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2.3 特殊位置关系

一次函数 · 初二
讲清楚它是什么

定义 研究直线与圆、圆与圆之间相切、相交、相离等位置关系的几何性质及判定方法。

从哪来 本节为初二数学第1讲起点,未记录前置知识点,基于初中几何基础概念(点、线、圆)直接引入。

为什么 位置关系本质是“距离”与“半径”的数量比较。 1. 直线与圆:圆心到直线的距离 $d$ 与半径 $r$ 比较。若 $d < r$,直线穿过圆内部(相交);若 $d = r$,直线刚好碰到圆边缘(相切);若 $d > r$,直线在圆外(相离)。这是由垂线段最短原理决定的。 2. 圆与圆:两圆圆心距 $d$ 与两半径 $R, r$ 的和差比较。若 $d > R+r$,两圆分离(外离);若 $d = R+r$,两圆外切;若 $|R-r| < d < R+r$,两圆相交;若 $d = |R-r|$,两圆内切;若 $d < |R-r|$,两圆内含。这是由三角形三边关系(两边之和大于第三边,两边之差小于第三边)推广而来的极限情况。

动态演示法
适合视觉型/直观思维型学生。 用动画或实物(如硬币和直尺)演示:固定一个圆,移动一条直线,观察直线从圆外进入圆内再到圆外的过程,重点捕捉“只有一个公共点”的瞬间(相切)。再演示两个圆从分离到接触再到重叠的过程。强调“公共点个数”是判断位置关系的直观标志,而“距离与半径关系”是背后的数学本质。
代数推导法
适合逻辑型/抽象思维型学生。 从定义出发,建立坐标系。设圆心为 $(0,0)$,半径为 $r$,直线方程为 $Ax+By+C=0$。利用点到直线距离公式 $d = \frac{|C|}{\sqrt{A^2+B^2}}$,直接比较 $d$ 与 $r$ 的大小。对于两圆,设圆心距为 $d$,半径为 $R, r$,通过解方程组(联立两圆方程)判别式 $\Delta$ 的符号来判断交点个数,从而推导位置关系。强调“数形结合”中“以数解形”的严谨性。
生活类比法
适合经验型/感性思维型学生。 用“两辆车在环形跑道上的位置”类比。 - 直线与圆:想象一个圆形花坛(圆),一条笔直的马路(直线)。马路离花坛中心远($d>r$)就碰不到花(相离);刚好擦着花坛边($d=r$)就切到花(相切);穿过花坛($d圆与圆:想象两个车轮(圆)。两车离得远($d>R+r$)是外离;车轮刚碰到($d=R+r$)是外切;车轮部分重叠($|R-r|
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练一道
基础题
已知圆 $O$ 的半径 $r=5$,圆心 $O$ 到直线 $l$ 的距离 $d=5$,判断直线 $l$ 与圆 $O$ 的位置关系。
变式
已知两圆 $O_1$ 和 $O_2$,半径分别为 $R=8$ 和 $r=3$,圆心距 $d=5$,判断两圆的位置关系。
试试手自己判
检测题
已知圆 $C$ 的方程为 $x^2 + y^2 = 4$,直线 $l$ 的方程为 $x + y - 2 = 0$,判断直线 $l$ 与圆 $C$ 的位置关系。
看答案和判分标准
答案:相切。
判对标准:
1. 正确识别圆心 $(0,0)$ 和半径 $r=2$。
2. 正确计算圆心到直线的距离 $d = \frac{|0+0-2|}{\sqrt{1^2+1^2}} = \frac{2}{\sqrt{2}} = \sqrt{2}$。
*注:此处原题设计有误,$d=\sqrt{2} \approx 1.414 < 2$,应为相交。修正题目:直线 $l$ 为 $x+y-2\sqrt{2}=0$,则 $d = \frac{2\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = 2 = r$,相切。*
修正后题目:已知圆 $C$ 的方程为 $x^2 + y^2 = 4$,直线 $l$ 的方程为 $x + y - 2\sqrt{2} = 0$,判断直线 $l$ 与圆 $C$ 的位置关系。
修正后答案:相切。
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