巧用圓系方程簡化解題過程

2022-12-25 23:51:06 字數 942 閱讀 9894

在解析幾何中,符合特定條件的某些圓構成乙個圓系,乙個圓系所具有的共同形式的方程稱為圓系方程。常用的圓系方程有如下幾種:

⑴以為圓心的同心圓系方程

⑵過直線與圓的交點的圓系方程

⑶過兩圓和圓的交點的圓系方程

此圓系方程中不包含圓 ,直接應用該圓系方程,必須檢驗圓是否滿足題意,謹防漏解。

當時,得到兩圓公共弦所在直線方程

為了避免利用上述圓系方程時討論圓 ,可等價轉化為過圓和兩圓公共弦所在直線交點的圓系方程

在遇到過直線與圓,圓與圓交點的圓有關問題時,靈活選取上述各種圓系方程,可簡化繁雜的解題過程。現不妨舉兩例簡要說明。

例1:已知圓與直線相交於兩點, 為座標原點,若 ,求實數的值。

分析:此題最易想到設出 ,由得到 ,利用設而不求的思想,聯立方程,由根與係數關係得出關於的方程,最後驗證得解。倘若充分挖掘本題的幾何關係 ,不難得出在以為直徑的圓上。

而剛好為直線與圓的交點,選取過直線與圓交點的圓系方程,可極大地簡化運算過程。

解:過直線與圓的交點的圓系方程為:

,即依題意, 在以為直徑的圓上,則圓心( )顯然在直線上,則 ,解之可得

又滿足方程①,則

故例2:求過兩圓和的交點且面積最小的圓的方程。

分析:本題若先聯立方程求交點,再設所求圓方程,尋求各變數關係,求半徑最值,雖然可行,但運算量較大。自然選用過兩圓交點的圓系方程簡便易行。

為了避免討論,先求出兩圓公共弦所在直線方程。則問題可轉化為求過兩圓公共弦及圓交點且面積最小的圓的問題。

解:圓和的公共弦方程為

,即過直線與圓的交點的圓系方程為

,即依題意,欲使所求圓面積最小,只需圓半徑最小,則兩圓的公共弦必為所求圓的直徑,圓心必在公共弦所在直線上。即 ,則

代回圓系方程得所求圓方程

總之,在求解過直線與圓,圓與圓交點的圓有關問題時,若能巧妙使用圓系方程,往往能優化解題過程,減少運算量,收到事半功倍的效果。

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