专题3.15 直线和圆的位置关系(知识讲解).docx
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1、专题3.15 直线和圆的位置关系(知识讲解)【学习目标】1. 理解直线与圆的三种位置关系,2. 会用点到直线的距离来判断直线与圆的位置关系;【要点梳理】1直线和圆的三种位置关系:(1) 相交:直线与圆有两个公共点时,叫做直线和圆相交这时直线叫做圆的割线(2) 相切:直线和圆有唯一公共点时,叫做直线和圆相切这时直线叫做圆的切线,唯一的公共点叫做切点(3) 相离:直线和圆没有公共点时,叫做直线和圆相离2直线与圆的位置关系的判定和性质直线与圆的位置关系能否像点与圆的位置关系一样通过一些条件来进行分析判断呢?由于圆心确定圆的位置,半径确定圆的大小,因此研究直线和圆的位置关系,就可以转化为直线和点(圆心
2、)的位置关系下面图(1)中直线与圆心的距离小于半径;图(2)中直线与圆心的距离等于半径;图(3)中直线与圆心的距离大于半径如果O的半径为r,圆心O到直线的距离为d,那么特别说明: 这三个命题从左边到右边反映了直线与圆的位置关系所具有的性质;从右边到左边则是直线与圆的位置关系的判定【典型例题】类型一、判定直线和圆的位置关系1在平面直角坐标系中,圆心O的坐标为(-3,4),以半径r在坐标平面内作圆,(1)当r 时,圆O与坐标轴有1个交点;(2)当r 时,圆O与坐标轴有2个交点;(3)当r 时,圆O与坐标轴有3个交点;(4)当r 时,圆O与坐标轴有4个交点;【答案】(1);(2);(3)或5;(6)
3、且【分析】分别根据直线与圆相切、相交的关系进行逐一解答即可解:(1)圆心的坐标为,当时,圆与坐标轴有1个交点;(2)圆心的坐标为,当时,圆与坐标轴有2个交点;(3)圆心的坐标为,当或5时,圆与坐标轴有3个交点;(4)圆心的坐标为,当且时,圆与坐标轴有4个交点故答案为:(1);(2);(3)或5;(6)且【点拨】本题考查的是直线与圆的位置关系,解答此题时要考虑到圆过原点的情况,这是此题易遗漏的地方举一反三:【变式1】如图,已知RtABC中,C90,AD是BAC的角平分线(1)请尺规作图:作O,使圆心O在AB上,且AD为O的一条弦(不写作法,保留作图痕迹);(2)判断直线BC与所作O的位置关系,并
4、说明理由【答案】(1)见解析;(2)直线BC与所作O相切,理由见解析【分析】(1)作AD的垂直平分线交AB于点O,以OA为半径画圆即可;(2)连接OD,通过等边对等角和角平分线的定义可得出CADODA,从而有ODAC,ODBC90所以BC为O的切线解:(1)如图,O为所作;(2)直线BC与所作O相切理由如下:连接OD,如图,OAOD,OADODA,AD平分BAC,OADCAD,CADODA,ODAC,C90,ODB90,ODBC,BC为O的切线【点拨】本题主要考查垂直平分线和圆的作法以及直线与圆的位置关系,掌握切线的判定方法是解题的关键.【变式2】如图,点在上,且,以为圆心,为半径作圆(1)讨
5、论射线与公共点个数,并写出对应的取值范围;(2)若是上一点,当时,求线段与的公共点个数【答案】(1)见解析 (2)0个【分析】(1) 作于点,由,可得点到射线的距离,根据直线与圆的位置关系的定义即可判断射线OA与圆M的公共点个数;(2) 连接可得,由可得,得到,故当时,可判断线段与的公共点个数解:(1)如图,作于点,点到射线的距离当时,与射线只有一个公共点;当时,与射线没有公共点;当时,与射线有两个公共点;当时,与射线只有一个公共点(2)如图,连接,.当时,线段与的公共点个数为0【点拨】本题主要考查了直线与圆的位置关系,根据圆心到直线的距离判断位置关系是解题的关键.【变式3】如图,O=30,C
6、为OB上一点,且OC=6,以点C为圆心,试判断半径为3的圆与OA的位置关系.【答案】相切【解析】利用直线l和O相切d=r,进而判断得出即可试题解析:相切,理由如下:过点C作CDAO于点D,O=30,OC=6,DC=3,以点C为圆心,半径为3的圆与OA的位置关系是:相切类型二、由直线和圆的位置关系求半径的取值范围2如图,已知直线l与O相离,OAl于点A,OA5,OA与O相交于点P,AB与O相切于点B,BP的延长线交直线l于点C(1)试判断线段AB与AC的数量关系,并说明理由;(2)若在O上存在点Q,使QAC是以AC为底边的等腰三角形,求O的半径r的取值范围【答案】(1)ABAC(2)r5【分析】
7、(1)连接,根据切线的性质和垂直得出,推出,求出,根据等腰三角形的判定推出即可;(2)根据已知得出在的垂直平分线上,作出线段的垂直平分线,作,求出,求出范围,再根据相离得出,即可得出答案.解:(1)ABAC,理由如下:如图1,连结OB.AB切O于B,OAAC,OBAOAC90,OBPABP90,ACPAPC90,OPOB,OBPOPB,OPBAPC,ACPABC,ABAC;(2)如图2,作出线段AC的垂直平分线MN,作OEMN,则可以推出;又圆O与直线MN有交点,r25,又圆O与直线l相离,r5,即. 图1 图2【点睛】本题考查了等腰三角形的性质和判定、直线与圆的位置关系等知识点的应用,主要培
8、养学生运用性质进行推理和计算的能力.本题综合性比较强,有一定的难度.【变式1】如图,已知O的半径为5cm,点O到直线l的距离OP为 7cm(1)怎样平移直线l,才能使l与O相切?(2)要使直线l与O相交,设把直线l向上平移 xcm,求x的取值范围【答案】(1)将直线l向上平移2cm或12cm;(2)2cmx12cm【分析】(1)由切线的判定与性质和平移的性质即可得出结果;(2)由(1)的结果即可得出答案解:(1)O的半径为5cm,点O到直线l的距离OP为7cm,将直线l向上平移7-5=2(cm)或7+5=12(cm),才能使l与O相切;(2)由(1)知,要使直线l与O相交,直线l向上平移的距离
9、大于2cm且小于12cm,2cmx12cm,x的取值范围为:2cmx12cm【点拨】本题考查了切线的判定与性质、平移的性质、直线与圆的位置关系等知识;熟练掌握切线的判定与性质是解题的关键【变式2】在中,D是边BC上一点,以点A为圆心,AD长为半径作弧,如果与边BC有交点E(不与点D重合),那么称为的A-外截弧.例如,图中是的一条A-外截弧.在平面直角坐标系xOy中,已知存在A-外截弧,其中点A的坐标为,点B与坐标原点O重合.(1)在点,中,满足条件的点C是_.(2)若点C在直线上.求点C的纵坐标的取值范围.直接写出的A-外截弧所在圆的半径r的取值范围.【答案】(1)C2、C3;(2)-2y2;
10、(3)r5或r5.【分析】(1)如图,根据BC1AB可得ABC1没有A-外截弧,作AFBC2于F,由AC2AB可得当AFAD2AC2时,ABC2有A-外截弧;作AGBC3于G,根据点C3坐标,可求出AC3的长,可得AC3AB,即可得出AGAD1AC3时,ABC3有A-外截弧;根据A、B、C4坐标可求出BC4、AC4的长,根据勾股定理逆定理可得ABC4是直角三角形,且AC4BC4,可得ABC4没有A-外截弧,综上即可得答案;(2)根据ABC有A-外截弧可得ABC0,设点C坐标为(m,m-2),利用直角三角形斜边中线的性质可求出ACB=90时点C的坐标,根据ACB90时,ABC有A-外截弧可得m的
11、取值范围,代入y=x-2,即可得点C纵坐标的取值范围;求出ACB=90时AC的长,进而可得答案.解:(1)如图,BC1AB,ABC1没有A-外截弧,作AFBC2于F,A(5,0),B(0,0),C2(5,-3),BAC2=90,AC2=3,AB=5,AC2AB,AFAD2AC2时,ABC2有A-外截弧,满足条件,作AGBC3于G,C3(6,4),AC3=AB,AGAD1时,ABC3有A-外截弧,满足条件,C4(4,2),BC4=,AC4=,AB=5,()2+()2=52,ABC4是直角三角形,AC4B=90,ABC4没有A-外截弧,综上所述:满足条件的点C是C2、C3.故答案为:C2、C3(2
12、)点C在直线y=x-2上,设点C的坐标为(m,m-2),ABC有A-外截弧,ABC0,当ACB=90时,A(5,0),B(0,0),斜边AB的中点H的坐标为(2.5,0),(m-2.5)2+(m-2)2=(2.5)2,解得:m1=,m2=4,ACB=90时,点C坐标为(,)或(4,2),直线解析式为y=x-2,x=0时,y=-2,与y轴交点为(0,-2),ABC有A-外截弧时,ACB90,点C的纵坐标的取值范围为-2y2.由得x=或x=4时,ACB=90,C1(,),C2(4,2),AC1=,AC2=,的A-外截弧所在圆的半径r的取值范围为:r5或r5.【点拨】本题考查直线和圆的位置关系、直角
13、三角形斜边中线的性质、一次函数图象上点的坐标特征及勾股定理的应用,熟练掌握直角三角形斜边中线等于斜边的一半的性质是解题关键.【变式3】已知:如图,在ABC中,ABC45,AB14,(1)求:ABC的面积;(2)若以C为圆心的圆C与直线AB相切,以A为圆心的圆A与圆C相切,试求圆A的半径【答案】(1)42;(2) 4或16【分析】(1)过C作CDAB于D解直角三角形得到CD,根据三角形的面积公式即可得到结论;(2)根据圆C与直线AB相切,得到C的半径,根据勾股定理得到AC,设A的半径为r,当圆A与圆C内切时,当圆A与圆C外切时即可得到结论解:(1)过C作CDAB于D,ABC45,BDCD,AB1
14、4,CD6,ABC的面积;(2)以C为圆心的圆C与直线AB相切,C的半径6,AD8,设A的半径为r,当圆A与圆C内切时,r610,r16,当圆A与圆C外切时,r+610,r4,综上所述:以A为圆心的圆A与圆C相切,圆A的半径为:4或16【点拨】本题的关键是做辅助线,考虑圆A与圆C内切或外切两种情况类型三、由直线和圆的位置关系求圆心到直线的距离3如图,在单位长度为1的正方形网格中,一段圆弧经过网格的交点A、B、C(1)请完成如下操作:以点O为原点、竖直和水平方向为轴、网格边长为单位长,建立平面直角坐标系;根据图形提供的信息,在图中标出该圆弧所在圆的圆心D(2)请在(1)的基础上,完成下列填空:写
15、出点的坐标:D( );D的半径= (结果保留根号);利用网格试在图中找出格点E ,使得直线EC与D相切(写出所有可能的结果)【答案】(1)见解析;(2)(2,0);2;(7,0) 【分析】(1)根据题意建立平面直角坐标系,然后作出弦AB的垂直平分线,以及BC的垂直平分线,两直线的交点即为圆心D,连接AD,CD;(2)根据第一问画出的图形即可得出D的坐标;在直角三角形AOD中,由OA及OD的长,利用勾股定理求出AD的长,即为圆D的半径;根据半径相等得出CD=AD=2,设EF=x,在RtCDE和RtCEF中,根据勾股定理列出两个式子即可求出x的值,从而求出E点坐标解:(1)根据题意画出相应的图形,
16、如图所示:(2)根据图形得:D(2,0);在RtAOD中,OA=4,OD=2,根据勾股定理得:AD=2则D的半径为2EC与D相切CEDCCDE为直角三角形即DCE=90AD和CD都是圆D的半径,由知,CD=AD=2设EF=x在RtCDE中,(2)2+CE2=(4+x)2在RtCEF中,22+x2=CE2(2)2+(22+x2)=(4+x)2解得,x=1,即EF=1OE=2+4+1=7E点坐标为(7,0)【点拨】此题考查了直线与圆的位置关系,涉及的知识有:坐标与图形性质,垂径定理,勾股定理及逆定理,切线的判定,利用了数形结合的思想,根据题意画出相应的图形是解本题的关键.【变式1】如图,第一象限内
17、半径为2的C与y轴相切于点A,作直径AD,过点D作C的切线l交x轴于点B,P为直线l上一动点,已知直线PA的解析式为:ykx+3(1)设点P的纵坐标为p,写出p随k变化的函数关系式(2)设C与PA交于点M,与AB交于点N,则不论动点P处于直线l上(除点B以外)的什么位置时,都有AMNABP请你对于点P处于图中位置时的两三角形相似给予证明;(3)是否存在使AMN的面积等于的k值?若存在,请求出符合的k值;若不存在,请说明理由【答案】(1) p4k+3;(2)见解析;(3) 存在,k2或k2时,AMN的面积等于,理由见解析【分析】(1)由切线的性质知AOBOADADB90,所以可以判定四边形OAD
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