黃天揚
由于圓的幾何性質比較明顯和突出,適時運用圓的幾何性質來解決解析幾何中的與圓的有關的題目,能使解題思路簡捷、明快,并減少計算量,在求解直線與圓的位置關系中,這種解題理念尤其突出.下面介紹將直線與圓的位置關系化歸處理的幾個例子,供參考.
一、直線與圓相切
若直線Ax+By+C=0與圓(x-a)2+(y-b)2=r2相切,則圓心(a,b)到直線Ax+By+C=0的距離d=|Aa+Bb+C|A2+B2與圓半徑相等,即d=r,這是解題的重要思路.
例1若直線2x-y+c=0按向量a=(1,-1)平移后與圓x2+y2=5相切,則c的值為
A. 8或-2B. 6或-4C. 4或-6D. 2或-8
分析將直線2x-y+c=0按向量a=(1,-1)平移得2(x+1)-(y-1)+c=0,即2x-y+3+c=0.又圓x2+y2=5的圓心為(0,0),半徑為5,由直線與圓相切知d=|3+c|5=5,即|3+c|=5,所以c=2或-8,即選D.
點評直線與圓相切問題還可以將直線方程與圓的方程聯立,利用判別式等于零來解決,但與此法比較,運算量要大得多.
二、直線與圓相離
若直線Ax+By+C=0與圓(x-a)2+(y-b)2=r2相離,則圓心到直線的距離d>r,而在圓上找一點使該點到直線的距離最小,一般也是通過圓心到直線距離來解決.
例2在圓x2+y2=4上求一點P,使P與直線4x+3y-12=0的距離最小,求P點坐標及最小值.
解析由于點P是圓上動點,點到直線的距離是變動的,但圓的圓心是定的,圓心到直線的距離是不變的,故而可先求圓心到直線的距離,則d=|-12|32+42=125,所以圓上點P到直線 4x+3y-12=0距離的最小值為d-r=125-2=25.下面求P點坐標,由于過圓心且與直線4x+3y-12=0垂直的直線為y=34x,與圓的方程x2+y2=4聯立,解方程組得x=
±85,y=±65,考慮到P為最小值點,故點P應在第一象限,故而P(85,65)為所求.
點評圓心是確定圓位置的重要元素,與圓上的動點有關問題都可以轉化為與圓心及半徑相關的問題.本解法中充分抓住了這一點,使解題輕松流暢,干凈利落.
三、直線與圓相交
若直線Ax+By+C=0與圓(x-a)2+(y-b)2=r2相交,則圓心(a,b)到直線的距離d 例3已知圓C:(x-1)2+(y-2)2=25,直線l:(2m+1)x+(m+1)y-7m-4=0 (m∈R).(1)證明:不論m取什么實數,直線l與圓恒交于兩點;(2)求直線l被圓C截得的線段的最短長度以及此時直線l的方程. 解析(1)由直線l可化為m(2x+y-7)+(x+y-4)=0,由于m∈R,要使此等式成立,必有2x+y-7=0且x+y-4=0,解聯立的方程組得x=3,y=1,即直線l無論m取什么實數,都恒過定點D(3,1).又圓心C(1,2)且有|CD|=(3-1)2+(1-2)2=5<5=r,即點D在圓C內,故而直線l與圓恒有兩個交點. (2)由于點D在圓內,易知當過點D的弦與CD連線垂直時,所得的弦長最短,此時弦所在直線的斜率為k=-1kCD=2,所以此時直線l的方程為y-1=2(x-3), 即2x-y-5=0.由-2m+1m+1=2,得m=-34, 又弦長=252-|CD|2=220=45, 所以最短弦長為45,此時直線l為:2x-y-5=0, 取m=-34. 點評用幾何法判斷直線與圓是否相交,只需判定直線是否過圓內一點就行了,而用直線方程與圓的方程聯立,看判別式是否大于零,則問題會變得非常復雜.與弦長有關的問題,由垂徑定理,構造直角三角形來解決是簡單易行的方法. 令y=0,由于y0≠1,可得N(-x0y0-1,0). 聯立y=12(x+2), y=y0x0-2(x-2), 解得M(4y0+2x0-42y0-x0+2,4y02y0-x0+2), 因此MN的斜率為 m=4y02y0-x0+24y0+2x0-42y0-x0+2+x0y0-1=4y0(y0-1)4y20-8y0+4x0y0-x20+4 =4y0(y0-1)4y20-8y0+4x0y0-(4-4y20)+4=y0-12y0+x0-2. 所以2m-k=2(y0-1)2y0+x0-2-y0x0-2 =2(y0-1)(x0-2)-y0(2y0+x0-2)(2y0+x0-2)(x0-2) =2(y0-1)(x0-2)-2y20-y0(x0-2)(2y0+x0-2)(x0-2) =2(y0-1)(x0-2)-12(4-x20)-y0(x0-2)(2y0+x0-2)(x0-2) =12(定值).