曲线与方程是解析几何中的重要概念,求曲线的方程是高考的热点之一,但这个内容常与椭圆,双曲线,抛物线等内容相联系,我们应深入领会曲线的方程和方程的曲线的概念,保证曲线的纯粹性和完备性,熟悉求曲线方程的基本方法,并在以后学习中逐步深入.
圆的方程在高考中较为常见,由于圆的性质很多应注意解决这类问题时充分运用几何性质.直线与圆的知识通常综合考查.
例1、(上海高考试题)直线绕原点按逆时针方向旋转30°后所得直线与圆(x-2)2+y2=3的位置关系是( )
A.直线过圆心
B.直线与圆相交,但不过圆心
C.直线与圆相切
D.直线与圆没有公共点
分析:
直线绕原点按逆时针方向旋转30°后所得的直线方程如何求?这是第一步,求出旋转后的直线方程后,转变成判断一直线与圆的位置关系问题.
解答:
∵直线的倾斜角为30°,∴按逆时针方向旋转30°后,得直线的倾斜角为60°,
∴旋转后的直线方程为
圆心(2,0)到直线的距离为
∴直线与圆相切,故选C.
例2、(全国·文)已知直角坐标平面上点Q(2,0)和圆C:x2+y2=1,动点M到圆C的切线长与|MQ|的比等于常数λ(λ>0)(如图所示).求动点M的轨迹方程,说明它表示什么曲线.
分析:涉及切线长,可考虑切线的性质,将切线长转化为到圆心的距离与半径的距离.
解:设直线MN切圆于N,则动点M组成的集合是P={M||MN|=λ|MQ|},式中常数λ>0.
因为圆的半径|ON|=1,所以|MN|2=|MO|2-|ON|2=|MO|2-1.
设点M的坐标为(x,y),则
整理得(λ2-1)(x2+y2)-4λ2x+(1+4λ2)=0.
经检验,坐标适合这个方程的点都属于集合P,故这个方程为所求的轨迹方程.
当λ=1时,方程化为x=,它表示一条直线,该直线与x轴垂直且交x轴于点(,0);
当λ≠1时,方程化为
它表示圆,该圆圆心的坐标为.
例3、(全国·理)设圆满足:①截y轴所得弦长为2;②被x轴分成两段圆弧,其弧长的比为3︰1,在满足条件①、②的所有圆中,求圆心到直线l:x-2y=0的距离最小的圆的方程.
分析:
首先求出满足条件①、②的圆的圆心轨迹方程,然后由圆心到直线x-2y=0的距离的代数式与圆心满足的条件,确定距离最小的圆心的坐标.
解:
解法1:设圆的圆心为P(a,b),半径为r,则点P到x轴,y轴的距离分别为|b|、|a|.
由题设知圆P截x轴所得劣弧对的圆心角为90°,知圆P截x轴所得的弦长为r,故r2=2b2.
又圆P截y轴所得的弦长为2,所以有:r2=a2+1.
从而得2b2-a2=1.
又点P(a,b)到直线x-2y=0的距离为.
当且仅当a=b时上式等号成立,此时5d2=1,从而d取得最小值.
由此有
解此方程组得
由于r2=2b2,知r=.
于是,所求圆的方程是(x-1)2+(y-1)2=2或(x+1)2+(y+1)2=2.
解法2:
同解法1得,
将a2=2b2-1代入①式,整理得:
②
把它看作b的二次方程,由于方程有实根,故判别式非负,即
△=8(5d2-1)≥0,得5d2≥1.
所以,5d2有最小值1,从而d有最小值.
将其代入②式得2b2±4b+2=0,解得b=±1.
将b=±1代入r2=2b2,得r2=2,由r2=a2+1,得a=±1.
综上,a=±1,b=±1,r2=2.
由|a-2b|=1知,a,b同号.
于是,所求圆的方程是
(x-1)2+(y-1)2=2或(x+1)2+(y+1)2=2.