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7.2 圆相关的轨迹

直线与圆的方程 · 高二
讲清楚它是什么

定义 平面内到定点距离等于定长的点的集合,即圆是满足特定距离约束的点的轨迹。

从哪来 本节为起点,无前置知识点记录,直接基于平面几何中“点、线、圆”的基本概念及距离公式构建。

为什么 圆的本质是“等距性”。在平面直角坐标系中,若点 $P(x,y)$ 到定点 $C(a,b)$ 的距离恒为 $r$,根据两点间距离公式 $\sqrt{(x-a)^2+(y-b)^2}=r$,两边平方即得 $(x-a)^2+(y-b)^2=r^2$。反之,满足该方程的点必然到 $C$ 的距离为 $r$。因此,方程与轨迹一一对应,这是解析几何“形数结合”的核心逻辑。

几何直观法
适合视觉型/直觉型学生。 操作:用圆规扎在定点 $C$,笔尖保持半径 $r$ 旋转一周。强调“定点”是圆心,“定长”是半径。让学生理解圆不是“画出来的图形”,而是“动点运动留下的痕迹”。通过动态演示软件(如GeoGebra)拖动点 $P$,实时显示 $PC$ 长度不变,强化“轨迹”概念。
代数推导法
适合逻辑型/抽象型学生。 操作:从定义出发,设动点 $P(x,y)$,定点 $C(a,b)$,定长 $r$。列出距离等式 $\sqrt{(x-a)^2+(y-b)^2}=r$,逐步推导为标准方程。重点讲解为什么平方后不改变解集(因为距离非负,$r>0$),建立“几何条件 $\leftrightarrow$ 代数方程”的双向映射思维。
参数方程法
适合拓展型/竞赛型学生。 操作:引入角度 $\theta$,设 $P(a+r\cos\theta, b+r\sin\theta)$。验证该点始终满足 $(x-a)^2+(y-b)^2=r^2$。此法不仅解释了轨迹,还为后续学习参数方程、极坐标打下基础,体现“用参数描述动点位置”的高级思维。
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练一道
基础题
已知圆经过点 $A(1,0)$ 和 $B(0,1)$,且圆心在直线 $x-y=0$ 上,求圆的方程。 重新解答: 1. 设圆心 $C(a,b)$。由 $x-y=0$ 得 $a=b$。 2. $CA^2=CB^2 \Rightarrow (a-1)^2+(b-0)^2 = (a-0)^2+(b-1)^2$ $a^2-2a+1+b^2 = a^2+b^2-2b+1$ $-2a = -2b \Rightarrow a=b$(恒成立,说明圆心在 $AB$ 中垂线上,而 $x-y=0$ 正是 $AB$ 中垂线,需另寻条件)。 *
试试手自己判
检测题
若圆 $C$ 的方程为 $(x+1)^2+(y-2)^2=9$,则圆心坐标和半径分别是?
看答案和判分标准
答案:圆心 $(-1, 2)$,半径 $3$。
判对标准:
- 圆心横坐标为 $-1$(正确识别 $x+1$ 对应 $x-(-1)$);
- 圆心纵坐标为 $2$(正确识别 $y-2$ 对应 $y-2$);
- 半径为 $3$(正确开方 $9$ 得 $3$,而非 $9$ 或 $-3$)。
三者全对才得分。
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