高中数学人教B版 (2019)选择性必修 第一册2.3.3 直线与圆的位置关系精品课件ppt

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2.3.3　直线与圆的位置关系学 习 任 务核 心 素 养1．理解直线与圆的三种位置关系．(重点)2．会用代数法和几何法判断直线与圆的位置关系．(重点)3．能解决直线与圆位置关系的综合问题．(难点)1．通过直线与圆的位置关系的学习，培养直观想象、逻辑推理的核心素养．2．通过解决直线与圆位置关系的综合问题，培养数学运算的核心素养．早晨的日出非常美丽，如果我们把海平面看成一条直线，而把太阳抽象成一个运动着的圆，观察太阳缓缓升起的这样一个过程．你能想象到什么几何知识呢？没错，日出升起的过程可以体现直线与圆的三种特殊位置关系．你发现了吗？知识点1　直线与圆的位置关系的判定(直线Ax＋By＋C＝0，AB≠0，圆(x－a)2＋(y－b)2＝r2，r＞0)位置关系相交相切相离公共点个数2个1个0个判定方法几何法：设圆心到直线的距离d＝d＜rd＝rd＞r代数法：由消元得到一元二次方程的判别式ΔΔ＞0Δ＝0Δ＜0图形(1)利用代数法判断直线与圆的位置关系时，不必求出方程组的实数解，只需将直线方程代入到圆的方程中，并消去一个未知数，得到一个关于x(或y)的一元二次方程，由Δ与0的大小关系判断方程解的个数，进一步判断两者的位置关系．(2)利用几何法判断直线与圆的位置关系时，必须准确计算出圆心坐标、圆的半径长及圆心到直线的距离．(3)对于具体用哪种方法判断直线与圆的位置关系，应由条件而定，代数法是从方程角度考虑，但较烦琐；几何法是从几何角度考虑，方法简单，也是判断直线与圆的位置关系的常用方法．1．(1)直线3x＋4y－5＝0与圆x2＋y2＝1的位置关系是(　　)A．相交　　　B．相切　　　C．相离　　D．无法判断(2)直线x＋y＝1与圆x2＋y2－2ay＝0(a＞0)没有公共点，则a的取值范围是________．(1)B　(2)(0，－1)　[(1)圆心(0，0)到直线3x＋4y－5＝0的距离d＝＝1，又圆x2＋y2＝1的半径为1，∴d＝r，故直线与圆相切．(2)由题意得圆心(0，a)到直线x＋y－1＝0的距离大于半径a，即＞a，解得－－1＜a＜－1，又a＞0，∴0＜a＜－1．]知识点2　直线与圆相切的几个重要结论1．自一点引圆的切线的条数(1)若点在圆外，则过此点可以作圆的两条切线；(2)若点在圆上，则过此点只能作圆的一条切线，且此点是切点；(3)若点在圆内，则过此点不能作圆的切线．2．切线方程的几个重要结论(1)经过圆x2＋y2＝r2上一点P(x0，y0)的切线方程为x0x＋y0y＝r2．(2)经过圆(x－a)2＋(y－b)2＝r2上一点P(x0，y0)的切线方程为(x0－a)(x－a)＋(y0－b)(y－b)＝r2．(3)经过圆x2＋y2＋Dx＋Ey＋F＝0(D2＋E2－4F＞0)上一点P(x0，y0)的切线方程为x0x＋y0y＋D·＋E·＋F＝0．(4)已知圆x2＋y2＝r2的切线的斜率为k，则圆的切线方程为y＝kx±r．3．切线长公式(1)从圆外一点P(x0，y0)引圆(x－a)2＋(y－b)2＝r2的切线，则点P到切点的切线长d＝．(2)从圆外一点P(x0，y0)引圆x2＋y2＋Dx＋Ey＋F＝0(D2＋E2－4F＞0)的切线，则点P到切点的切线长d＝．2．(1)已知圆的方程为x2＋y2＝1，则经过圆上一点M(1，0)的切线方程是(　　)A．x＝1 B．y＝1C．x＋y＝1 D．x－y＝1(2)从圆(x－1)2＋(y－1)2＝1外一点P(2，3)向圆引切线，则切线长为________．(1)A　(2)2　[(1)法一：由圆的方程为x2＋y2＝1，可知圆心的坐标为(0，0)，圆的半径r＝1，故经过圆上一点M(1，0)的切线方程是x＝1．法二：直接应用知识点2中切线方程的第(1)个结论得，所求切线方程为1·x＋0·y＝12，即x＝1．(2)法一：点P(2，3)到圆心(1，1)的距离为＝，则切线长为＝2．    法二：利用切线长公式，易得切线长为＝2．] 类型1　直线与圆位置关系的判定【例1】　(对接教材人教B版P107例1)已知直线y＝x＋b与圆x2＋y2＝2，当b为何值时，圆与直线有两个公共点？只有一个公共点？没有公共点？[解]　法一：由得2x2＋2bx＋b2－2＝0，③方程③的根的判别式Δ＝(2b)2－4×2(b2－2)＝－4(b＋2)(b－2)．(1)当－2＜b＜2时，Δ＞0，直线与圆有两个公共点．(2)当b＝2或b＝－2时，Δ＝0，直线与圆只有一个公共点．(3)当b＜－2或b＞2时，Δ＜0，方程组没有实数解，直线与圆没有公共点．法二：圆的半径r＝，圆心O(0，0)到直线y＝x＋b的距离为d＝．当d＜r，即－2＜b＜2时，圆与直线相交，有两个公共点．当d＝r，|b|＝2，即b＝2或b＝－2时，圆与直线相切，直线与圆只有一个公共点．当d＞r，|b|＞2，即b＜－2或b＞2时，圆与直线相离，圆与直线无公共点．直线与圆的位置关系的判断方法[跟进训练]1．已知圆的方程x2＋(y－1)2＝2，直线y＝x－b，当b为何值时，圆与直线有两个公共点？只有一个公共点？无公共点？[解]　法一：由得2x2－2(1＋b)x＋b2＋2b－1＝0，①其判别式Δ＝4(1＋b)2－8(b2＋2b－1)＝－4(b＋3)(b－1)，当－3＜b＜1时，Δ＞0，方程①有两个不等实根，直线与圆有两个公共点；当b＝－3或1时，Δ＝0，方程①有两个相等实根，直线与圆有一个公共点；当b＜－3或b＞1时，Δ＜0，方程①无实数根，直线与圆无公共点．法二：圆心(0，1)到直线y＝x－b距离d＝，圆半径r＝．当d＜r，即－3＜b＜1时，直线与圆相交，有两个公共点；当d＝r，即b＝－3或1时，直线与圆相切，有一个公共点；当d＞r，即b＜－3或b＞1时，直线与圆相离，无公共点． 类型2　求圆的切线方程【例2】　过点A(4，－3)作圆C：(x－3)2＋(y－1)2＝1的切线，求此切线的方程．[解]　因为(4－3)2＋(－3－1)2＝17＞1，所以点A在圆外．(1)若所求切线的斜率存在，设切线斜率为k，则切线方程为y＋3＝k(x－4)．因为圆心C(3，1)到切线的距离等于半径，半径为1，所以＝1，即|k＋4|＝，所以k2＋8k＋16＝k2＋1，解得k＝－．所以切线方程为y＋3＝－(x－4)，即15x＋8y－36＝0．(2)若直线斜率不存在，圆心C(3，1)到直线x＝4的距离也为1，这时直线与圆也相切，所以另一条切线方程是x＝4．综上，所求切线方程为15x＋8y－36＝0或x＝4．过一点求圆的切线方程的方法(1)点在圆上时求过圆上一点(x0，y0)的圆的切线方程：先求切点与圆心连线的斜率k，再由垂直关系得切线的斜率为－，由点斜式可得切线方程．如果斜率为零或不存在，则由图形可直接得切线方程x＝x0或y＝y0．(2)点在圆外时①几何法：设切线方程为y－y0＝k(x－x0)．由圆心到直线的距离等于半径，可求得k，也就得切线方程．②代数法：设切线方程为y－y0＝k(x－x0)，与圆的方程联立，消去y后得到关于x的一元二次方程，由Δ＝0求出k，可得切线方程．提醒：注意切线的斜率不存在的情况，不要漏解．[跟进训练]2．过原点的直线与圆x2＋y2＋4x＋3＝0相切，若切点在第三象限，求该直线的方程．[解]　圆x2＋y2＋4x＋3＝0化为标准式(x＋2)2＋y2＝1，圆心C(－2，0)，设过原点的直线方程为y＝kx，即kx－y＝0．∵直线与圆相切，∴圆心到直线的距离等于半径，即＝1，∴3k2＝1，k2＝，解得k＝±．∵切点在第三象限，∴k＞0，∴所求直线方程为y＝x． 类型3　直线截圆所得弦长问题【例3】　直线l经过点P(5，5)并且与圆C：x2＋y2＝25相交截得的弦长为4，求l的方程．1．已知直线l与圆相交，如何利用通过求交点坐标的方法求弦长？[提示]　将直线方程与圆的方程联立解出交点坐标，再利用|AB|＝求弦长．2．若直线与圆相交、圆的半径为r、圆心到直线的距离为d，如何求弦长？[提示]　通过半弦长、弦心距、半径构成的直角三角形，如图所示，求得弦长|AB|＝2．[解]　据题意知直线l的斜率存在，设直线l的方程为y－5＝k(x－5)，与圆C相交于A(x1，y1)，B(x2，y2)．法一：联立方程得消去y，得(k2＋1)x2＋10k(1－k)x＋25k(k－2)＝0．由Δ＝[10k(1－k)]2－4(k2＋1)·25k(k－2)>0，解得k＞0．又x1＋x2＝－，x1x2＝，由斜率公式，得y1－y2＝k(x1－x2)．∴|AB|＝＝＝＝＝4．两边平方，整理得2k2－5k＋2＝0，解得k＝或k＝2，符合题意．故直线l的方程为x－2y＋5＝0或2x－y－5＝0．法二：如图所示，|OH|是圆心到直线l的距离，|OA|是圆的半径，|AH|是弦长|AB|的一半．在Rt△AHO中，|OA|＝5，|AH|＝|AB|＝×4＝2，则|OH|＝＝．∴＝，解得k＝或k＝2．∴直线l的方程为x－2y＋5＝0或2x－y－5＝0．(变条件)直线l经过点P(2，－1)且被圆C：x2＋y2－6x－2y－15＝0所截得的弦长最短，求此时直线l的方程．[解]　圆的方程为(x－3)2＋(y－1)2＝25，圆心C(3，1)．因为|CP|＝＝＜5，所以点P在圆内．当CP⊥l时，弦长最短．又kCP＝＝2．所以kl＝－，所以直线l的方程为y＋1＝－(x－2)，即x＋2y＝0．直线与圆相交时弦长的2种求法(1)几何法：如图1，直线l与圆C交于A，B两点，设弦心距为d，圆的半径为r，弦长为|AB|，则有＋d2＝r2，则|AB|＝2．图1　　　　　　　　图2(2)代数法：如图2所示，将直线方程与圆的方程联立，设直线与圆的两交点分别是A(x1，y1)，B(x2，y2)，则|AB|＝＝|x1－x2|＝|y1－y2|(直线l的斜率k存在且不为0)．[跟进训练]3．直线x＋y－2＝0，截圆x2＋y2＝4所得的弦长是________．2　[圆心到直线x＋y－2＝0的距离d＝＝．所以弦长l＝2＝2＝2．]1．直线y＝x＋1与圆x2＋y2＝1的位置关系是(　　)A．相切　　　　　　 B．相交但直线不过圆心C．直线过圆心 D．相离B　[圆心到直线的距离d＝＝＜1．又∵直线y＝x＋1不过圆心(0，0)，∴直线与圆相交但不过圆心．]2．设直线l过点P(－2，0)，且与圆x2＋y2＝1相切，则l的斜率是(　　)A．±1　　　B．±　　C．±　　　D．±C　[设l：y＝k(x＋2)，即kx－y＋2k＝0．又l与圆相切，∴＝1．∴k＝±．]3．若圆C：(x－5)2＋(y＋1)2＝m(m＞0)上有且只有一点到直线4x＋3y－2＝0的距离为1，则实数m的值为(　　)A．4　　　　B．16　　C．4或16　　D．2或4A　[由题意知直线与圆相离，则有－＝1，解得m＝4，故选A．]4．直线x＋2y－5＋＝0被圆x2＋y2－2x－4y＝0截得的弦长为________．4　[圆的标准方程为(x－1)2＋(y－2)2＝5，圆心(1，2)到直线x＋2y－5＋＝0的距离d＝＝1，所以弦长为2＝4．]5．若直线x＋y－m＝0与圆x2＋y2＝2相离，则m的取值范围是________．(－∞，－2)∪(2，＋∞)　[因为直线x＋y－m＝0与圆x2＋y2＝2相离，所以＞，解得m＜－2或m＞2．]回顾本节知识，自我完成以下问题：1．如何正确选择判断直线与圆的位置关系的方法？[提示]　(1)若两方程已知或圆心到直线的距离易表达，则用几何法；(2)若方程中含有参数，或圆心到直线的距离的表达式较繁琐，则用代数法．(3)已知直线与圆相交求有关参数值时，根据弦心距、半弦长、半径的关系或者这三条线段形成的三角形的性质求解，而弦心距可利用点到直线的距离公式列式，进而求解即可．2．利用代数法判断直线与圆的位置关系时需要注意什么问题？[提示]　(1)代入消元过程中消x还是消y取决于直线方程的特点，尽量减少分类讨论，如若直线方程为x－ay＋1＝0，则应将其化为x＝ay－1，然后代入消x．(2)利用判别式判断方程是否有根时，应注意二次项系数是否为零，若二次项系数为零，则判别式无意义．