把圓的標(biāo)準(zhǔn)方程(x-a)2+(y-b)2=r2展開(kāi),得
x2+y2-2ax-2by+a2+b2-r2=0
由于a, b, r均為常數(shù),令-2a=D,-2b=E,a2+b2-r2=F
結(jié)論:任何一個(gè)圓方程可以寫(xiě)成下面形式
x2 +y 2+Dx+Ey+F=0
1.是不是任何一個(gè)形如 x2 +y 2+Dx+Ey+F=0方程表示的曲線都是圓呢?
答案:形如x2+y2+Dx+Ey+F=0的方程不一定是圓的方程.
2.下列方程表示什么圖形?(1)x2+y2-2x+4y+1=0; (2)x2+y2-2x+4y+5 =0;(3)x2+y2-2x+4y+6=0.
(x-1)2+(y+2)2=4
(x-1)2+(y+2)2=0
(x-1)2+(y+2)2=-1
把方程:x2 +y 2+Dx+Ey+F=0配方
(3) 當(dāng)D2+E2-4F<0時(shí),方程無(wú)實(shí)數(shù)解,所以不表示任何圖形.
x2 +y 2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0)
思考:圓的標(biāo)準(zhǔn)方程與一般方程各有什么特點(diǎn)?
(x-a)2+(y-b)2=r2
標(biāo)準(zhǔn)方程易于看出圓心與半徑.
一般方程突出形式上的特點(diǎn).
例1若方程x2+y2+2mx-2y+m2+5m=0表示圓,求:(1)實(shí)數(shù)m的取值范圍;(2)圓心坐標(biāo)和半徑.
(1)據(jù)題意知D2+E2-4F=(2m)2+(-2)2-4(m2+5m)>0,
即4m2+4-4m2-20m>0,
已知曲線C:x2+y2-4mx+2my+20m-20=0.求證:當(dāng)m≠2時(shí),曲線C是一個(gè)圓,且圓心在一條直線上.
∵D=-4m,E=2m,F(xiàn)=20m-20,∴D2+E2-4F=16m2+4m2-80m+80=20(m-2)2.又m≠2,∴(m-2)2>0,∴D2+E2-4F>0,即曲線C是一個(gè)圓.
設(shè)圓心坐標(biāo)為(x,y),
消去m,得x+2y=0,
即圓心在直線x+2y=0上.
法一(待定系數(shù)法):設(shè)圓的方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0),將P,Q的坐標(biāo)分別代入上式,
令x=0,得y2+Ey+F=0,
∴(y1-y2)2=(y1+y2)2-4y1y2=E2-4F=48.
故所求方程為x2+y2-2x-12=0或x2+y2-10x-8y+4=0.
利用待定系數(shù)法求圓的方程的解題策略(1)如果由已知條件容易求得圓心坐標(biāo)、半徑或需利用圓心的坐標(biāo)或半徑列方程,一般采用圓的標(biāo)準(zhǔn)方程,再用待定系數(shù)法求出a,b,r;(2)如果已知條件與圓心和半徑都無(wú)直接關(guān)系,一般采用圓的一般方程,再用待定系數(shù)法求出常數(shù)D,E,F(xiàn).    
角度一 直接法求動(dòng)點(diǎn)的軌跡方程
設(shè)點(diǎn)M的坐標(biāo)是(x,y),
化簡(jiǎn),得x2+y2+2x-3=0,即所求軌跡方程為(x+1)2+y2=4.
角度二 代入法求動(dòng)點(diǎn)的軌跡方程[例4] 已知點(diǎn)P在圓C:x2+y2-8x-6y+21=0上運(yùn)動(dòng),求線段OP的中點(diǎn)M的軌跡方程.
設(shè)點(diǎn)M(x,y),點(diǎn)P(x0,y0),
∵點(diǎn)P(x0,y0)在圓C:x2+y2-8x-6y+21=0上,
∴(2x)2+(2y)2-8×2x-6×2y+21=0,
角度三 定義法求動(dòng)點(diǎn)的軌跡方程例5已知直角△ABC的斜邊為AB,且A(-1,0),B(3,0),求直角頂點(diǎn)C的軌跡方程.
法一:設(shè)頂點(diǎn)C(x,y),因?yàn)锳C⊥BC,且A,B,C三點(diǎn)不共線,所以x≠3,且x≠-1.
且kAC·kBC=-1,
化簡(jiǎn),得x2+y2-2x-3=0.
所以直角頂點(diǎn)C的軌跡方程為x2+y2-2x-3=0(x≠3,且x≠-1).
法二:同法一,得x≠3,且x≠-1.由勾股定理,得|AC|2+|BC|2=|AB|2,即(x+1)2+y2+(x-3)2+y2=16,
法三:設(shè)AB的中點(diǎn)為D,由中點(diǎn)坐標(biāo)公式,得D(1,0).
由圓的定義,知?jiǎng)狱c(diǎn)C的軌跡是以D(1,0)為圓心,以2為半徑長(zhǎng)的圓(因?yàn)锳,B,C三點(diǎn)不共線,所以應(yīng)除去與x軸的交點(diǎn)).設(shè)C(x,y),則直角頂點(diǎn)C的軌跡方程為(x-1)2+y2=4(x≠3,且x≠-1).

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2.4 圓的方程

版本: 人教A版 (2019)

年級(jí): 選擇性必修 第一冊(cè)

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