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    【同步练习】高中数学人教A版(2019)选修第一册--2.5.1直线与圆的位置关系 练习(含解析)

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    这是一份【同步练习】高中数学人教A版(2019)选修第一册--2.5.1直线与圆的位置关系 练习(含解析),共9页。试卷主要包含了选择题,填空题,解答题等内容,欢迎下载使用。

    人教A版(2019)选修一2.5.1直线与圆的位置关系
    (共20题)

    一、选择题(共11题)
    1. 方程 4−x2=kx−2+3 有两个不等实根,则 k 的取值范围为   
    A. 512,34 B. 512,34 C. −∞,512 D. 34,+∞

    2. 若直线 ax+by=1 与圆 C:x2+y2=1 相交,则点 Pa,b 与圆 C 的位置关系是   
    A.在圆内 B.在圆上 C.在圆外 D.以上都有可能

    3. 直线 2x−y+3=0 与圆 C:x2+y−12=5 的位置关系是   
    A.相交 B.相切 C.相离 D.不确定

    4. 已知圆 x2+y2−2x−8y+13=0 的圆心到直线 ax+y−1=0 的距离为 1,则 a 的值为   
    A. 3 B. −34 C. 2 D. −43

    5. 已知集合 A=x,yx2+y2=1,B=x,yy=x,则 A∩B 中元素的个数为   
    A. 3 B. 2 C. 1 D. 0

    6. 已知直线 x+y=mm>0 与圆 x2+y2=1 相交于 P,Q 两点,且 ∠POQ=120∘(其中 O 为原点),那么 m 的值是   
    A. 33 B. 22 C. 2 D. 3

    7. 已知直线 l:y=x+m 和圆 O:x2+y2=1,则“m=2”是“直线 l 与圆 O 相切”的   
    A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
    C.充要条件 D.既不充分也不必要条件

    8. 直线 ax−by=1 与圆 x2+y2−ax+by=0 的位置关系是   
    A.相交 B.相切 C.相离 D.不能确定

    9. 如果直线 y=−33x+m 与曲线 y=1−x2 有两个不同的公共点,那么实数 m 的取值范围是   
    A. 1,233 B. 33,233
    C. −33,233 D. −233,233

    10. 直线 l:y=kx+1 与圆 C:x2+y−12=4 的位置关系是   
    A.相切 B.相交 C.相离 D.不确定

    11. 已知实数 x,y 满足 x2+y2=4y≥0,则 m=3x+y 的取值范围是   
    A. −23,4 B. −23,4
    C. −4,4 D. −4,23

    二、填空题(共5题)
    12. 已知 ⊙O:x2+y2=1.若直线 y=kx+2 上总存在点 P,使得过点 P 的 ⊙O 的两条切线互相垂直,则实数 k 的取值范围是 .

    13. 若 mx≥4−x2+2m−3 恒成立,则实数 m 的取值范围为 .

    14. 已知圆 C 的圆心坐标是 0,m,若直线 2x−y+3=0 与圆 C 相切于点 A−2,−1,则圆 C 的标准方程为 .

    15. 赵州桥,是一座位于河北省石家庄市赵县城南洨河之上的石拱桥,因赵县古称赵州而得名.赵州桥始建于隋代,是世界上现存跨度最大、保存最完整的单孔石拱桥.小明家乡的一座桥是仿赵州桥建造的一座圆拱桥,该圆拱桥的水面跨度为 30 m,拱高 9 m,此拱桥所在圆的半径为 m;现有一船,宽 16 m,载货后宽度与船的宽度相同,若这条船能从桥下通过,则此船水面以上最高不能超过 m.

    16. 若方程 1−x2=x+b 有两个实数根,则实数 b 的取值范围是 .

    三、解答题(共4题)
    17. 已知圆 C1:x2+y2−2x−4y+m=0.
    (1) 求实数 m 的取值范围.
    (2) 若直线 l:x+2y−4=0 与圆 C 相交于 M,N 两点,且 OM⊥ON,求 m 的值.

    18. 已知圆 C:x−62+y2=20,直线 l:y=kx 与圆 C 交于不同的两点 A,B.
    (1) 求实数 k 的取值范围;
    (2) 若 OB=2OA,求直线 l 的方程.

    19. 已知圆 C:x−12+y−22=25,直线 l:2m+1x+m+1y−7m−4=0.
    (1) 证明:对任意实数 m,直线 l 恒过定点且与圆 C 交于两个不同点;
    (2) 求直线 l 被圆 C 截得的弦长最小时的方程.

    20. 已知内接于圆的四边形的对角线互相垂直,求证:圆心到一边的距离等于这条边所对边长的一半.
    答案
    一、选择题(共11题)
    1. 【答案】B

    2. 【答案】C
    【解析】直线与圆相交知圆心到直线距离 d=1a2+b21,
    则 Pa,b 到圆心距离 l=a2+b2>1=R.

    3. 【答案】A
    【解析】由题意,可得圆心 0,1 到直线 2x−y+3=0 的距离 d=∣0−1+3∣22+−12=255<5,
    所以直线与圆相交.

    4. 【答案】D
    【解析】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=a+4−1a2+1=1,
    解得:a=−43.

    5. 【答案】B

    6. 【答案】B
    【解析】 O 为圆 x2+y2=1 的圆心,所以易知 ∠OPQ=30∘,
    则圆心 O 到直线 x+y=mm>0 的距离等于 12,
    根据点到直线距离公式有 −m2=12,
    所以 m=22.

    7. 【答案】A
    【解析】因为圆 O:x2+y2=1,
    所以圆心 O0,0,半径 r=1,
    因为当 m=2 时,圆心 O 到直线 l 的距离 d=22=1,
    所以直线 l 与圆 O 相切,故“m=2”是“直线 l 与圆 O 相切”的充分条件;
    因为当直线 l 与圆 O 相切时,圆心 O 到直线 l 的距离 d=∣m∣2=1,解得 m=±2,
    所以“m=2”不是“直线 l 与圆 O 相切”的必要条件.
    故“m=2”是“直线 l 与圆 O 相切”的充分不必要条件.

    8. 【答案】D
    【解析】由圆的一般方程可得圆的圆心为 a2,−b2,半径 r=a2+b22,a2+b2=4r2,
    圆心到直线的距离得:d=a⋅a2−b⋅−b2−1a2+−b2=a2+b22−1a2+b2=r−12r,
    当 r=12 时,d=r 相切;
    当 0 当 r>12 时,d>r 相离.

    9. 【答案】B
    【解析】由 y=1−x2 可得 y≥0,x2+y2=1,
    则该曲线是以原点为圆心,以 1 为半径的 x 轴上方的半圆,如图,
    当直线与圆相切于点 C 时,满足 ∣m∣1+−332=1,解得 m=233,
    当直线与半圆相交于 A,B 两点时,把 A1,0 代入直线方程可得 m=33,
    由数形结合可得直线与曲线有两个不同的交点时,m 的取值范围为 33,233,
    故选B.


    10. 【答案】B
    【解析】圆 C:x2+y−12=4 的圆心,C0,1,半径 r=2,
    所以圆心 C 到直线 l:kx−y+1=0 的距离 d=−1+11+k2=0<2,
    所以直线与圆一定相交.

    11. 【答案】B
    【解析】由于 y≥0,所以 x2+y2=4y≥0 为上半圆.
    3x+y−m=0 是直线(如图),且斜率为 −3,
    在 y 轴上截距为 m,又当直线过点 −2,0 时,m=−23,
    设圆心 O 到直线 3x+y−m=0 的距离为 d,
    所以 m≥−23,d≤r, 即 m≥−23,−m2≤2,
    解得 m∈−23,4.


    二、填空题(共5题)
    12. 【答案】 (−∞,−1]∪[1,+∞)
    【解析】因为 ⊙O 的圆心为 0,0,半径 r=1,
    设两个切点分别为 A,B
    则由题意可得四边形 PAOB 为正方形,
    故有 ∣PO∣=2r=2,
    所以圆心 O 到直线 y=kx+2 的距离 d≤2,
    即 ∣2∣1+k2≤2,
    即 1+k2≥2,
    解得 k≥1 或 k≤−1.

    13. 【答案】 m≤512
    【解析】不等式 mx≥4−x2+2m−3 恒成立,
    等价于 mx−2+3≥4−x2 恒成立,
    令 fx=mx−2+3,gx=4−x2,
    则 fx 表示斜率为 m,过点 P2,3 的直线:gx 表示以 0,0 为圆心,以 2 为半径的半圆;
    画出两函数图象如下:
    根据几何意义,要满足 mx≥4−x2+2m−3 恒成立,必须使 m 不大于过点 P2,3 且与半圆相切的直线斜率,
    设过点 P2,3 且与半圆相切的直线斜率为 k ,
    则切线方程为:kx−y−2k+3=0 ,
    所以圆心到切线的距离为 d=∣−2k+3∣k2+1=2,解得:k=512.
    所以 m≤512.


    14. 【答案】 x2+(y+2)2=5

    15. 【答案】 17 ; 7
    【解析】如图,
    圆拱桥 AMB 所在圆的圆心为 O,水面跨度 AB=30 m,拱高 CM=9 m,
    设圆半径为 R m,则 152+R−92=R2,解得 R=17.
    船宽 EF=16 m,若这条船能从桥下通过,则此船水面以上最高高度为 NF,
    OC=17−9=8 m,则 8+NF2+82=172,解得 NF=7.


    16. 【答案】 [1,2)
    【解析】依题意知,直线 l:y=x+b 与曲线 C:y=1−x2 有两个公共点,如图所示,
    曲线 y=1−x2 是一个以原点为圆心,1 为半径的半圆,
    y=x+b 表示的图形是一条斜率为 1 的直线,
    当直线 l 与直线 AB 重合时,b=1;
    当直线 l 与半圆相切时,b=2,
    所以 b 的取值范围是 1,2.


    三、解答题(共4题)
    17. 【答案】
    (1) 由题设可知,
    由 x2+y2−2x−4y+m=0 表示圆,
    则利用圆的判定知:−22+−42−4m>0,
    解得 m<5.
    故实数 m 的取值范围为 −∞,5.
    (2) 由题知:m<5,
    则联立方程 x+2y−4=0,x2+y2−2x−4y+m=0, 消去 x 得,5y2−16y+m+8=0.
    易知 Δ=−162−20m+8>0,即 m<245.
    则设 Mx1,y1,Nx2,y2,
    则由根与系数的关系知:y1+y2=165,y1y2=m+85,
    x1x2=4−2y14−2y2=16−8y1+y2+4y1y2=16−8×165+4m+325=4m−165.
    由 OM⊥ON,即 OM⊥ON,即 x1x2+y1y2=0,
    则 m+85+4m−165=0,解得 m=85<245,
    故 m=85.

    18. 【答案】
    (1) 由题意可得,圆心 C6,0 到直线 l:y=kx 的距离小于半径 20,
    即 ∣6k−0∣k2+1<20,求得 −52 (2) 把直线 l:y=kx 代入圆 C:x−62+y2=20,
    化简可得 1+k2x2−12x+16=0,
    所以 x1+x2=121+k2,x1⋅x2=161+k2.
    若 OB=2OA,则 x2=2x1,
    则 x1=41+k2,x2=81+k2,
    所以则 x1⋅x2=41+k2⋅81+k2=161+k2,
    所以 k=±1,
    故直线 l:y=±x.

    19. 【答案】
    (1) 直线 l:2m+1x+m+1y−7m−4=0 可化为 m2x+y−7+x+y−4=0,
    由 2x+y−7=0,x+y−4=0, 解得 x=3,y=1,
    所以直线 l 恒过点 P3,1,而点 P3,1 在圆 C 内,
    所以对任意实数 m,直线 l 恒过点 P3,1 且与圆 C 交于两个不同点.
    (2) 由(1)得,直线 l 恒过圆 C 内的定点 P3,1,
    设过点 P 的弦长为 a,过圆心 C 向直线 l 作垂线,垂足为弦的中点 H,
    则 a22+∣CH∣2=25,弦长 a 最短,
    则 CH 最大,而 ∣CH∣≤∣CP∣,
    当且仅当 H 与 P 重合时取等号,
    此时弦所在的直线与 CP 垂直,即弦所在直线的斜率为 −1KCP=−3−11−2=2,
    又直线过点 P3,1,
    所以,当直线 l 被圆 C 截得的弦长最小时,弦所在的直线方程为 2x−y−5=0.

    20. 【答案】如图,分别以四边形 ABCD 互相垂直的对角线 CA,DB 所在直线为 x 轴,y 轴,建立平面直角坐标系.设 Aa,0,B0,b,Cc,0,D0,d.
    过四边形 ABCD 外接圆的圆心 Oʹ 分别作 AC,BD,AD 的垂线,垂足分别为 M,N,E,则 M,N,E 分别是线段 AC,BD,AD 的中点.由线段的中点坐标公式,
    得 xOʹ=xM=a+c2,yOʹ=yN=b+d2,xE=a2,yE=d2.
    所以 ∣OʹE∣=a2−a+c22+d2−b+d22=12c2+b2.
    又 ∣BC∣=c2+b2,所以 ∣OʹE∣=12∣BC∣.
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