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6.1 两圆位置关系

直线与圆的方程 · 高二
讲清楚它是什么

定义 平面内两圆圆心距 $d$ 与半径 $R, r$ 的大小关系决定两圆相离、相切或相交。

从哪来 本节为高二解析几何起点,基于初中“圆的基本性质”及“两点间距离公式”构建。

为什么 两圆位置本质是圆心相对位置与半径覆盖范围的博弈。圆心距 $d$ 是两圆“骨架”的距离,半径 $R, r$ 是“血肉”的延伸。 1. 相离:骨架距离大于血肉总和($d > R+r$),两圆无法触及。 2. 相切:骨架距离恰好等于血肉总和(外切 $d=R+r$)或差值(内切 $d=|R-r|$),两圆仅有一点接触。 3. 相交:骨架距离小于总和但大于差值($|R-r| < d < R+r$),血肉相互渗透,产生两个交点。 4. 内含:骨架距离小于差值($d < |R-r|$),小圆完全被大圆包裹。 此逻辑源于三角形三边关系(两边之和大于第三边,两边之差小于第三边)在极限情况下的几何推广。

直观演示法
适合视觉型/直觉型学生。 利用两个不同大小的硬纸板圆片,固定其中一个,移动另一个。让学生观察圆心连线长度变化时,两圆接触状态的变化。重点标记“外切”和“内切”的临界瞬间,让学生亲手测量 $d, R, r$ 并验证不等式。强调“动中取静”,将动态过程定格为静态的数量关系。
代数推导法
适合逻辑型/抽象型学生。 从联立方程组入手。设两圆方程为 $(x-x_1)^2+(y-y_1)^2=R^2$ 和 $(x-x_2)^2+(y-y_2)^2=r^2$。两圆有公共点 $\iff$ 方程组有实数解。通过消元或几何意义分析,导出判别式或距离条件。重点讲解为何 $d$ 与 $R, r$ 的关系等价于方程组解的个数(0, 1, 2)。强调解析几何中“形”与“数”的严格对应。
分类讨论法
适合思维严谨/易混淆学生。 构建决策树。第一步:判断 $R$ 与 $r$ 是否相等。 - 若 $R=r$:排除内切、内含,只可能外离、外切、相交。 - 若 $R \neq r$:五种情况全存在。 第二步:计算 $d$。 第三步:代入区间判断。 提供一张“位置关系判定表”,强制学生按顺序填空,避免漏判“内切”或“内含”。强调边界条件(等号)的归属。
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练一道
基础题
已知圆 $O_1: x^2+y^2=4$,圆 $O_2: (x-3)^2+(y-4)^2=1$。判断两圆位置关系。
变式
已知圆 $C_1: x^2+y^2-2x-4y+4=0$ 与圆 $C_2: x^2+y^2+2x+2y-8=0$ 相交,求公共弦所在直线方程。
试试手自己判
检测题
若两圆 $x^2+y^2=R^2$ 与 $(x-a)^2+y^2=r^2$ 有且仅有一个公共点,且 $R > r > 0$,求 $a$ 的值。
看答案和判分标准
答案:$a = R+r$ 或 $a = R-r$。
判对标准:
1. 学生需识别出“有且仅有一个公共点”意味着两圆相切。
2. 需区分外切和内切两种情况。
3. 外切时,圆心距 $|a| = R+r$,故 $a = \pm(R+r)$。
4. 内切时,圆心距 $|a| = R-r$,故 $a = \pm(R-r)$。
5. 若只答出一种情况(如仅外切),判为半对;若未考虑正负号(即 $a$ 可正可负),判为不完整。完整答案应包含 $\pm(R+r)$ 和 $\pm(R-r)$ 或明确写出 $a = \pm(R+r)$ 或 $a = \pm(R-r)$。
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