王磊 王成功
在解決直線和圓的問題時(shí),不少同學(xué)的解題思路往往受到方程思想的禁錮,只會(huì)一味地設(shè)方程、列方程(組)來解決問題,導(dǎo)致有些問題解決起來既繁義雜,甚至做不出來,本文將介紹一類直線與圓中的定點(diǎn)問題,挖掘隱含定點(diǎn),另辟蹊徑,即可輕松解決,
一、定點(diǎn)與參數(shù)范圍
例1 已知直線l:kx -y+1+2k=0(k∈R)不過第四象限,求k的取值范圍.
閱讀完題干,大部分同學(xué)很困惑,不知從哪下手解決問題,對(duì)參數(shù)進(jìn)行討論是很多同學(xué)可能會(huì)想到的一個(gè)途徑,但是討論分類的依據(jù)是什么?往哪方面去討論都沒有明確的方向,
如果結(jié)合問題——求k的取值范圍,我們可以把所給直線方程整理為點(diǎn)斜式y(tǒng)-1=k(x+1),顯然,直線過定點(diǎn)(-2,1),因此直線不過第四象限,通過作圖易得,直線在y上的截距必須大于或等于1.
解 因?yàn)橹本€kx-y+1+2k=O(k∈R)可化為y-1=k(x+2),必過點(diǎn)(-2,1),所以直線不過第四象限,所以2k+1≥1,k≥0.
本題如果不挖掘隱含的定點(diǎn)問題,雖然也能通過設(shè)出方程,分別求出兩坐標(biāo)軸上的交點(diǎn)來解決,但是計(jì)算量比較大也容易導(dǎo)致錯(cuò)誤.
二、定點(diǎn)決定位置關(guān)系
例2 直線l:(1+3m)x+(3-2m)y+4m-17=0與圓x2+y2+2x-6y-15=0的交點(diǎn)個(gè)數(shù)是____________________.
對(duì)于本題同學(xué)們拿到手就有不少思路,思路一:求出圓心到直線的距離,再比較距離和網(wǎng)半徑的大小關(guān)系進(jìn)行判斷;思路二:聯(lián)立方程組,利用判別式判斷方程組的解的個(gè)數(shù).
這兩種思路雖然都可以解決本題,但是第一種做法中距離含有參數(shù),第二種做法解二元二次方程組計(jì)算量太大,顯然這兩種方法都不簡(jiǎn)潔.
如果我們把直線方程改寫成關(guān)于m的一元一次方程(3x-2y+4)m+x+3y-17=0,可知直線l必過兩條直線3x-2y+4=0與x+3y-17=0的交點(diǎn),然后再判斷計(jì)算該定點(diǎn)在圓外、圓上還是圓內(nèi)即可.
解 依題意,直線l的方程可改寫成(3x-2y+4)m+x+3y-17=0,這個(gè)關(guān)于m的一元一次方程有不止一個(gè)解.所以各項(xiàng)系數(shù)為0,即3x-2y+4=0且x+3y-17=0.也就是直線l必過直線3x-2y+4=O與x+3y-17=0的交點(diǎn),由{ 3x-2y+4=0,x+3y-17=0得交點(diǎn)D為(2,5),又圓心為C(-1,3),則CD=√13.又圖的半徑為5,且√13<5所以點(diǎn)(2,5)在圓內(nèi),故直線與網(wǎng)必有兩個(gè)交點(diǎn).
通過判斷定點(diǎn)與圓的位置關(guān)系,顯然是解決本題的一條捷徑.
例3 圓x2+y2-4x+6y=0與圓x2+y2-6x=0相交于A,B兩點(diǎn),則AB的垂直平分線的方程是_____.
本題很多同學(xué)的解決辦法是,聯(lián)立方程組求出交點(diǎn)A,B及兩點(diǎn)所在直線的斜率,再求中點(diǎn),根據(jù)兩直線垂直的斜率之間的關(guān)系,確定垂線的斜率,進(jìn)而得到直線的方程.顯然,這樣做計(jì)算量很大.其實(shí),根據(jù)圓的性質(zhì)可知,兩圓相交時(shí),兩圓心的連線垂直平分公共弦,因此所求直線必然過兩個(gè)圓的圓心,這樣無需解方程,直接將兩個(gè)圓的圓心坐標(biāo)代人直線方程即可.
解 因?yàn)閳Ax2+y2-4x+6y=0與圓x2+y2-6x=0的圓心分別是C1(2,-3)和C2(3,0),所以兩圓公共弦AB的垂直平分線即為過C1(2,-3)和C2(3,0)的直線,易得直線方程為3x-y- 9=0.
三、挖掘定點(diǎn),巧設(shè)方程
例4 求經(jīng)過直線l:2x+3y-5=O和直線l2:3x-2y-3=0的交點(diǎn),且與直線2x+y-3=0平行的直線方程.
解決本題可以先聯(lián)立方程組,求出交點(diǎn),再結(jié)合與已知直線平行,求出直線斜率,進(jìn)而求出直線方程,這樣必須解方程組.因?yàn)樗笾本€經(jīng)過兩直線的交點(diǎn),所以可通過設(shè)過兩條直線交點(diǎn)的直線系方程,再結(jié)合與已知直線平行,無需解方程組即可解決本題.
解 依題意,可設(shè)直線方程為2x+3y5+λ(3x-2y-3)=0,即(2+3λ)x+(32λ)y-5-3λ=0.又直線與2x+y-3=0平行,所以2+3λ/-(3-2λ)=-2,解得λ=4/7,所以直線方程為26x+13y-47=0.
利用過兩條直線交點(diǎn)的直線系方程,可以在不求交點(diǎn)的情況下輕松求直線方程,
例5 已知兩圓M:x2+y2=1O和圓N:x2+y2 +2x+2y-14=0,求過兩圓交點(diǎn),且圓心在直線x+2y-3=0上的圓的方程.
本題很多同學(xué)的思路是,先聯(lián)立方程組,求出兩圓交點(diǎn),再設(shè)出同心,進(jìn)而利用圓心到兩交點(diǎn)的距離相等,列方程并求解,得到圓心和半徑,進(jìn)而求出圓的方程,這種做法需要多次解方程組和解方程,計(jì)算量很大.我們可以根據(jù)過兩圓交點(diǎn)的圓系方程,直接設(shè)出所求網(wǎng)的方程,進(jìn)而得出圓心,把圓心直接代人直線方程即可求出圓心和所求圓的方程,
解 依題意,可設(shè)所求圓的方程為x2+y2 +2x+2y-14+λ(x2+y2-10)=0,可化簡(jiǎn)為(1 +λ)x2+(1 +λ)y2+ 2x+2y-14-10λ=0,所以圓心坐標(biāo)為(-1/1+λ,-1/1+λ),又圓心在直線x+2y-3=0上,所以λ= -2,所以所求圓的方程為x2+y2-2x-2y-6=0.
通過以上幾例,我們不難看出在解決直線與同等有關(guān)問題時(shí),如果所給條件或者是所求問題含有定點(diǎn),應(yīng)充分挖掘出定點(diǎn),發(fā)揮定點(diǎn)在問題中的作用,就可以另辟蹊徑解決問題.這樣,在多數(shù)情況下,都可以起到少解方程少計(jì)算,甚至直接得出答案的作用.