【高考目標定位】
一、圓的方程
(一)考綱點選
1、掌握確定圓的幾何要素;
2、掌握確定圓的標準方程與一般方程。
(二)熱點提示
1、能利用待定係數法求圓的標準方程和一般方程;
2、直線和圓的位置關係是考查的熱點;
3、本部分在高考試題中多以選擇、填空的形式出現,屬中低檔題目。
二、直線、圓的位置關係
(一)考綱點選
1、能根據給定直線、圓的方程判斷直線與圓的位置關係;能根據給定兩個圓的方程判斷兩圓的位置關係;
2、能用直線和圓的方程解決一些簡單的問題;
3、初步了解用代數方法處理幾何問題的思想。
(二)熱點提示
1、直線與圓,圓與圓的位置關係一直是高考考查的重點和熱點問題,主要考查:
(1)方程中含有引數的直線與圓的位置關係的判斷;
(2)利用相切或相交的條件確定引數的值或取值範圍;
(3)利用相切或相交求圓的切線或弦長。
2、本部分在高考試題中多為選擇、填空題,有時在解答題中考查直線與圓位置關係的綜合問題。
【考綱知識梳理】
一、圓的方程
1.圓的定義
(1)在平面內,到定點的距離等於定長的點的集合叫做圓。
(2)確定乙個圓的要素是圓心和半徑。
2.圓的方程
注:方程表示圓的充要條件是
3.點與圓的位置關係
已知圓的方程為,點。則:
(1)點在圓上:;(2)點在圓外:
(3)點在圓內:。
4.確定圓的方程方法和步驟
確定圓的方程主要方法是待定係數法,大致步驟為:
(1)根據題意,選擇標準方程或一般方程;
(2)根據條件列出關於a,b,r或d、e、f的方程組;
(3)解出a,b,r或d、e、f代入標準方程或一般方程。
注:用待定係數法求圓的方程時,如何根據已知條件選擇圓的方程?(當條件中給出的是圓上幾點座標,較適合用一般方程,通過解三元方程組求相應係數;當條件中給出的是圓心座標或圓心在某條直線上、圓的切線方程、圓弦長等條件,適合用標準方程。
對於有些題,設哪種形式都可以,這就要求根據條件具體問題具體分析。)
二、直線、圓的位置關係
1.直線與圓的位置關係
注:在求過一定點的圓的切線方程時,應首先判斷這點與圓的位置關係,若點在圓台上,則該點為切點,切線只有一條;若點在圓外,切線應有兩條,謹防漏解。
2.圓與圓的位置關係
【熱點難點精析】
一、圓的方程
(一)圓的方程的求法
1.確定圓的方程的主要方法是待定係數法。如果選擇標準方程,即列出關於a、b、r的方程組,求a、b、r或直接求出圓心(a,b)和半徑r.
2.如果已知條件中圓心的位置不能確定,則選擇圓的一般方程。圓的一般方程也含有三個獨立的引數,因此,必須具備三個獨立的條件,才能確定圓的一般方程,其方法仍採用待定係數法。設所求圓的方程為:
由三個條件得到關於d、e、f的乙個三元一次方程組,解方程組確定d、e、f的值。
3.以為直徑的兩端點的圓的方程為
注:在求圓的方程時,常用到圓的以下必修性質:
(1)圓心在過切點且與切線垂直的直線上;
(2)圓心在任一弦的中垂直上;
(3)兩圓心或外切時,切點與兩圓圓心三點共線。
〖例〗求與x軸相切,圓心在直線3x-y=0上,且被直線x-y=0截得的弦長為的圓的方程。
(二)與圓有關的最值問題
1.求與圓有關的最值問題多採用幾何法,就是利用一些代數式的幾何意義進行轉化。如(1)形如m=的最值問題,可轉化為動直線斜率的最值問題;(2)形如t=ax+by的最值問題,可轉化為直線在y軸上的截距的最值問題;(3)形如m=的最值問題,可轉化為兩點間的距離平方的最值問題。
2.特別要記住下面兩個代數式的幾何意義:
表示點(x,y)與原點(0,0)連線的直線斜率,表示點(x,y)與原點的距離。
〖例〗已知實數、滿足方程。
(1)求的最大值和最小值;
(2)求-的最大值和最小值;
(3)求的最大值和最小值。
思路解析:化,滿足的關係為理解, -,的幾何意義根據幾何意義分別求之。
解答:(1)原方程可化為,表示以(2,0)為圓心,為半徑的圓,的幾何意義是圓上一點與原點連線的斜率,所以設=,即。當直線與圓相切時,斜率取最大值或最小值,此時,解得=±。
所以的最大值為,最小值為﹣
(2)-可看作是直線y=x+b在y軸上的截距,當直線y=x+b與圓相切時,縱截距b取得最大值或最小值,此時,解得。所以-的最大值為,最小值為。
(3)表示圓上的一點與原點距離的平方,由平面幾何知識知,在原點與圓心連線與圓的兩個交點處取得最大值和最小值。又圓心到原點的距離為,所以的最大值是,的最小值是。
(三)與圓有關的軌跡問題
1.解決軌跡問題,應注意以下幾點:
(1)求方程前必須建立平面直角座標系(若題目中有點的座標,就無需建系),否則曲線就不可轉化為方程。
(2)一般地,設點時,將動點座標設為(x,y),其他與此相關的點設為等。
(3)求軌跡與求軌跡方程是不同的,求軌跡方程得出方程即可,而求軌跡在得出方程後還要指出方程的曲線是什麼圖形。
2.求軌跡方程的一般步驟:
(1)建系:設動點座標為(x,y);
(2)列出幾何等式;
(3)用座標表示得到方程;
(4)化簡方程;
(5)除去不合題意的點,作答。
〖例〗設定點m(-3,4),動點n在圓上運動,以om、on為兩邊作平行四邊形monp,求點p的軌跡。
思路解析:先設出p點、n點座標,根據平行四邊形對角線互相平分,用p點座標表示n點座標,代入圓的方程可求。
解答:如圖所示,
設p(x,y),n,則線段op的中點座標為,線段mn的中點座標為。因為平行四邊形的對角線互相平分,故。n(x+3,y-4)在圓上,故。
因此所求軌跡為圓:,擔應除去兩點:(點p在om所在的直線上時的情況)。
二、直線、圓的位置關係
(一)直線和圓的位置關係
直線和圓的位置關係的判定有兩種方法
(1)第一種方法是方程的觀點,即把圓的方程和直線的方程聯立組成方程組,轉化為一元二次方程,再利用判別式⊿來討論位置關係,即
⊿>0直線與圓相交;
⊿=0直線與圓相切;
⊿<0直線與圓相離.
(2)第二種方法是幾何的觀點,即將圓心到直線的距離d與半徑r比較來判斷,即
dd>r直線與圓相切;
d=r直線與圓相離。
〖例〗已知圓
(1)求證:不論m為何值,圓心在同一直線上;
(2)與平行的直線中,哪些與圓相交、相切、相離;
(3)求證:任何一條平行於且與圓相交的直線被各圓截得的弦長相等。
思路解析:用配方法將圓的一般方程配成標準方程,求出圓心座標,消去m就得關於圓心的座標間的關係,就是圓心的軌跡方程;判斷直線與圓相交、相切、相離,只需比較圓心到直線的距離d與圓半徑的大小即可;證明弦長相等時,可用幾何法計算弦長。
(二)圓與圓的位置關係
1.判斷兩圓的位置關係常用幾何法,即用兩圓圓心距與兩圓半徑和與差之間的關係,一般不採用代數法;
2.若兩圓相交,則兩圓公式弦所在直線的方程可由兩圓的方程作差消去項即可得到;
3.兩圓公切線的條數(如下圖)
(1)兩圓內含時,公切線條數為0;
(2)兩圓內切時,公切線條數為1;
(3)兩圓相交時,公切線條數為2;
(4)兩圓外切時,公切線條數為3;
(5)兩圓相離時,公切線條數為4。
因此求兩圓的公切線條數主要是判斷兩圓的位置關係,反過來知道兩圓公切線的條數,也可以判斷出兩圓的位置關係。
〖例〗求經過兩圓和的交點,且圓心在直線x-y-4=0上的圓的方程
思路解析:根據已知,可通過解方程組得圓上兩點,由圓心在直線x-y-4=0上,三個獨立條件,用待定係數法求出圓的方程;也可根據已知,設所求圓的方程為,再由圓心在直線x-y-4=0上,定出引數λ,得圓方程
解答:因為所求的圓經過兩圓(x+3)2+y2=13和x2+(y+3)2=37的交點,
所以設所求圓的方程為
展開、配方、整理,得+=+
圓心為,代入方程x-y-4=0,得λ=-7
故所求圓的方程為
注:圓c1:x2+y2+d1x+e1y+f1=0,圓c2:
x2+y2+d2x+e2y+f2=0,若圓c1、c2相交,那麼過兩圓公共點的圓系方程為(x2+y2+d1x+e1y+f1)+λ(x2+y2+d2x+e2y+f2)=0(λ∈r且λ≠-1)它表示除圓c2以外的所有經過兩圓c1、c2公共點的圓
(三)圓的切線及弦長問題
1.求圓的切線的方法
(1)求圓的切線方程一般有兩種方法:
①代數法:設切線方程為與圓的方程組成方程組,消元後得到乙個一元二次方程,然後令判別式⊿=0進而求得k。
②幾何法:設切線方程為利用點到直線的距離公式表示出圓心到切線的距離d,然後令d=r,進而求出k。
兩種方法,一般來說幾何法較為簡潔,可作為首選。
注:在利用點斜式求切線方程時,不要漏掉垂直於x軸的切線,即斜率不存在時的情況。
(2)若點在圓上,則m點的圓的切線方程為。
2.圓的弦長的求法
(1)幾何法:設圓的半徑為r,弦心距為d,弦長為l,則。
(2)代數法:設直線與圓相交於兩點,解方程組消y後得關於x的一元二次方程,從而求得則弦長為。
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