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高中解析几何学,圆作为解析几何初步是学习圆锥曲线的基础与绝好铺垫,地位角色很重要,是高考题型的常客.而高中生接触到解析几何,感觉只要代数运算就可以把解析几何学好,其实不然,有些问题适当从几何性质的角度思考问题,会峰回路转,柳暗花明.换个角度看问题,会有不同的收获和感受.下面列举几个例题,让我们体会,几何性质的优美妙用.
图1
例1 (2014年宿迁一模)已知△ABC的三个顶点
A(-1,0),B(1,0),C(3,2)其外接圆为圆H,
(1)若直线l过点C,且被圆H截得的弦长为2,求直线l的方程;
(2)对于线段BH上的任意一点P,若在以C为圆心的圆上都存在不同的两点
M、N,使得点M是线段PN的中点,求圆C的半径r的取值范围.
分析:(1)略.(2)原答案用设点的代数解法,过程繁杂,学生不容易理解,如果从圆的几何图形性质考虑,转化圆心半径的方法,题目非常好懂简单.
解:
由条件求得:线段BH:y=-3x+3(0≤x≤1),
设P(a,-3a+3)(0≤a≤1),作直线PC交圆于S,T由题意PM=MN,MN≤ST.
PS≤PM
恒有PS≤ST,即PC-r≤2r, 化简有
PC≤3r.
问题转化为:当0≤a≤1时
(a-3)2+(-3a+3-2)2≤3r
恒成立.
解得r≥103,又圆与线段必相离,故
d>r,d=|3×3+2-3|
32+12=4105综上
103≤r≤
4105.
图2
例2 (全国卷改编)如图2,设向量
a,b,c,满足
|a|=|b|=2,
a·b=2,
〈a-c,b-c〉=120°, 则
|c|的最大值等于 .
分析:本题从目标向量
c下手,转化坐标,变量太多.而如果注重向量图形及夹角,立即发现出题者意图,考查向量夹角、向量减法、四点共圆.
解:a·b=
|a||b|cosθ=
4cosθ=2,解得
θ=60°,即
∠AOB=60°.又因为∠ACB=120°,故
OABC四点共圆,连接圆心,在
Rt△AOD中,有∠AOD=30°,OA=2,解得|c|
max=2R=OD=433.
图3
例3 (镇江调研改编)如图3,直线
x+2y+5/2=0与圆
x2+y2=1相交于A、B两点,O为原点,则
OA·OB=.
分析:如果直接从代数角度设点,显然比较繁,若能从形的角度立即能将问题转化到圆心到直线距离,及解三角形的问题.
解:,d=
|5/2|
12+22=12.在
Rt△OAD中,
OA=R=1,OD=d=1/2,解得
∠AOD=60°,即
∠AOB=120°.OA·OB
=|OA||OB|
cos∠AOB=cos120°=-1/2.
图4
例4 (全国卷改编)如图4,已知圆O的半径为R, PA,PB为该圆的两条切线,A,B为切点,那么
PA·PB的最小值为 .
分析:从目标式向量数量积的运算思考,可以从坐标运算或定义运算出发,显然定义更方便,本题把切线长转化到圆心距离的问题,抓住圆心与切点连线垂直的几何性质,放到直角三角形中处理,在利用基本不等式即可.
解:PA·PB
=|PA|·|PB|
cos∠APB=PA2cos∠APB=(OP2-R2)(1-2sin2∠APO)=
(OP2-R2)(1-2(ROP)2)=OP2+2
R4OP2-3R2≥
2OP2·2R4OP2
-3R2=(22-3)R.
图5
例5 过直线4x-3y=0上的一点作圆(x-4)2+(y-2)2=1的两条切线
l1,l2,当直线l1,l2关于4x-3y=0对称时,它们之间的夹角为 .
分析:本题从代数运算角度显然很繁杂,通过画图,将其转化为圆心、切点、切线常见模型,不难发现直线上的此点与圆心连线和直线垂直.
解:
连结PC,如图5标记各角,由题意知: ∠BPO=∠DPO=
β,PA、PB是圆的切线,得∠BPC=∠APC=α,
因为2α+2β=π,故
α+β=π/2,即CP⊥OP,d=|4×4-3×2|
42+(-3)2=2,
求得α=π/6故两直线的夹角为π/3.
通过几道典型例题,我们不难发现,高中解析几何有关圆的问题,可以利用圆的几何性质优化解题,巧妙解决一些代数难算难处理的问题,主要原则将问题转化到圆心和半径,因为这是圆的两个最基本的要素,抓住这个原则,解题就会事半功倍,马到成功
图1
例1 (2014年宿迁一模)已知△ABC的三个顶点
A(-1,0),B(1,0),C(3,2)其外接圆为圆H,
(1)若直线l过点C,且被圆H截得的弦长为2,求直线l的方程;
(2)对于线段BH上的任意一点P,若在以C为圆心的圆上都存在不同的两点
M、N,使得点M是线段PN的中点,求圆C的半径r的取值范围.
分析:(1)略.(2)原答案用设点的代数解法,过程繁杂,学生不容易理解,如果从圆的几何图形性质考虑,转化圆心半径的方法,题目非常好懂简单.
解:
由条件求得:线段BH:y=-3x+3(0≤x≤1),
设P(a,-3a+3)(0≤a≤1),作直线PC交圆于S,T由题意PM=MN,MN≤ST.
PS≤PM
恒有PS≤ST,即PC-r≤2r, 化简有
PC≤3r.
问题转化为:当0≤a≤1时
(a-3)2+(-3a+3-2)2≤3r
恒成立.
解得r≥103,又圆与线段必相离,故
d>r,d=|3×3+2-3|
32+12=4105综上
103≤r≤
4105.
图2
例2 (全国卷改编)如图2,设向量
a,b,c,满足
|a|=|b|=2,
a·b=2,
〈a-c,b-c〉=120°, 则
|c|的最大值等于 .
分析:本题从目标向量
c下手,转化坐标,变量太多.而如果注重向量图形及夹角,立即发现出题者意图,考查向量夹角、向量减法、四点共圆.
解:a·b=
|a||b|cosθ=
4cosθ=2,解得
θ=60°,即
∠AOB=60°.又因为∠ACB=120°,故
OABC四点共圆,连接圆心,在
Rt△AOD中,有∠AOD=30°,OA=2,解得|c|
max=2R=OD=433.
图3
例3 (镇江调研改编)如图3,直线
x+2y+5/2=0与圆
x2+y2=1相交于A、B两点,O为原点,则
OA·OB=.
分析:如果直接从代数角度设点,显然比较繁,若能从形的角度立即能将问题转化到圆心到直线距离,及解三角形的问题.
解:,d=
|5/2|
12+22=12.在
Rt△OAD中,
OA=R=1,OD=d=1/2,解得
∠AOD=60°,即
∠AOB=120°.OA·OB
=|OA||OB|
cos∠AOB=cos120°=-1/2.
图4
例4 (全国卷改编)如图4,已知圆O的半径为R, PA,PB为该圆的两条切线,A,B为切点,那么
PA·PB的最小值为 .
分析:从目标式向量数量积的运算思考,可以从坐标运算或定义运算出发,显然定义更方便,本题把切线长转化到圆心距离的问题,抓住圆心与切点连线垂直的几何性质,放到直角三角形中处理,在利用基本不等式即可.
解:PA·PB
=|PA|·|PB|
cos∠APB=PA2cos∠APB=(OP2-R2)(1-2sin2∠APO)=
(OP2-R2)(1-2(ROP)2)=OP2+2
R4OP2-3R2≥
2OP2·2R4OP2
-3R2=(22-3)R.
图5
例5 过直线4x-3y=0上的一点作圆(x-4)2+(y-2)2=1的两条切线
l1,l2,当直线l1,l2关于4x-3y=0对称时,它们之间的夹角为 .
分析:本题从代数运算角度显然很繁杂,通过画图,将其转化为圆心、切点、切线常见模型,不难发现直线上的此点与圆心连线和直线垂直.
解:
连结PC,如图5标记各角,由题意知: ∠BPO=∠DPO=
β,PA、PB是圆的切线,得∠BPC=∠APC=α,
因为2α+2β=π,故
α+β=π/2,即CP⊥OP,d=|4×4-3×2|
42+(-3)2=2,
求得α=π/6故两直线的夹角为π/3.
通过几道典型例题,我们不难发现,高中解析几何有关圆的问题,可以利用圆的几何性质优化解题,巧妙解决一些代数难算难处理的问题,主要原则将问题转化到圆心和半径,因为这是圆的两个最基本的要素,抓住这个原则,解题就会事半功倍,马到成功