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例3:直线与圆相交

圆的方程及直线与圆的位置关系 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 直线与圆相交指直线与圆有两个公共点,此时圆心到直线的距离小于圆的半径。

从哪来 基于“点到直线的距离”公式计算圆心到直线的垂直距离,结合“两点间距离”判断半径,进而通过比较二者大小确定位置关系。

为什么 直线与圆的位置关系本质是几何距离的代数化。圆心是圆的“核心”,半径是圆的“边界”。若圆心到直线的垂直距离 $d$ 小于半径 $r$,说明直线“穿过”了圆的内部区域,必然在两侧各有一个交点;若 $d=r$ 则相切(一个交点);若 $d>r$ 则相离(无交点)。这是将几何直观转化为代数不等式 $d < r$ 的过程。

代数法(判别式法)
联立直线方程 $Ax+By+C=0$ 与圆方程 $(x-a)^2+(y-b)^2=r^2$,消元得到一元二次方程,计算判别式 $\Delta = B^2-4AC$。若 $\Delta > 0$,则有两个不同实根,即相交。
适合:计算能力强、喜欢逻辑推导、对几何直观不敏感的学生。
几何法(距离比较法)
利用“点到直线的距离”公式 $d = \frac{|Aa+Bb+C|}{\sqrt{A^2+B^2}}$ 计算圆心 $(a,b)$ 到直线的距离,直接比较 $d$ 与 $r$ 的大小。若 $d < r$,则相交。
适合:几何直觉好、计算量敏感、希望快速解题的学生。
数形结合法(动态演示)
先画出圆,再画出直线。通过动画或手势演示直线平移过程,观察交点从0个变1个再变2个的过程,强调“距离”这个核心变量。
适合:抽象思维较弱、依赖视觉辅助、需要建立几何模型的学生。
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练一道
基础题
判断直线 $x + y - 2 = 0$ 与圆 $x^2 + y^2 = 1$ 的位置关系。
变式
已知圆 $C: (x-1)^2 + (y-2)^2 = 4$,直线 $l: mx - y + 1 = 0$。若直线与圆相交,求 $m$ 的取值范围。
试试手自己判
检测题
直线 $3x + 4y - 5 = 0$ 与圆 $x^2 + y^2 = 4$ 的位置关系是?
看答案和判分标准
答案:相离。
判对标准:
1. 正确识别圆心 $(0,0)$ 和半径 $r=2$。
2. 正确计算距离 $d = \frac{|-5|}{\sqrt{3^2+4^2}} = \frac{5}{5} = 1$。
3. 正确比较 $d=1 < r=2$,得出相交结论。
*(注:若学生答相离,说明计算错误;若答相切,说明比较错误)*
修正:题目设计需确保相交。改题:直线 $3x + 4y - 1 = 0$ 与圆 $x^2 + y^2 = 4$。
$d = \frac{|-1|}{5} = 0.2 < 2$,相交。
最终检测题:直线 $3x + 4y - 1 = 0$ 与圆 $x^2 + y^2 = 4$ 的位置关系是?
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