点到直线的距离公式和勾股定理、面积公式可得.
【解答】解:圆C:x2+(y﹣1)2=2的圆心为(0,1)半径为,
圆心到直线的距离d==,弦长|AB|=2=2≥2,(当且仅当m=0时等号成立),
S△ABC=d•2=•2=,即d4﹣2d2+=0,解得d2=或d2=,
∴=或=,
解得m=±1.
故答案为:2,±1.
15.已知直线ax+y﹣1=0与圆C:(x﹣1)2+(y+a)2=1相交于A,B两点,且△ABC为等腰直角三角形,则实数a的值为 ﹣1或1 .
【分析】由三角形ABC为等腰直角三角形,得到圆心C到直线的距离d=rsin45°,利用点到直线的距离公式列出方程,求出方程的解即可得到a的值.
【解答】解:∵由题意得到△ABC为等腰直角三角形,
∴圆心C(1,﹣a)到直线ax+y﹣1=0的距离d=rsin45°,即=,
整理得:1+a2=2,即a2=1,
解得:a=﹣1或1,
故答案为:﹣1或1
16.点P是直线l:x﹣y﹣2=0上的动点,点A,B分别是圆C1:(x+3)2+(y﹣1)2=4和圆C2:x2+(y﹣3)2=1上的两个动点,则|PA|+|PB|的最小值为 .
【分析】根据题意,算出圆C2关于直线l对称的圆C'方程为(x﹣5)2+(y+2)2=1.当点P位于线段C1C'上时,线段AB'长是圆C1与圆C'上两个动点之间的距离最小值,由此结合对称的知识与两点间的距离公式加以计算,即可得出|PA|+|PB|的最小值.
【解答】解:设圆C'是圆C2:x2+(y﹣3)2=1关于直线l对称的圆
可得C'(5,﹣2),圆C'方程为(x﹣5)2+(y+2)2=1
可得当点P位于线段C1C'上时,线段AB'长是圆C1与圆C'上两个动点之间的距离最小值
B'关于直线l对称的点在圆C2上,由平几知识得当圆C2上的
动点B与该点重合时,|PA|+|PB|达到最小值
∵|C1C'|==,
可得|AB'|=|C1C'|﹣r1﹣r2=
因此,|PA|+|PB|的最小值等于|AB'|=
故答案为:
17.已知直线l:y=x+m被圆C:x2+y2﹣4x﹣2y﹣1=0截得的弦长等于该圆的半径,则实数m= 2或﹣4 .
【分析】化圆的方程为标准方程,求得圆心坐标与半径,写出圆心到直线的距离,利用垂径定理求弦长,结合已知列式求得m值.
【解答】解:由x2+y2﹣4x﹣2y﹣1=0,得(x﹣2)2+(y﹣1)2=6,
则圆心C(2,1),半径为,
C到直线y=x+m的距离d=,
∴直线y=x+m被圆C截得的写出为,
整理得(m+1)2=9,解得m=2或﹣4.
故答案为:2或﹣4.
18.从圆(x﹣1)2+(y﹣1)2=1外一点P(2,3)向这个圆引切线,则切线的方程为 x=2或3x﹣4y+6=0 .
【分析】当切线方程斜率不存在时,直线x=2满足题意;当切线方程斜率存在时,设出切线方程,根据圆心到切线的距离d=r列出关于k的方程,求出方程的解得到k的值,确定出此时切线方程,综上,得到满足题意的切线方程.
【解答】解:分两种情况考虑:
若切线方程斜率不存在时,直线x=2满足题意;
若切线方程斜率存在时,设为k,此时切线方程为y﹣3=k(x﹣2),即kx﹣y+3﹣2k=0,
∵直线与圆相切,∴圆心(1,1)到切线的距离d=r,即=1,
解得:k=,此时切线方程为x﹣y+3﹣=0,即3x﹣4y+6=0,
综上,切线方程为x=2或3x﹣4y+6=0.
故答案为:x=2或3x﹣4y+6=0
19.若圆C1:(x﹣m)2+y2=16与圆C2:(x﹣n)2+y2=16相交,点P为其在x轴下方的交点,且mn=﹣8,则点P到直线x+y﹣1=0距离的最大值为 .
【分析】可将两个已知圆的方程化为关于m,n的二次方程,可得m,n可看作是t2﹣2tx+x2+y2﹣16=0的两个根,运用韦达定理,可得P的轨迹方程,求得O到直线x+y﹣1=0的距离,可得P到直线x+y﹣1=0的距离的最大值.
【解答】解:方程(x﹣m)2+y2=16,化为m2﹣2mx+x2+y2﹣16=0,
(x﹣n)2+y2=16可化为n2﹣2nx+x2+y2﹣16=0,
则m,n可看作是t2﹣2tx+x2+y2﹣16=0的两个根,
由mn=﹣8,可得x2+y2﹣16=﹣8,即x2+y2=8(y<0),也即P的轨迹方程.
由O到直线x+y﹣1=0的距离为d==,
所以P到直线x+y﹣1=0的距离的最大值为2+=;
故答案为:.
20.已知直线l:kx﹣y+1=0与圆C:x2+y2+2x﹣4y+1=0相交于A,B两点,若,则k的值为 1 .
【分析】根据圆心到直线的距离d与半径和弦长的关系求出k的值即可.
【解答】解:圆C:x2+y2+2x﹣4y+1=0,化为:(x+1)2+(y﹣2)2=4,
∴圆心为C(﹣1,2),半径为2,直线l:kx﹣y+1=0与圆C:x2+y2+2x﹣4y+1=0相交于A,B两点,
,
则圆心到直线的距离为d==,
解得:k=1.
故答案为:1.
21.已知圆C:x2+(y﹣1)2=r2与y=sinx有唯一的公共点,且公共点的横坐标为α,则的值为 ﹣4 .
【分析】由已知可得圆与正弦曲线的公共点为P(α,sinα),利用导数求得两曲线在公共点处的球心的斜率,再由两点求斜率公式可得kPC,然后利用两直线垂直与斜率的关系可得(sinα﹣1)cosα=﹣α,令=t,变形后通过整体运算即可求得t值,则答案可求.
【解答】解:由题意,圆C:x2+(y﹣1)2=r2与y=sinx有唯一的公共点P(α,sinα),
∵y=sinx的导数为y′=cosx,在点P处的公切线的斜率为cosα,
又,∴,
可得(sinα﹣1)cosα=﹣α,①
令=t,则2sin2α﹣4cosα=tα,
∴4(sinα﹣1)cosα=tα,②
把①代入②得:﹣4α=tα,则t=﹣4,即=﹣4.
故答案为:﹣4.
22.若直线2x+y+m=0过圆x2+y2﹣2x+4y=0的圆心,则m的值为 0 .
【分析】求出圆x2+y2﹣2x+4y=0的圆心为C(1,﹣2),再把圆心C(1,﹣2)代入直线2x+y+m=0,能求出结果.
【解答】解:圆x2+y2﹣2x+4y=0的圆心为C(1,﹣2),
∵直线2x+y+m=0过圆x2+y2﹣2x+4y=0的圆心,
∴圆心C(1,﹣2)在直线2x+y+m=0上,
∴2×1﹣2+m=0,
解得m=0.
故答案为:0.
三.解答题(共6小题)
23.已知直线l过直线x+y﹣1=0和2x﹣y+4=0的交点,
(1)若l与直线x+2y﹣1=0平行,求直线l的方程;
(2)若l与圆x2﹣4x+y2﹣21=0相交弦长为2,求直线l的方程.
【分析】(1)求出直线x+y﹣1=0和2x﹣y+4=0的交点坐标,利用l与直线x+2y﹣1=0平行,求直线l的方程;
(2)若l与圆x2﹣4x+y2﹣21=0相交弦长为2,分类讨论,利用勾股定理,求出弦长,即可求直线l的方程.
【解答】解:(1)直线x+y﹣1=0和2x﹣y+4=0的交点坐标为(﹣1,2),若l与直线x+2y﹣1=0平行,则kl=﹣,
∴直线l的方程为x+2y﹣3=0.
(2)①当直线l的斜率不存在时,不合题意;
②当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y﹣2=k(x+1)即kx﹣y+2+k=0,
∵圆x2﹣4x+y2﹣21=0化为标准方程(x﹣2)+y2=25
其圆心A(2,0),半径r=5.
∵l与圆A相交弦长为2,∴点A(2,0)到直线l的距离为d,d==2,
又 d==2,
解得k=0或k=﹣,
∴由点斜式得直线l的方程为,即y=2或y﹣2=﹣.
因此,综上所述,所求的直线方程为y=2或y﹣2=﹣.
24.在平面直角坐标系xOy中,曲线y=x2﹣6x+1与坐标轴的交点都在圆C上.
(1)求圆C的方程;
(2)已知点A(3,0),点B为圆C上的一动点,求•的最大值,并求此时直线OB被圆C截得的弦长.
【分析】(1)写出曲线与坐标轴的交点坐标,利用圆心的几何特征设出圆心坐标,构造关于圆心坐标的方程,通过解方程确定出圆心坐标,求半径,写出圆的方程;
(2)利用参数法写出点B的坐标,通过•的最大值求出点B的坐标,利用几何法直线OB被圆C截得的弦长即可.
【解答】解:(1)曲线y=x2﹣6x+1与y轴的交点为M(0,1),
与x轴的交点为N(3+2,0),P(3﹣2,0).
可知圆心在直线x=3上,故可设该圆的圆心C为(3,t),
则有32+(t﹣1)2=(2)2+t2,解得t=1,
故圆C的半径为,
所以圆C的方程为(x﹣3)2+(y﹣1)2=9;
(Ⅱ)由圆C的方程为(x﹣3)2+(y﹣1)2=9,
设B(3+3cosθ,1+3sinθ),θ∈[0,2π);
又A(3,0),
所以•=3(3+3cosθ)=9+9cosθ,
所以θ=0时,cosθ=1,•取得最大值,
此时B(6,1),
所以直线OB的方程为y=x,即x﹣6y=0;
则圆心C(3,1)到直线OB的距离为
d==,
所以弦长l=2=2×=,
故直线OB被圆C截得的弦长为.
25.已知点P(0,5)及圆C:x2+y2+4x﹣12y+24=0.
(1)若直线l过点P,且被圆C截得的线段长为4,求l的方程;
(2)求过P点的圆C弦的中点的轨迹方程.
【分析】(1)讨论直线l是否有斜率,就两种情况分别求出直线方程;
(2)设弦的中点为M(x,y)根据CM⊥PM得出轨迹方程.
【解答】解:(1)圆的圆心为C(﹣2,6),半径r=4,
∵直线l被圆C解得弦长为4,
∴圆心C到直线l的距离d==2,
若直线l无斜率,则直线方程为x=0,
此时圆心到直线l的距离为2,符合题意;
若直线l有斜率,设斜率为k,则直线l的方程为y=kx+5,即kx﹣y+5=0,
∴,解得k=,
∴直线l的方程为y=x+5.
综上,直线l的方程为x=0或y=x+5.
(2)设所求轨迹上任意一点为M(x,y),
则kCM=(x≠﹣2),kPM=(x≠0),
∴•=﹣1,
整理得x2+y2+2x﹣11y+30=0,
经验证当x=﹣2时,弦的中点为(﹣2,5)或(﹣2,6),符合上式,
当x=0时,弦的中点为(0,6),符合上式,
∴过P点的圆C弦的中点的轨迹方程为x2+y2+2x﹣11y+30=0.
26.已知圆心C在第一象限,半径为的圆与y轴相切,且与x轴正半轴交于A,B两点(A在B左侧),|OA|•|OB|=1(O为坐标原点).
(1)求圆C的标准方程;
(2)过点A任作一条直线与圆O:x2+y2=1相交于P,Q两点.
①证明:为定值;
②求|PB|+2|PC|的最小值.
【分析】(1)设圆心,求出弦长|AB|,|OA|,|OB|,然后利用已知的等式,求出b的值,即可得到圆的标准方程;
(2)①利用(1)中的结论,求出A,B,设P(x0,y0),利用两点间距离公式表示,然后化简即可,同理求解,即可证明;
②将要求解的|PB|+2|PC|的最小值,转化为求解|PA|+|PC|的最小值,当三点共线时取最小值,由此可得答案.
【解答】(1)解:因为圆心C在第一象限,半径为的圆与y轴相切,
故设圆心,
则|AB|=,
所以|OA|=,|OB|=,
所以|OA|•|OB|=,
解得b=1,
所以圆C的方程为;
(2)①证明:由(1)可得,,
设P(x0,y0),则,
所以==,
同理可得,
所以为定值;
②解:因为|PB|=2|PA|,
所以|PB|+2|PC|=2(|PA|+|PC|)=,
故|PB|+2|PC|的最小值为.
27.已知圆M的方程为x2+(y﹣2)2=1,直线l的方程为x﹣2y=0,点P在直线上,过点P作圆M的切线PA,PB,切点为A,B.
(1)若点P的坐标为(1,),求切线PA,PB方程;
(2)求四边形PAMB面积的最小值;
(3)求证:经过A,P,M三点的圆必过定点,并求出所有定点坐标.
【分析】(1)当切线斜率不存在时,切线方程为x=1,当切线斜率存在时,设直线方程为,由直线和圆相切,求出,由此能求出切线PA,PB方程.
(2),当PM最小时,四边形面积最小.由此能求出四边形PAMB面积的最小值.
(3)设点P(),M(0,2),过P,A,M三点的圆即以PM为直径的圆,由此能求出定点坐标.
【解答】解:(1)当切线斜率不存在时,切线方程为x=1…(2分)
当切线斜率存在时,设直线方程为,
因为直线和圆相切,所以,解得,
此时直线方程为y=﹣(x﹣1)+,即5x+12y﹣11=0,
所以切线PA,PB方程x=1,5x+12y﹣11=0.…(4分)
(2)…(6分)
故当PM最小时,四边形面积最小.而
所以四边形PAMB面积的最小值…(10分)
证明:(3)设点P(),M(0,2),
过P,A,M三点的圆即以PM为直径的圆
即()x2+()y2=()2,…(12分)
所以,
从而,
解得定点坐标为(0,2)或(,).…(16分)
28.在平面直角坐标系xoy中,曲线y=x2﹣6x+1与坐标轴的交点都在圆C上,
(1)求圆C的方程;
(2)求过定点(2,3)与圆相交所截得的弦长为的直线方程;
(3)若圆C与直线x﹣y+a=0交于A,B两点,且OA⊥OB,求a的值.
【分析】(1)法一:写出曲线与坐标轴的交点坐标,利用圆心的几何特征设出圆心坐标,构造关于圆心坐标的方程,通过解方程确定出圆心坐标,进而算出半径,写出圆的方程;
法二:可设出圆的一般式方程,利用曲线与方程的对应关系,根据同一性直接求出参数,
(2)利用点斜式设出直线方程,根据直线被圆截得的弦长为求解k,可得直线方程.
(3)利用设而不求思想设出圆C与直线x﹣y+a=0的交点A,B坐标,通过OA⊥OB建立坐标之间的关系,结合韦达定理寻找关于a的方程,通过解方程确定出a的值.
【解答】解:(1)法一:曲线y=x2﹣6x+1与y轴的交点为(0,1),与x轴的交点为(3+2,0),(3﹣2,0).
可知圆心在直线x=3上,故可设该圆的圆心C为(3,t),则有32+(t﹣1)2=(2)2+t2,解得t=1,
故圆C的半径为 =3,所以圆C的方程为(x﹣3)2+(y﹣1)2=9.
法二:设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
圆过(0,1)即x=0,y=1有1+E+F=0,
y=0,x2 ﹣6x+1=0与x2+Dx+F=0是同一方程,故有D=﹣6,F=1,E=﹣2,
即圆方程为x2+y2﹣6x﹣2y+1=0.
(2)直线过定点(2,3),当k存在时,设直线方程为y﹣3=k(x﹣2),即kx﹣y+3﹣2k=0.
由(1)可知圆心为(3,1),半径r=3.
圆心到直线的距离d=,
由直线被圆截得的弦长公式l=4=2,
解得:k=.
∴直线方程为3x+4y﹣18=0.
当k不存在时,设直线方程为x=2,圆心为(3,1),半径r=3.
圆心到直线的距离d=1,
直线被圆截得的弦长公式l=2=4,满足题意,
故得过定点(2,3)与圆相交所截得的弦长为的直线方程为x=2或3x+4y﹣18=0.
(3)设A(x1,y1),B(x2,y2),
其坐标满足方程组,
消去y,得到方程2x2+(2a﹣8)x+a2﹣2a+1=0,
由已知可得判别式△=56﹣16a﹣4a2>0.
在此条件下利用根与系数的关系得到x1+x2=4﹣a,x1x2=①,
由于OA⊥OB可得x1x2+y1y2=0,又y1=x1+a,y2=x2+a,
所以可得2x1x2+a(x1+x2)+a2=0②
由①②可得a=﹣1,满足△=56﹣16a﹣4a2>0;
故a=﹣1.
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