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2020浙江高考数学二轮讲义:专题五第1讲 直线与圆
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第1讲 直线与圆
直线的方程
[核心提炼]
1.三种距离公式
(1)A(x1,y1),B(x2,y2)两点间的距离:
|AB|=.
(2)点到直线的距离:d=(其中点P(x0,y0),直线方程:Ax+By+C=0).
(3)两平行直线间的距离:d=(其中两平行线方程分别为l1:Ax+By+C1=0,l2:Ax+By+C2=0).
2.两条直线平行与垂直的判定
若两条不重合的直线l1,l2的斜率k1,k2存在,则l1∥l2⇔k1=k2,l1⊥l2⇔k1k2=-1.若给出的直线方程中存在字母系数,则要考虑斜率是否存在.
[典型例题]
(1)(2019·温州十五校联合体联考)已知直线l1:mx+(m+1)y+2=0,l2:(m+1)x+(m+4)y-3=0,则“m=-2”是“l1⊥l2”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
(2)(2019·浙江新高考冲刺卷)已知m∈R,若点M(x,y)为直线l1:my=-x和l2:mx=y+m-3的交点,l1和l2分别过定点A和B,则|MA|·|MB|的最大值为________.
【解析】 (1)当m=-2时,直线l1,l2的斜率分别为k1=-2,k2=,此时k1×k2=-1,则l1⊥l2.而m=-1时,也有l1⊥l2,故选A.
(2)动直线l1:my=-x过定点A(0,0),
动直线l2:mx=y+m-3化为m(x-1)-(y-3)=0,得x=1,y=3.过定点B(1,3).
因为此两条直线互相垂直,
所以|MA|2+|BM|2=|AB|2=10,
所以10≥2|MA|·|MB|,所以|MA|·|BM|≤5,
当且仅当|MA|=|MB|时取等号.
【答案】 (1)A (2)5
解决直线方程问题应注意的问题
(1)求解两条直线平行的问题时,在利用A1B2-A2B1=0建立方程求出参数的值后,要注意代入检验,排除两条直线重合的可能性.
(2)要注意几种直线方程的局限性.点斜式、斜截式要求直线不能与x轴垂直.两点式不能表示垂直于坐标轴的直线,而截距式方程不能表示过原点的直线及垂直于坐标轴的直线.
(3)求直线方程要考虑直线斜率是否存在.
[对点训练]
1.若两平行直线l1:x-2y+m=0(m>0)与l2:2x+ny-6=0之间的距离是,则m+n=( )
A.0 B.1 C.-2 D.-1
解析:选C.因为l1,l2平行,所以1×n=2×(-2),解得n=-4,即直线l2:x-2y-3=0.又l1,l2之间的距离是,所以=,得m=2或m=-8(舍去),所以m+n=-2,故选C.
2.(2019·金丽衢十二校高考模拟)直线l:x+λy+2-3λ=0(λ∈R)恒过定点________,P(1,1)到该直线的距离最大值为________.
解析:直线l:x+λy+2-3λ=0(λ∈R)即λ(y-3)+x+2=0,令,解得x=-2,y=3.
所以直线l恒过定点Q(-2,3),
P(1,1)到该直线的距离最大值为|PQ|==.
答案:(-2,3)
3.在△ABC中,A(1,1),B(m,)(1
解析:由两点间距离公式可得|AC|=,直线AC的方程为x-3y+2=0,所以点B到直线AC的距离d=,所以△ABC的面积S=|AC|·d=|m-3+2|=|-|,又1
答案:
圆的方程及应用
[核心提炼]
1.圆的标准方程
当圆心为(a,b),半径为r时,其标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,特别地,当圆心在原点时,方程为x2+y2=r2.
2.圆的一般方程
x2+y2+Dx+Ey+F=0,其中D2+E2-4F>0,表示以为圆心,为半径的圆.
[典型例题]
(1)已知a∈R,方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圆,则圆心坐标是__________,半径是__________.
(2)已知圆C的圆心在x轴的正半轴上,点M(0,)在圆C上,且圆心到直线2x-y=0的距离为,则圆C的方程为________.
【解析】 (1)由题可得a2=a+2,解得a=-1或a=2.当a=-1时,方程为x2+y2+4x+8y-5=0,表示圆,故圆心为(-2,-4),半径为5.当a=2时,方程不表示圆.
(2)设圆心为(a,0)(a>0),则圆心到直线2x-y=0的距离d==,得a=2,半径r==3,所以圆C的方程为(x-2)2+y2=9.
【答案】 (1)(-2,-4) 5
(2)(x-2)2+y2=9
求圆的方程的两种方法
(1)直接法:利用圆的性质、直线与圆、圆与圆的位置关系,数形结合直接求出圆心坐标、半径,进而求出圆的方程.
(2)待定系数法:先设出圆的方程,再由条件构建系数满足的方程(组)求得各系数,进而求出圆的方程.
[对点训练]
1.圆心在曲线y=(x>0)上,且与直线2x+y+1=0相切的面积最小的圆的方程为( )
A.(x-1)2+(y-2)2=5
B.(x-2)2+(y-1)2=5
C.(x-1)2+(y-2)2=25
D.(x-2)2+(y-1)2=25
解析:选A.y′=′=-,令-=-2,得x=1,得平行于直线2x+y+1=0的曲线y=(x>0)的切线的切点的横坐标为1,代入曲线方程得切点坐标为(1,2),以该点为圆心且与直线2x+y+1=0相切的圆的面积最小,此时圆的半径为=,故所求圆的方程为(x-1)2+(y-2)2=5.
2.过三点A(1,3),B(4,2),C(1,-7)的圆交y轴于M,N两点,则|MN|=( )
A.2 B.8
C.4 D.10
解析:选C.设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则解得
所以圆的方程为x2+y2-2x+4y-20=0.
令x=0,得y=-2+2或y=-2-2,
所以M(0,-2+2),N(0,-2-2)或M(0,-2-2),N(0,-2+2),所以|MN|=4.
3.(2019·宁波镇海中学高考模拟)已知圆C:x2+y2-2x-4y+1=0上存在两点关于直线l:x+my+1=0对称,经过点M(m,m)作圆C的切线,切点为P,则m=________; |MP|=________.
解析:因为圆C:x2+y2-2x-4y+1=0上存在两点关于直线l:x+my+1=0对称,
所以直线l:x+my+1=0过圆心C(1,2),
所以1+2m+1=0.解得m=-1.
圆C:x2+y2-2x-4y+1=0,可化为(x-1)2+(y-2)2=4,圆心(1,2),半径r=2,
因为经过点M(m,m)作圆C的切线,切点为P,
所以|MP|==3.
答案:-1 3
直线与圆、圆与圆的位置关系
[核心提炼]
1.直线与圆的位置关系的判定
(1)几何法:把圆心到直线的距离d和半径r的大小加以比较:d<r⇔相交;d=r⇔相切;d>r⇔相离.
(2)代数法:将圆的方程和直线的方程联立起来组成方程组,利用判别式Δ来讨论位置关系:Δ>0⇔相交;Δ=0⇔相切;Δ<0⇔相离.
2.圆与圆的位置关系的判定
(1)d>r1+r2⇔两圆外离;
(2)d=r1+r2⇔两圆外切;
(3)|r1-r2|<d<r1+r2⇔两圆相交;
(4)d=|r1-r2|(r1≠r2)⇔两圆内切;
(5)0≤d<|r1-r2|(r1≠r2)⇔两圆内含.
[典型例题]
(1)已知圆M:x2+y2-2ay=0(a>0)截直线x+y=0所得线段的长度是2,则圆M与圆N:(x-1)2+(y-1)2=1的位置关系是( )
A.内切 B.相交
C.外切 D.相离
(2)已知点P(x,y)是直线kx+y+4=0(k>0)上一动点,PA,PB是圆C:x2+y2-2y=0的两条切线,A,B是切点,若四边形PACB的最小面积是2,则k的值为( )
A.3 B.
C.2 D.2
【解析】 (1)由题知圆M:x2+(y-a)2=a2,圆心(0,a)到直线x+y=0的距离d=,所以2 =2,解得a=2.圆M,圆N的圆心距|MN|=,两圆半径之差为1,故两圆相交.
(2)如图,把圆的方程化成标准形式得x2+(y-1)2=1,
所以圆心为(0,1),半径为r=1,四边形PACB的面积S=2S△PBC,
所以若四边形PACB的最小面积是2,
则S△PBC的最小值为1.
而S△PBC=r·|PB|,即|PB|的最小值为2,
此时|PC|最小,|PC|为圆心到直线kx+y+4=0的距离d,
此时d===,
即k2=4,
因为k>0,所以k=2.
【答案】 (1)B (2)D
解决直线与圆、圆与圆位置关系的方法
(1)讨论直线与圆及圆与圆的位置关系时,要注意数形结合,充分利用圆的几何性质寻找解题途径,减少运算量.
(2)圆上的点与圆外点的距离的最值问题,可以转化为圆心到点的距离问题;圆上的点与直线上点的距离的最值问题,可以转化为圆心到直线的距离问题;圆上的点与另一圆上点的距离的最值问题,可以转化为圆心到圆心的距离问题.
[对点训练]
1.(2019·高考浙江卷)已知圆C的圆心坐标是(0,m),半径长是r.若直线2x-y+3=0与圆C相切于点A(-2,-1),则m=________,r=________.
解析:法一:设过点A(-2,-1)且与直线2x-y+3=0垂直的直线方程为l:x+2y+t=0,所以-2-2+t=0,所以t=4,所以l:x+2y+4=0.令x=0,得m=-2,则r==.
法二:因为直线2x-y+3=0与以点(0,m)为圆心的圆相切,且切点为A(-2,-1),所以×2=-1,所以m=-2,r==.
答案:-2
2.(2019·绍兴柯桥区高三下学期考试)已知圆O1和圆O2都经过点A(0,1),若两圆与直线4x-3y+5=0及y+1=0均相切,则|O1O2|=________.
解析:如图,因为原点O到直线4x-3y+5=0的距离d==1,到直线y=-1的距离为1,且到(0,1)的距离为1,
所以圆O1和圆O2的一个圆心为原点O,不妨看作是圆O1,
设O2(a,b),则由题意:
,解得.
所以|O1O2|==.
答案:
直线、圆与其他知识的交汇问题
[核心提炼]
高考对直线和圆的考查重在基础,多以选择题、填空题形式出现,将直线和圆与函数、不等式、平面向量、数列及圆锥曲线、概率等知识交汇,体现命题创新.
[典型例题]
(1)在平面直角坐标系xOy中,A(-12,0),B(0,6),点P在圆O:x2+y2=50上.若·≤20,则点P的横坐标的取值范围是________.
(2)(2019·广东省五校协作体第一次诊断考试)两圆x2+y2+2ax+a2-4=0和x2+y2-4by-1+4b2=0恰有三条公切线,若a∈R,b∈R且ab≠0,则+的最小值为________.
【解析】 (1)设P(x,y),则由·≤20可得,
(-12-x)(-x)+(-y)(6-y)≤20,
即(x+6)2+(y-3)2≤65,
所以P为圆(x+6)2+(y-3)2=65上或其内部一点.
又点P在圆x2+y2=50上,
联立得
解得或
即P为圆x2+y2=50的劣弧MN上的一点(如图).
易知-5≤x≤1.
(2)两圆x2+y2+2ax+a2-4=0和x2+y2-4by-1+4b2=0配方得,(x+a)2+y2=4,x2+(y-2b)2=1,依题意得两圆相外切,故=1+2=3,即a2+4b2=9,+=(+)(+)=+++≥+2=1,当且仅当=,即a2=2b2时等号成立,故+的最小值为1.
【答案】 (1)[-5,1] (2)1
对于这类问题的求解,首先要注意理解直线和圆等基础知识及它们之间的深入联系,其次要对问题的条件进行全方位的审视,特别是题中各个条件之间的相互关系及隐含条件的挖掘,再次要掌握解决问题常用的思想方法,如数形结合、化归与转化等思想方法.
[对点训练]
1.(2019·浙江新高考冲刺卷)如图,直线x+2y=a与圆x2+y2=1相交于不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),O为坐标原点,若·=a,则实数a的值为( )
A. B.
C. D.
解析:选A.·=cos∠AOB=a,
所以AB==,
所以O到直线AB的距离d=,
又d=,所以 =,
解得a=或a=>1(舍).
2.已知圆C:(x-a)2+(y-b)2=1,设平面区域Ω:若圆心C∈Ω,且圆C与x轴相切,则a2+b2的最大值为________.
解析:作出可行域,如图,由题意知,圆心为C(a,b),半径r=1,且圆C与x轴相切,所以b=1.而直线y=1与可行域边界的交点为A(6,1),
B(-2,1),目标函数z=a2+b2表示点C到原点距离的平方,所以当点C与点A重合时,z取到最大值,zmax=37.
答案:37
专题强化训练
1.(2019·杭州二中月考)已知直线3x-y+1=0的倾斜角为α,则sin 2α+cos2α=( )
A. B.- C. D.-
解析:选A.由题设知k=tan α=3,于是sin 2α+cos2α====.
2.(2019·义乌二模)在平面直角坐标系内,过定点P的直线l:ax+y-1=0与过定点Q的直线m:x-ay+3=0相交于点M,则|MP|2+|MQ|2=( )
A. B.
C.5 D.10
解析:选D.由题意知P(0,1),Q(-3,0),因为过定点P的直线ax+y-1=0与过定点Q的直线x-ay+3=0垂直,所以MP⊥MQ,所以|MP|2+|MQ|2=|PQ|2=9+1=10,故选D.
3.(2019·杭州七市联考)已知圆C:(x-1)2+y2=r2(r>0).设条件p:0<r<3,条件q:圆C上至多有2个点到直线x-y+3=0的距离为1,则p是q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
解析:选C.圆C:(x-1)2+y2=r2(r>0),圆心(1,0)到直线x-y+3=0的距离d==2.由条件q:圆C上至多有2个点到直线x-y+3=0的距离为1,可得0<r<3.则p是q的充要条件.故选C.
4.在平面直角坐标系xOy中,设直线l:y=kx+1与圆C:x2+y2=4相交于A,B两点,以OA,OB为邻边作平行四边形OAMB,若点M在圆C上,则实数k等于( )
A.1 B.2
C.-1 D.0
解析:选D.由题意知圆心到直线l的距离等于r=1(r为圆C的半径),所以=1,解得k=0.
5.(2019·兰州市诊断考试)已知圆C:(x-)2+(y-1)2=1和两点A(-t,0),B(t,0)(t>0),若圆C上存在点P,使得∠APB=90°,则t的取值范围是( )
A.(0,2] B.[1,2]
C.[2,3] D.[1,3]
解析:选D.依题意,设点P(+cos θ,1+sin θ),因为∠APB=90°,所以·=0,所以(+cos θ+t)(+cos θ-t)+(1+sin θ)2=0,得t2=5+2cos θ+2sin θ=5+4sin(θ+),因为sin(θ+)∈[-1,1],所以t2∈[1,9],因为t>0,所以t∈[1,3].
6.圆C:x2+y2+Dx+Ey-3=0(D<0,E为整数)的圆心C到直线4x-3y+3=0的距离为1,且圆C被截x轴所得的弦长|MN|=4,则E的值为( )
A.-4 B.4 C.-8 D.8
解析:选C.圆心C.
由题意得=1,
即|4D-3E-6|=10,①
在圆C:x2+y2+Dx+Ey-3=0中,令y=0得x2+Dx-3=0.
设M(x1,0),N(x2,0),则x1+x2=-D,x1x2=-3.
由|MN|=4得|x1-x2|=4,
即(x1+x2)2-4x1x2=16,
(-D)2-4×(-3)=16.
由D<0,所以D=-2.
将D=-2代入①得|3E+14|=10,
所以E=-8或E=-(舍去).
7.动点A与两个定点B(-1,0),C(5,0)的距离之比为,则△ABC面积的最大值为( )
A.3 B.6 C.9 D.12
解析:选D.设A点坐标为(x,y).
因为=,
所以2=,
化简得x2+y2+6x-7=0,
即(x+3)2+y2=16.
所以A的轨迹表示以(-3,0)为圆心,半径为4的圆.
所以△ABC面积的最大值为
Smax=|BC|·r=×6×4=12.
8.(2019·浙江省名校联盟质量检测)已知点P的坐标(x,y)满足过点P的直线l与圆C:x2+y2=14相交于A、B两点,则|AB|的最小值是( )
A.2 B.4 C. D.2
解析:选B.根据约束条件画出可行域,如图中阴影部分所示,设点P到圆心的距离为d,求|AB|的最小值等价于求d的最大值,
易知dmax==,
此时|AB|min=2=4,
故选B.
9.过点M的直线l与圆C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,C为圆心,当∠ACB最小时,直线l的方程为________.
解析:易知当CM⊥AB时,∠ACB最小,直线CM的斜率为kCM==-2,从而直线l的斜率为kl==,其方程为y-1=.即2x-4y+3=0.
答案:2x-4y+3=0
10.已知圆C1:x2+y2-2mx+4y+m2-5=0与圆C2:x2+y2+2x-2my+m2-3=0,若圆C1与圆C2相外切,则实数m=________.
解析:对于圆C1与圆C2的方程,配方得圆C1:(x-m)2+(y+2)2=9,圆C2:(x+1)2+(y-m)2=4,则圆C1的圆心C1(m,-2),半径r1=3,圆C2的圆心C2(-1,m),半径r2=2.如果圆C1与圆C2相外切,那么有|C1C2|=r1+r2,即=5,则m2+3m-10=0,解得m=-5或m=2,所以当m=-5或m=2时,圆C1与圆C2相外切.
答案:-5或2
11.已知圆C:(x-1)2+(y-2)2=2,若等边△PAB的一边AB为圆C的一条弦,则|PC|的最大值为________.
解析:已知圆C:(x-1)2+(y-2)2=2,所以圆心为C(1,2),半径r=,若等边△PAB的一边AB为圆C的一条弦,则PC⊥AB.在△PAC中,∠APC=30°,由正弦定理得=,所以|PC|=2sin∠PAC≤2,故|PC|的最大值为2.
答案:2
12.(2019·台州调研)已知动圆C过A(4,0),B(0,-2)两点,过点M(1,-2)的直线交圆C于E,F两点,当圆C的面积最小时,|EF|的最小值为________.
解析:依题意得,动圆C的半径不小于|AB|=,即当圆C的面积最小时,AB是圆C的一条直径,此时点C是线段AB的中点,即点C(2,-1),又点M的坐标为(1,-2),且|CM|==<,所以点M位于圆C内,点M为线段EF的中点(过定圆内一定点作圆的弦,最短的弦是以该定点为中点的弦)时,|EF|最小,其最小值为2=2.
答案:2
13.(2019·宁波市余姚中学期中检测)设直线系M:xcos θ+(y-2)sin θ=1(0≤θ≤2π),对于下列四个命题:
①M中所有直线均经过一个定点;
②存在定点P不在M中的任一条直线上;
③对于任意整数n(n≥3),存在正n边形,其所有边均在M中的直线上;
④M中的直线所能围成的正三角形面积都相等.
其中真命题的代号是________(写出所有真命题的代号).
解析:因为点(0,2)到直线系M:xcos θ+(y-2)·sin θ=1(0≤θ≤2π)中每条直线的距离d==1,直线系M:xcos θ+(y-2)·sin θ=1(0≤θ≤2π)表示圆x2+(y-2)2=1的切线的集合,
①由于直线系表示圆x2+(y-2)2=1的所有切线的集合,其中存在两条切线平行,M中所有直线均经过一个定点不可能,故①不正确;
②存在定点P不在M中的任一条直线上,观察知点(0,2)即符合条件,故②正确;
③由于圆的所有外切正多边形的边都是圆的切线,所以对于任意整数n(n≥3),存在正n边形,其所有边均在M中的直线上,故③正确;
④如图,M中的直线所能围成的正三角形有两类,
其一是如△ABB′型,是圆的外切三角形,此类面积都相等,另一类是在圆同一侧,如△BDC型,此一类面积相等,但两类之间面积不等,所以M中的直线所能围成的正三角形面积大小不一定相等,故④不正确.
答案:②③
14.(2019·南京一模)如图,在平面直角坐标系中,分别在x轴与直线y=(x+1)上从左向右依次取点Ak,Bk(k=1,2,…,其中A1是坐标原点),使△AkBkAk+1都是等边三角形,则△A10B10A11的边长是________.
解析:直线y=(x+1)的倾斜角为30°,与x轴的交点为P(-1,0),又△A1B1A2是等边三角形,所以∠PB1A2=90°,所以等边△A1B1A2的边长为1,且A2B1∥A3B2∥…∥A10B9,A2B1与直线y=(x+1)垂直,故△A2B1B2,△A3B2B3,△A4B3B4,…,△A10B9B10均为直角三角形,且依次得到A2B2=2,A3B3=4,A4B4=8,A5B5=16,A6B6=32,A7B7=64,A8B8=128,A9B9=256,A10B10=512,故△A10B10A11的边长是512.
答案:512
15.在直角坐标系xOy中,曲线y=x2+mx-2与x轴交于A,B两点,点C的坐标为(0,1),当m变化时,解答下列问题:
(1)能否出现AC⊥BC的情况?说明理由;
(2)证明过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.
解:(1)不能出现AC⊥BC的情况,理由如下:
设A(x1,0),B(x2,0),则x1,x2满足x2+mx-2=0,
所以x1x2=-2.
又C的坐标为(0,1),故AC的斜率与BC的斜率之积为·=-,所以不能出现AC⊥BC的情况.
(2)证明:BC的中点坐标为(,),可得BC的中垂线方程为y-=x2(x-).
由(1)可得x1+x2=-m,所以AB的中垂线方程为x=-.
联立又x+mx2-2=0,可得
所以过A,B,C三点的圆的圆心坐标为(-,-),半径r=.
故圆在y轴上截得的弦长为2=3,即过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.
16.已知圆C:x2+y2+2x-4y+3=0.
(1)若圆C的切线在x轴和y轴上的截距相等,求此切线的方程;
(2)从圆C外一点P(x1,y1)向该圆引一条切线,切点为M,O为坐标原点,且有|PM|=|PO|,求使|PM|取得最小值时点P的坐标.
解:(1)圆C的标准方程为(x+1)2+(y-2)2=2.
①当此切线在两坐标轴上的截距为零时,设此切线方程为y=kx,
由=,得k=2±;
所以此切线方程为y=(2±)x.
②当此切线在两坐标轴上的截距不为零时,设此切线方程为x+y-a=0,由=,得|a-1|=2,即a=-1或a=3.
所以此切线方程为x+y+1=0或x+y-3=0.
综上,此切线方程为y=(2+)x或y=(2-)x或x+y+1=0或x+y-3=0.
(2)由|PO|=|PM|,得|PO|2=|PM|2=|PC|2-|CM|2,
即x+y=(x1+1)2+(y1-2)2-2,整理得2x1-4y1+3=0,即点P在直线l:2x-4y+3=0上,
当|PM|取最小值时,|PO|取最小值,
此时直线PO⊥l,所以直线PO的方程为2x+y=0.
解方程组,得,
故使|PM|取得最小值时,点P的坐标为.
17.(2019·杭州市高三期末考试)如图,P是直线x=4上一动点,以P为圆心的圆Γ经定点B(1,0),直线l是圆Γ在点B处的切线,过A(-1,0)作圆Γ的两条切线分别与l交于E,F两点.
(1)求证:|EA|+|EB|为定值;
(2)设直线l交直线x=4于点Q,证明:|EB|·|FQ|=|BF|·|EQ|.
证明:(1)设AE切圆于M,直线x=4与x轴的交点为N,
则EM=EB,
所以|EA|+|EB|=|AM|===
=4为定值.
(2)同理|FA|+|FB|=4,
所以E,F均在椭圆+=1上,
设直线EF的方程为x=my+1(m≠0),令x=4,yQ=,
直线与椭圆方程联立得(3m2+4)y2+6my-9=0,
设E(x1,y1),F(x2,y2),则y1+y2=
-,y1y2=-.
因为E,B,F,Q在同一条直线上,
所以|EB|·|FQ|=|BF|·|EQ|等价于-y1·+y1y2=y2·-y1y2,
所以2y1y2=(y1+y2)·,
代入y1+y2=-,y1y2=-成立,
所以|EB|·|FQ|=|BF|·|EQ|.
18.(2019·金华十校联考)已知直线l:4x+3y+10=0,半径为2的圆C与l相切,圆心C在x轴上且在直线l的右上方.
(1)求圆C的方程;
(2)过点M(1,0)的直线与圆C交于A,B两点(A在x轴上方),问在x轴正半轴上是否存在定点N,使得x轴平分∠ANB?若存在,请求出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)设圆心C(a,0),
则=2⇒a=0或a=-5(舍).
所以圆C:x2+y2=4.
(2)存在.当直线AB⊥x轴时,x轴平分∠ANB.
当直线AB的斜率存在时,
设直线AB的方程为y=k(x-1),N(t,0),
A(x1,y1),B(x2,y2),
由得(k2+1)x2-2k2x+k2-4=0,
所以x1+x2=,x1x2=.
若x轴平分∠ANB,则kAN=-kBN⇒+=0⇒+=0⇒2x1x2-(t+1)(x1+x2)+2t=0⇒-+2t=0⇒t=4,
所以当点N为(4,0)时,x轴平分∠ANB.
第1讲 直线与圆
直线的方程
[核心提炼]
1.三种距离公式
(1)A(x1,y1),B(x2,y2)两点间的距离:
|AB|=.
(2)点到直线的距离:d=(其中点P(x0,y0),直线方程:Ax+By+C=0).
(3)两平行直线间的距离:d=(其中两平行线方程分别为l1:Ax+By+C1=0,l2:Ax+By+C2=0).
2.两条直线平行与垂直的判定
若两条不重合的直线l1,l2的斜率k1,k2存在,则l1∥l2⇔k1=k2,l1⊥l2⇔k1k2=-1.若给出的直线方程中存在字母系数,则要考虑斜率是否存在.
[典型例题]
(1)(2019·温州十五校联合体联考)已知直线l1:mx+(m+1)y+2=0,l2:(m+1)x+(m+4)y-3=0,则“m=-2”是“l1⊥l2”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
(2)(2019·浙江新高考冲刺卷)已知m∈R,若点M(x,y)为直线l1:my=-x和l2:mx=y+m-3的交点,l1和l2分别过定点A和B,则|MA|·|MB|的最大值为________.
【解析】 (1)当m=-2时,直线l1,l2的斜率分别为k1=-2,k2=,此时k1×k2=-1,则l1⊥l2.而m=-1时,也有l1⊥l2,故选A.
(2)动直线l1:my=-x过定点A(0,0),
动直线l2:mx=y+m-3化为m(x-1)-(y-3)=0,得x=1,y=3.过定点B(1,3).
因为此两条直线互相垂直,
所以|MA|2+|BM|2=|AB|2=10,
所以10≥2|MA|·|MB|,所以|MA|·|BM|≤5,
当且仅当|MA|=|MB|时取等号.
【答案】 (1)A (2)5
解决直线方程问题应注意的问题
(1)求解两条直线平行的问题时,在利用A1B2-A2B1=0建立方程求出参数的值后,要注意代入检验,排除两条直线重合的可能性.
(2)要注意几种直线方程的局限性.点斜式、斜截式要求直线不能与x轴垂直.两点式不能表示垂直于坐标轴的直线,而截距式方程不能表示过原点的直线及垂直于坐标轴的直线.
(3)求直线方程要考虑直线斜率是否存在.
[对点训练]
1.若两平行直线l1:x-2y+m=0(m>0)与l2:2x+ny-6=0之间的距离是,则m+n=( )
A.0 B.1 C.-2 D.-1
解析:选C.因为l1,l2平行,所以1×n=2×(-2),解得n=-4,即直线l2:x-2y-3=0.又l1,l2之间的距离是,所以=,得m=2或m=-8(舍去),所以m+n=-2,故选C.
2.(2019·金丽衢十二校高考模拟)直线l:x+λy+2-3λ=0(λ∈R)恒过定点________,P(1,1)到该直线的距离最大值为________.
解析:直线l:x+λy+2-3λ=0(λ∈R)即λ(y-3)+x+2=0,令,解得x=-2,y=3.
所以直线l恒过定点Q(-2,3),
P(1,1)到该直线的距离最大值为|PQ|==.
答案:(-2,3)
3.在△ABC中,A(1,1),B(m,)(1
圆的方程及应用
[核心提炼]
1.圆的标准方程
当圆心为(a,b),半径为r时,其标准方程为(x-a)2+(y-b)2=r2,特别地,当圆心在原点时,方程为x2+y2=r2.
2.圆的一般方程
x2+y2+Dx+Ey+F=0,其中D2+E2-4F>0,表示以为圆心,为半径的圆.
[典型例题]
(1)已知a∈R,方程a2x2+(a+2)y2+4x+8y+5a=0表示圆,则圆心坐标是__________,半径是__________.
(2)已知圆C的圆心在x轴的正半轴上,点M(0,)在圆C上,且圆心到直线2x-y=0的距离为,则圆C的方程为________.
【解析】 (1)由题可得a2=a+2,解得a=-1或a=2.当a=-1时,方程为x2+y2+4x+8y-5=0,表示圆,故圆心为(-2,-4),半径为5.当a=2时,方程不表示圆.
(2)设圆心为(a,0)(a>0),则圆心到直线2x-y=0的距离d==,得a=2,半径r==3,所以圆C的方程为(x-2)2+y2=9.
【答案】 (1)(-2,-4) 5
(2)(x-2)2+y2=9
求圆的方程的两种方法
(1)直接法:利用圆的性质、直线与圆、圆与圆的位置关系,数形结合直接求出圆心坐标、半径,进而求出圆的方程.
(2)待定系数法:先设出圆的方程,再由条件构建系数满足的方程(组)求得各系数,进而求出圆的方程.
[对点训练]
1.圆心在曲线y=(x>0)上,且与直线2x+y+1=0相切的面积最小的圆的方程为( )
A.(x-1)2+(y-2)2=5
B.(x-2)2+(y-1)2=5
C.(x-1)2+(y-2)2=25
D.(x-2)2+(y-1)2=25
解析:选A.y′=′=-,令-=-2,得x=1,得平行于直线2x+y+1=0的曲线y=(x>0)的切线的切点的横坐标为1,代入曲线方程得切点坐标为(1,2),以该点为圆心且与直线2x+y+1=0相切的圆的面积最小,此时圆的半径为=,故所求圆的方程为(x-1)2+(y-2)2=5.
2.过三点A(1,3),B(4,2),C(1,-7)的圆交y轴于M,N两点,则|MN|=( )
A.2 B.8
C.4 D.10
解析:选C.设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,
则解得
所以圆的方程为x2+y2-2x+4y-20=0.
令x=0,得y=-2+2或y=-2-2,
所以M(0,-2+2),N(0,-2-2)或M(0,-2-2),N(0,-2+2),所以|MN|=4.
3.(2019·宁波镇海中学高考模拟)已知圆C:x2+y2-2x-4y+1=0上存在两点关于直线l:x+my+1=0对称,经过点M(m,m)作圆C的切线,切点为P,则m=________; |MP|=________.
解析:因为圆C:x2+y2-2x-4y+1=0上存在两点关于直线l:x+my+1=0对称,
所以直线l:x+my+1=0过圆心C(1,2),
所以1+2m+1=0.解得m=-1.
圆C:x2+y2-2x-4y+1=0,可化为(x-1)2+(y-2)2=4,圆心(1,2),半径r=2,
因为经过点M(m,m)作圆C的切线,切点为P,
所以|MP|==3.
答案:-1 3
直线与圆、圆与圆的位置关系
[核心提炼]
1.直线与圆的位置关系的判定
(1)几何法:把圆心到直线的距离d和半径r的大小加以比较:d<r⇔相交;d=r⇔相切;d>r⇔相离.
(2)代数法:将圆的方程和直线的方程联立起来组成方程组,利用判别式Δ来讨论位置关系:Δ>0⇔相交;Δ=0⇔相切;Δ<0⇔相离.
2.圆与圆的位置关系的判定
(1)d>r1+r2⇔两圆外离;
(2)d=r1+r2⇔两圆外切;
(3)|r1-r2|<d<r1+r2⇔两圆相交;
(4)d=|r1-r2|(r1≠r2)⇔两圆内切;
(5)0≤d<|r1-r2|(r1≠r2)⇔两圆内含.
[典型例题]
(1)已知圆M:x2+y2-2ay=0(a>0)截直线x+y=0所得线段的长度是2,则圆M与圆N:(x-1)2+(y-1)2=1的位置关系是( )
A.内切 B.相交
C.外切 D.相离
(2)已知点P(x,y)是直线kx+y+4=0(k>0)上一动点,PA,PB是圆C:x2+y2-2y=0的两条切线,A,B是切点,若四边形PACB的最小面积是2,则k的值为( )
A.3 B.
C.2 D.2
【解析】 (1)由题知圆M:x2+(y-a)2=a2,圆心(0,a)到直线x+y=0的距离d=,所以2 =2,解得a=2.圆M,圆N的圆心距|MN|=,两圆半径之差为1,故两圆相交.
(2)如图,把圆的方程化成标准形式得x2+(y-1)2=1,
所以圆心为(0,1),半径为r=1,四边形PACB的面积S=2S△PBC,
所以若四边形PACB的最小面积是2,
则S△PBC的最小值为1.
而S△PBC=r·|PB|,即|PB|的最小值为2,
此时|PC|最小,|PC|为圆心到直线kx+y+4=0的距离d,
此时d===,
即k2=4,
因为k>0,所以k=2.
【答案】 (1)B (2)D
解决直线与圆、圆与圆位置关系的方法
(1)讨论直线与圆及圆与圆的位置关系时,要注意数形结合,充分利用圆的几何性质寻找解题途径,减少运算量.
(2)圆上的点与圆外点的距离的最值问题,可以转化为圆心到点的距离问题;圆上的点与直线上点的距离的最值问题,可以转化为圆心到直线的距离问题;圆上的点与另一圆上点的距离的最值问题,可以转化为圆心到圆心的距离问题.
[对点训练]
1.(2019·高考浙江卷)已知圆C的圆心坐标是(0,m),半径长是r.若直线2x-y+3=0与圆C相切于点A(-2,-1),则m=________,r=________.
解析:法一:设过点A(-2,-1)且与直线2x-y+3=0垂直的直线方程为l:x+2y+t=0,所以-2-2+t=0,所以t=4,所以l:x+2y+4=0.令x=0,得m=-2,则r==.
法二:因为直线2x-y+3=0与以点(0,m)为圆心的圆相切,且切点为A(-2,-1),所以×2=-1,所以m=-2,r==.
答案:-2
2.(2019·绍兴柯桥区高三下学期考试)已知圆O1和圆O2都经过点A(0,1),若两圆与直线4x-3y+5=0及y+1=0均相切,则|O1O2|=________.
解析:如图,因为原点O到直线4x-3y+5=0的距离d==1,到直线y=-1的距离为1,且到(0,1)的距离为1,
所以圆O1和圆O2的一个圆心为原点O,不妨看作是圆O1,
设O2(a,b),则由题意:
,解得.
所以|O1O2|==.
答案:
直线、圆与其他知识的交汇问题
[核心提炼]
高考对直线和圆的考查重在基础,多以选择题、填空题形式出现,将直线和圆与函数、不等式、平面向量、数列及圆锥曲线、概率等知识交汇,体现命题创新.
[典型例题]
(1)在平面直角坐标系xOy中,A(-12,0),B(0,6),点P在圆O:x2+y2=50上.若·≤20,则点P的横坐标的取值范围是________.
(2)(2019·广东省五校协作体第一次诊断考试)两圆x2+y2+2ax+a2-4=0和x2+y2-4by-1+4b2=0恰有三条公切线,若a∈R,b∈R且ab≠0,则+的最小值为________.
【解析】 (1)设P(x,y),则由·≤20可得,
(-12-x)(-x)+(-y)(6-y)≤20,
即(x+6)2+(y-3)2≤65,
所以P为圆(x+6)2+(y-3)2=65上或其内部一点.
又点P在圆x2+y2=50上,
联立得
解得或
即P为圆x2+y2=50的劣弧MN上的一点(如图).
易知-5≤x≤1.
(2)两圆x2+y2+2ax+a2-4=0和x2+y2-4by-1+4b2=0配方得,(x+a)2+y2=4,x2+(y-2b)2=1,依题意得两圆相外切,故=1+2=3,即a2+4b2=9,+=(+)(+)=+++≥+2=1,当且仅当=,即a2=2b2时等号成立,故+的最小值为1.
【答案】 (1)[-5,1] (2)1
对于这类问题的求解,首先要注意理解直线和圆等基础知识及它们之间的深入联系,其次要对问题的条件进行全方位的审视,特别是题中各个条件之间的相互关系及隐含条件的挖掘,再次要掌握解决问题常用的思想方法,如数形结合、化归与转化等思想方法.
[对点训练]
1.(2019·浙江新高考冲刺卷)如图,直线x+2y=a与圆x2+y2=1相交于不同的两点A(x1,y1),B(x2,y2),O为坐标原点,若·=a,则实数a的值为( )
A. B.
C. D.
解析:选A.·=cos∠AOB=a,
所以AB==,
所以O到直线AB的距离d=,
又d=,所以 =,
解得a=或a=>1(舍).
2.已知圆C:(x-a)2+(y-b)2=1,设平面区域Ω:若圆心C∈Ω,且圆C与x轴相切,则a2+b2的最大值为________.
解析:作出可行域,如图,由题意知,圆心为C(a,b),半径r=1,且圆C与x轴相切,所以b=1.而直线y=1与可行域边界的交点为A(6,1),
B(-2,1),目标函数z=a2+b2表示点C到原点距离的平方,所以当点C与点A重合时,z取到最大值,zmax=37.
答案:37
专题强化训练
1.(2019·杭州二中月考)已知直线3x-y+1=0的倾斜角为α,则sin 2α+cos2α=( )
A. B.- C. D.-
解析:选A.由题设知k=tan α=3,于是sin 2α+cos2α====.
2.(2019·义乌二模)在平面直角坐标系内,过定点P的直线l:ax+y-1=0与过定点Q的直线m:x-ay+3=0相交于点M,则|MP|2+|MQ|2=( )
A. B.
C.5 D.10
解析:选D.由题意知P(0,1),Q(-3,0),因为过定点P的直线ax+y-1=0与过定点Q的直线x-ay+3=0垂直,所以MP⊥MQ,所以|MP|2+|MQ|2=|PQ|2=9+1=10,故选D.
3.(2019·杭州七市联考)已知圆C:(x-1)2+y2=r2(r>0).设条件p:0<r<3,条件q:圆C上至多有2个点到直线x-y+3=0的距离为1,则p是q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
解析:选C.圆C:(x-1)2+y2=r2(r>0),圆心(1,0)到直线x-y+3=0的距离d==2.由条件q:圆C上至多有2个点到直线x-y+3=0的距离为1,可得0<r<3.则p是q的充要条件.故选C.
4.在平面直角坐标系xOy中,设直线l:y=kx+1与圆C:x2+y2=4相交于A,B两点,以OA,OB为邻边作平行四边形OAMB,若点M在圆C上,则实数k等于( )
A.1 B.2
C.-1 D.0
解析:选D.由题意知圆心到直线l的距离等于r=1(r为圆C的半径),所以=1,解得k=0.
5.(2019·兰州市诊断考试)已知圆C:(x-)2+(y-1)2=1和两点A(-t,0),B(t,0)(t>0),若圆C上存在点P,使得∠APB=90°,则t的取值范围是( )
A.(0,2] B.[1,2]
C.[2,3] D.[1,3]
解析:选D.依题意,设点P(+cos θ,1+sin θ),因为∠APB=90°,所以·=0,所以(+cos θ+t)(+cos θ-t)+(1+sin θ)2=0,得t2=5+2cos θ+2sin θ=5+4sin(θ+),因为sin(θ+)∈[-1,1],所以t2∈[1,9],因为t>0,所以t∈[1,3].
6.圆C:x2+y2+Dx+Ey-3=0(D<0,E为整数)的圆心C到直线4x-3y+3=0的距离为1,且圆C被截x轴所得的弦长|MN|=4,则E的值为( )
A.-4 B.4 C.-8 D.8
解析:选C.圆心C.
由题意得=1,
即|4D-3E-6|=10,①
在圆C:x2+y2+Dx+Ey-3=0中,令y=0得x2+Dx-3=0.
设M(x1,0),N(x2,0),则x1+x2=-D,x1x2=-3.
由|MN|=4得|x1-x2|=4,
即(x1+x2)2-4x1x2=16,
(-D)2-4×(-3)=16.
由D<0,所以D=-2.
将D=-2代入①得|3E+14|=10,
所以E=-8或E=-(舍去).
7.动点A与两个定点B(-1,0),C(5,0)的距离之比为,则△ABC面积的最大值为( )
A.3 B.6 C.9 D.12
解析:选D.设A点坐标为(x,y).
因为=,
所以2=,
化简得x2+y2+6x-7=0,
即(x+3)2+y2=16.
所以A的轨迹表示以(-3,0)为圆心,半径为4的圆.
所以△ABC面积的最大值为
Smax=|BC|·r=×6×4=12.
8.(2019·浙江省名校联盟质量检测)已知点P的坐标(x,y)满足过点P的直线l与圆C:x2+y2=14相交于A、B两点,则|AB|的最小值是( )
A.2 B.4 C. D.2
解析:选B.根据约束条件画出可行域,如图中阴影部分所示,设点P到圆心的距离为d,求|AB|的最小值等价于求d的最大值,
易知dmax==,
此时|AB|min=2=4,
故选B.
9.过点M的直线l与圆C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,C为圆心,当∠ACB最小时,直线l的方程为________.
解析:易知当CM⊥AB时,∠ACB最小,直线CM的斜率为kCM==-2,从而直线l的斜率为kl==,其方程为y-1=.即2x-4y+3=0.
答案:2x-4y+3=0
10.已知圆C1:x2+y2-2mx+4y+m2-5=0与圆C2:x2+y2+2x-2my+m2-3=0,若圆C1与圆C2相外切,则实数m=________.
解析:对于圆C1与圆C2的方程,配方得圆C1:(x-m)2+(y+2)2=9,圆C2:(x+1)2+(y-m)2=4,则圆C1的圆心C1(m,-2),半径r1=3,圆C2的圆心C2(-1,m),半径r2=2.如果圆C1与圆C2相外切,那么有|C1C2|=r1+r2,即=5,则m2+3m-10=0,解得m=-5或m=2,所以当m=-5或m=2时,圆C1与圆C2相外切.
答案:-5或2
11.已知圆C:(x-1)2+(y-2)2=2,若等边△PAB的一边AB为圆C的一条弦,则|PC|的最大值为________.
解析:已知圆C:(x-1)2+(y-2)2=2,所以圆心为C(1,2),半径r=,若等边△PAB的一边AB为圆C的一条弦,则PC⊥AB.在△PAC中,∠APC=30°,由正弦定理得=,所以|PC|=2sin∠PAC≤2,故|PC|的最大值为2.
答案:2
12.(2019·台州调研)已知动圆C过A(4,0),B(0,-2)两点,过点M(1,-2)的直线交圆C于E,F两点,当圆C的面积最小时,|EF|的最小值为________.
解析:依题意得,动圆C的半径不小于|AB|=,即当圆C的面积最小时,AB是圆C的一条直径,此时点C是线段AB的中点,即点C(2,-1),又点M的坐标为(1,-2),且|CM|==<,所以点M位于圆C内,点M为线段EF的中点(过定圆内一定点作圆的弦,最短的弦是以该定点为中点的弦)时,|EF|最小,其最小值为2=2.
答案:2
13.(2019·宁波市余姚中学期中检测)设直线系M:xcos θ+(y-2)sin θ=1(0≤θ≤2π),对于下列四个命题:
①M中所有直线均经过一个定点;
②存在定点P不在M中的任一条直线上;
③对于任意整数n(n≥3),存在正n边形,其所有边均在M中的直线上;
④M中的直线所能围成的正三角形面积都相等.
其中真命题的代号是________(写出所有真命题的代号).
解析:因为点(0,2)到直线系M:xcos θ+(y-2)·sin θ=1(0≤θ≤2π)中每条直线的距离d==1,直线系M:xcos θ+(y-2)·sin θ=1(0≤θ≤2π)表示圆x2+(y-2)2=1的切线的集合,
①由于直线系表示圆x2+(y-2)2=1的所有切线的集合,其中存在两条切线平行,M中所有直线均经过一个定点不可能,故①不正确;
②存在定点P不在M中的任一条直线上,观察知点(0,2)即符合条件,故②正确;
③由于圆的所有外切正多边形的边都是圆的切线,所以对于任意整数n(n≥3),存在正n边形,其所有边均在M中的直线上,故③正确;
④如图,M中的直线所能围成的正三角形有两类,
其一是如△ABB′型,是圆的外切三角形,此类面积都相等,另一类是在圆同一侧,如△BDC型,此一类面积相等,但两类之间面积不等,所以M中的直线所能围成的正三角形面积大小不一定相等,故④不正确.
答案:②③
14.(2019·南京一模)如图,在平面直角坐标系中,分别在x轴与直线y=(x+1)上从左向右依次取点Ak,Bk(k=1,2,…,其中A1是坐标原点),使△AkBkAk+1都是等边三角形,则△A10B10A11的边长是________.
解析:直线y=(x+1)的倾斜角为30°,与x轴的交点为P(-1,0),又△A1B1A2是等边三角形,所以∠PB1A2=90°,所以等边△A1B1A2的边长为1,且A2B1∥A3B2∥…∥A10B9,A2B1与直线y=(x+1)垂直,故△A2B1B2,△A3B2B3,△A4B3B4,…,△A10B9B10均为直角三角形,且依次得到A2B2=2,A3B3=4,A4B4=8,A5B5=16,A6B6=32,A7B7=64,A8B8=128,A9B9=256,A10B10=512,故△A10B10A11的边长是512.
答案:512
15.在直角坐标系xOy中,曲线y=x2+mx-2与x轴交于A,B两点,点C的坐标为(0,1),当m变化时,解答下列问题:
(1)能否出现AC⊥BC的情况?说明理由;
(2)证明过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.
解:(1)不能出现AC⊥BC的情况,理由如下:
设A(x1,0),B(x2,0),则x1,x2满足x2+mx-2=0,
所以x1x2=-2.
又C的坐标为(0,1),故AC的斜率与BC的斜率之积为·=-,所以不能出现AC⊥BC的情况.
(2)证明:BC的中点坐标为(,),可得BC的中垂线方程为y-=x2(x-).
由(1)可得x1+x2=-m,所以AB的中垂线方程为x=-.
联立又x+mx2-2=0,可得
所以过A,B,C三点的圆的圆心坐标为(-,-),半径r=.
故圆在y轴上截得的弦长为2=3,即过A,B,C三点的圆在y轴上截得的弦长为定值.
16.已知圆C:x2+y2+2x-4y+3=0.
(1)若圆C的切线在x轴和y轴上的截距相等,求此切线的方程;
(2)从圆C外一点P(x1,y1)向该圆引一条切线,切点为M,O为坐标原点,且有|PM|=|PO|,求使|PM|取得最小值时点P的坐标.
解:(1)圆C的标准方程为(x+1)2+(y-2)2=2.
①当此切线在两坐标轴上的截距为零时,设此切线方程为y=kx,
由=,得k=2±;
所以此切线方程为y=(2±)x.
②当此切线在两坐标轴上的截距不为零时,设此切线方程为x+y-a=0,由=,得|a-1|=2,即a=-1或a=3.
所以此切线方程为x+y+1=0或x+y-3=0.
综上,此切线方程为y=(2+)x或y=(2-)x或x+y+1=0或x+y-3=0.
(2)由|PO|=|PM|,得|PO|2=|PM|2=|PC|2-|CM|2,
即x+y=(x1+1)2+(y1-2)2-2,整理得2x1-4y1+3=0,即点P在直线l:2x-4y+3=0上,
当|PM|取最小值时,|PO|取最小值,
此时直线PO⊥l,所以直线PO的方程为2x+y=0.
解方程组,得,
故使|PM|取得最小值时,点P的坐标为.
17.(2019·杭州市高三期末考试)如图,P是直线x=4上一动点,以P为圆心的圆Γ经定点B(1,0),直线l是圆Γ在点B处的切线,过A(-1,0)作圆Γ的两条切线分别与l交于E,F两点.
(1)求证:|EA|+|EB|为定值;
(2)设直线l交直线x=4于点Q,证明:|EB|·|FQ|=|BF|·|EQ|.
证明:(1)设AE切圆于M,直线x=4与x轴的交点为N,
则EM=EB,
所以|EA|+|EB|=|AM|===
=4为定值.
(2)同理|FA|+|FB|=4,
所以E,F均在椭圆+=1上,
设直线EF的方程为x=my+1(m≠0),令x=4,yQ=,
直线与椭圆方程联立得(3m2+4)y2+6my-9=0,
设E(x1,y1),F(x2,y2),则y1+y2=
-,y1y2=-.
因为E,B,F,Q在同一条直线上,
所以|EB|·|FQ|=|BF|·|EQ|等价于-y1·+y1y2=y2·-y1y2,
所以2y1y2=(y1+y2)·,
代入y1+y2=-,y1y2=-成立,
所以|EB|·|FQ|=|BF|·|EQ|.
18.(2019·金华十校联考)已知直线l:4x+3y+10=0,半径为2的圆C与l相切,圆心C在x轴上且在直线l的右上方.
(1)求圆C的方程;
(2)过点M(1,0)的直线与圆C交于A,B两点(A在x轴上方),问在x轴正半轴上是否存在定点N,使得x轴平分∠ANB?若存在,请求出点N的坐标;若不存在,请说明理由.
解:(1)设圆心C(a,0),
则=2⇒a=0或a=-5(舍).
所以圆C:x2+y2=4.
(2)存在.当直线AB⊥x轴时,x轴平分∠ANB.
当直线AB的斜率存在时,
设直线AB的方程为y=k(x-1),N(t,0),
A(x1,y1),B(x2,y2),
由得(k2+1)x2-2k2x+k2-4=0,
所以x1+x2=,x1x2=.
若x轴平分∠ANB,则kAN=-kBN⇒+=0⇒+=0⇒2x1x2-(t+1)(x1+x2)+2t=0⇒-+2t=0⇒t=4,
所以当点N为(4,0)时,x轴平分∠ANB.
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