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第十章 直线与圆的方程
一、基础知识
1．解析几何的研究对象是曲线与方程。解析法的实质是用代数的方法研究几何.首先是通过映射建立曲线与方程的关系，即如果一条曲线上的点构成的集合与一个方程的解集之间存在一一映射，则方程叫做这条曲线的方程，这条曲线叫做方程的曲线。如x+y=1是以原点为圆心的单位圆的方程。
2 求曲线方程的一般步骤：(1)建立适当的直角坐标系；(2)写出满足条件的点的集合；(3)用坐标表示条件，列出方程；(4)化简方程并确定未知数的取值范围；（5）证明适合方程的解的对应点都在曲线上，且曲线上对应点都满足方程（实际应用常省略这一步）。
3．直线的倾斜角和斜率：直线向上的方向与x轴正方向所成的小于180的正角，叫做它的倾斜角。规定平行于x轴的直线的倾斜角为0，倾斜角的正切值（如果存在的话）叫做该直线的斜率。根据直线上一点及斜率可求直线方程。
4．直线方程的几种形式：（1）一般式：Ax+By+C=0；（2）点斜式：y-y0=k(x-x0)；（3）斜截式：y=kx+b；（4）截距式：
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x?x1y?y1xy（5）两点式：；（6）法线式方程：xcos??1；?abx2?x1y2?y1??x?x0?tcos?θ+ysinθ=p（其中θ为法线倾斜角，|p|为原点到直线的距离）；（7）参数式：???y?y0?tsin?（其中θ为该直线倾斜角），t的几何意义是定点P0（x0, y0）到动点P（x, y）的有向线段的数量（线段的长度前添加正负号，若P0P方向向上则取正，否则取负）。
5．到角与夹角：若直线l1, l2的斜率分别为k1, k2，将l1绕它们的交点逆时针旋转到与l2重合所转过的最小正角叫l1到l2的角；l1与l2所成的角中不超过90的正角叫两者的夹角。若记到角为θ，夹角为α，则tanθ=
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k?k1k2?k1,tanα=2.
1?k1k21?k1k26．平行与垂直：若直线l1与l2的斜率分别为k1, k2。且两者不重合，则l1//l2的充要条件是k1=k2；l1?l2的充要条件是k1k2=-1。
7．两点P1(x1, y1)与P2(x2, y2)间的距离公式：|P1P2|=(x1?x2)?(y1?y2)。 8．点P(x0, y0)到直线l: Ax+By+C=0的距离公式：d?22|Ax0?By0?C|A?B22。
9．直线系的方程：若已知两直线的方程是l1：A1x+B1y+C1=0与l2：A2x+B2y+C2=0，则过l1, l2
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交点的直线方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2=0；由l1与l2组成的二次曲线方程为（A1x+B1y+C1）（A2x+B2y+C2）=0；与l2平行的直线方程为A1x+B1y+C=0(C?C1).
10．二元一次不等式表示的平面区域，若直线l方程为Ax+By+C=0. 若B>0，则Ax+By+C>0表示的区域为l上方的部分，Ax+By+C<0表示的区域为l下方的部分。
11．解决简单的线性规划问题的一般步骤：（1）确定各变量，并以x和y表示；（2）写出线性约束条件和线性目标函数；（3）画出满足约束条件的可行域；（4）求出最优解。 12．圆的标准方程：圆心是点(a, b)，半径为r的圆的标准方程为(x-a)+(y-b)=r，其参数方程为?2
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?x?a?rcos?（θ为参数）。
y?b?rsin??2
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13．圆的一般方程：x+y+Dx+Ey+F=0(D+E-4F>0)。其圆心为???DE?,??，半径为?22?1D2?E2?4F。若点P(x0, y0)为圆上一点，则过点P的切线方程为 2?x0?x??y0?y????x0x?y0y?D??E?????F?0. ① 22????14．根轴：到两圆的切线长相等的点的轨迹为一条直线（或它的一部分），这条直线叫两圆的根轴。给定如下三个不同的圆：x2+y2+Dix+Eiy+Fi=0, i=1, 2, 3. 则它们两两的根轴方程分别为(D1-D2)x+(E1-E2)y+(F1-F2)=0; (D2-D3)x+(E2-E3)y+(F2-F3)=0; (D3-D1)x+(E3-E1)y+(F3-F1)=0。不难证明这三条直线交于一点或者互相平行，这就是著名的蒙日定理。 二、方法与例题
1．坐标系的选取：建立坐标系应讲究简单、对称，以便使方程容易化简。
例1 在ΔABC中，AB=AC，∠A=90，过A引中线BD的垂线与BC交于点E，求证：∠ADB=∠CDE。
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例2 半径等于某个正三角形高的圆在这个三角形的一条边上滚动。证明：三角形另两条边截圆所得的弧所对的圆心角为60。
2．到角公式的使用。
例3 设双曲线xy=1的两支为C1，C2，正ΔPQR三顶点在此双曲线上，求证：P，Q，R不可能在双曲线的同一支上。
3．代数形式的几何意义。 例4 求函数f(x)?
4．最值问题。
例5 已知三条直线l1: mx-y+m=0, l2: x+my-m(m+1)=0, l3: (m+1)x-y+m+1=0围成ΔABC，求m为何值时，ΔABC的面积有最大值、最小值。
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x4?3x2?6x?13?x4?x2?1的最大值。
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5．线性规划。
?1?x?y?4,例6 设x, y满足不等式组?
y?2?|2x?3|.?（1）求点(x, y)所在的平面区域；
（2）设a>-1，在（1）区域里，求函数f(x,y)=y-ax的最大值、最小值。
6．参数方程的应用。
例7 如图10-5所示，过原点引直线交圆x+(y-1)=1于Q点，在该直线上取P点，使P到直线y=2的距离等于|PQ|，求P点的轨迹方程。
7．与圆有关的问题。
例8 点A，B，C依次在直线l上，且AB=ABC，过C作l的垂线，M是这条垂线上的动点，以A为圆心，AB为半径作圆，MT1与MT2是这个圆的切线，确定ΔAT1T2垂心 的轨迹。
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例9 已知圆x+y=1和直线y=2x+m相交于A，B，且OA，OB与x轴正方向所成的角是α和β，见图10-7，求证：sin(α+β)是定值。
例10 已知⊙O是单位圆，正方形ABCD的一边AB是⊙O的弦，试确定|OD|的最大值、最小值。
例11 当m变化且m≠0时，求证：圆(x-2m-1)+(y-m-1)=4m的圆心在一条定直线上，并求这一系列圆的公切线的方程。
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高中数学竞赛教案讲义直线与圆的方程
