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在解析几何中,有关圆的问题是比较常见的,本文就解决这类问题体现的数学思想进行简单的分析。
1.函数与方程思想
函数与方程思想在圆的方程中应用较广泛,在求圆的方程、直线与圆的交点、圆与圆的交点等问题时都要用到函数与方程思想。
例1已知直线x+2y-3=0与圆x2+y2+x-6y+m=0相交于P,Q两点,且OP⊥OQ(O为坐标原点),求实数m的值。
分析:由于OP⊥OQ,若设点P(x1,y1),Q(x2,y2),则y1x1·y2x2=-1。由点P,Q在圆及直线上,可借助方程组求解。
解:由题意设P(x1,y1),Q(x2,y2)。
由方程组x+2y-3=0,x2+y2+x-6y+m=0,消去y得5x2+10x+4m-27=0。
则由韦达定理得x1+x2=-2,x1x2=4m-275,
y1y2=m+125。
因为直线OP,OQ的斜率分别为kOP=y1x1,kOQ=y2x2。
又因为OP⊥OQ,所以kOP·kOQ=-1,即y1x1·y2x2=-1,
所以x1x2+y1y2=0,即4m-275+m+125=0,
解得m=3。
2.转化思想
与圆有关的最值问题可借助图形的性质考查所给式子的几何意义,一般情况下有:
(1)形如u=y-bx-a的最值问题可转化为动直线的斜率问题;
(2)形如t=ax+by的最值问题可转化为动直线的截距问题;
(3)形如(x-a)2+(y-b)2的最值問题可转化为动点到定点的距离问题。
例2已知实数x,y满足方程(x-3)2+(y-3)2=6,求:
(1)yx的最大值与最小值;
(2)x+y的最大值与最小值。
解:(1)设点P(x,y),则点P的轨迹就是已知圆C:(x-3)2+(y-3)2=6。而yx的几何意义就是直线OP的斜率,设yx=k,则直线OP的方程为kx-y=0。
结合图1知:当直线OP与圆相切时,斜率取得最值。
因为点C(3,3)到直线kx-y=0的距离d=3k-3k2+1,
所以当3k-3k2+1=6,即k=3±22时,直线OP与圆相切。
故yx的最大值与最小值分别为3+22与3-22。
(2)设x+y=b,则y=-x+b。
结合图1知:当直线与圆C相切时,截距b取得最值。
而圆心C(3,3)到直线y=-x+b的距离d=6-b2。
所以当6-b2=6,即b=6±23时,直线y=-x+b与圆C相切。
所以x+y的最大值与最小值分别为6+23与6-23。
思考:解决此类问题应先从代数演算入手,给代数表达式赋予几何意义,或看成某几何量的大小,把问题转化为求此几何量的最值。再根据图形的几何性质,观察出最值出现的位置,从而求出代数表达式的最值。这是解决代数问题的常用方法。
作者单位:湖南省长沙市第一中学1506班
1.函数与方程思想
函数与方程思想在圆的方程中应用较广泛,在求圆的方程、直线与圆的交点、圆与圆的交点等问题时都要用到函数与方程思想。
例1已知直线x+2y-3=0与圆x2+y2+x-6y+m=0相交于P,Q两点,且OP⊥OQ(O为坐标原点),求实数m的值。
分析:由于OP⊥OQ,若设点P(x1,y1),Q(x2,y2),则y1x1·y2x2=-1。由点P,Q在圆及直线上,可借助方程组求解。
解:由题意设P(x1,y1),Q(x2,y2)。
由方程组x+2y-3=0,x2+y2+x-6y+m=0,消去y得5x2+10x+4m-27=0。
则由韦达定理得x1+x2=-2,x1x2=4m-275,
y1y2=m+125。
因为直线OP,OQ的斜率分别为kOP=y1x1,kOQ=y2x2。
又因为OP⊥OQ,所以kOP·kOQ=-1,即y1x1·y2x2=-1,
所以x1x2+y1y2=0,即4m-275+m+125=0,
解得m=3。
2.转化思想
与圆有关的最值问题可借助图形的性质考查所给式子的几何意义,一般情况下有:
(1)形如u=y-bx-a的最值问题可转化为动直线的斜率问题;
(2)形如t=ax+by的最值问题可转化为动直线的截距问题;
(3)形如(x-a)2+(y-b)2的最值問题可转化为动点到定点的距离问题。
例2已知实数x,y满足方程(x-3)2+(y-3)2=6,求:
(1)yx的最大值与最小值;
(2)x+y的最大值与最小值。
解:(1)设点P(x,y),则点P的轨迹就是已知圆C:(x-3)2+(y-3)2=6。而yx的几何意义就是直线OP的斜率,设yx=k,则直线OP的方程为kx-y=0。
结合图1知:当直线OP与圆相切时,斜率取得最值。
因为点C(3,3)到直线kx-y=0的距离d=3k-3k2+1,
所以当3k-3k2+1=6,即k=3±22时,直线OP与圆相切。
故yx的最大值与最小值分别为3+22与3-22。
(2)设x+y=b,则y=-x+b。
结合图1知:当直线与圆C相切时,截距b取得最值。
而圆心C(3,3)到直线y=-x+b的距离d=6-b2。
所以当6-b2=6,即b=6±23时,直线y=-x+b与圆C相切。
所以x+y的最大值与最小值分别为6+23与6-23。
思考:解决此类问题应先从代数演算入手,给代数表达式赋予几何意义,或看成某几何量的大小,把问题转化为求此几何量的最值。再根据图形的几何性质,观察出最值出现的位置,从而求出代数表达式的最值。这是解决代数问题的常用方法。
作者单位:湖南省长沙市第一中学1506班