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二、切线方程

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 过圆上一点且垂直于该点半径的直线方程,即 $y-y_0=k(x-x_0)$ 或一般式。

从哪来 基于一、两点间距离确定圆心与切点半径长度,结合三、交点判定直线与圆仅有一个公共点。

为什么 切线的本质是直线与圆只有一个交点。几何上,半径垂直于切线;代数上,联立直线与圆方程后,判别式 $\Delta=0$。利用“垂直”斜率乘积为-1,比解方程组更直接高效。

几何直观法
画图强调“半径 $\perp$ 切线”。先求圆心 $C$ 到切点 $P$ 的斜率 $k_{CP}$,再取负倒数得切线斜率 $k$。
适合:空间想象力强、偏好图形几何关系的视觉型学生。
代数推导法
设切线方程,联立圆方程,令判别式 $\Delta=0$ 解出斜率。强调这是通法,即使不知道垂直关系也能用。
适合:逻辑严密、偏好计算推导、对几何直觉不敏感的理性型学生。
公式记忆法
直接给出公式 $x_0x + y_0y = r^2$(针对 $x^2+y^2=r^2$)。通过特例验证公式正确性,快速解题。
适合:应试压力大、追求解题速度、基础扎实的记忆型学生。
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练一道
基础题
求圆 $x^2+y^2=4$ 在点 $P(1, \sqrt{3})$ 处的切线方程。 解: 1. 圆心 $O(0,0)$,切点 $P(1, \sqrt{3})$。 2. 半径 $OP$ 斜率 $k_{OP} = \frac{\sqrt{3}-0}{1-0} = \sqrt{3}$。 3. 切线斜率 $k = -\frac{1}{k_{OP}} = -\frac{\sqrt{3}}{3}$。 4. 点斜式:$y - \sqrt{3} = -\frac{\sqrt{3}}{3}(x - 1)$。 5. 整理得:$\sqrt{3}x + 3y - 4\sqrt{3} = 0$ 或 $x + \sqrt{3}y - 4 = 0$。
变式
求圆 $(x-1)^2+(y-2)^2=5$ 在点 $P(4, 1)$ 处的切线方程。 解: 1. 圆心 $C(1,2)$,切点 $P(4,1)$。 2. 半径 $CP$ 斜率 $k_{CP} = \frac{1-2}{4-1} = -\frac{1}{3}$。 3. 切线斜率 $k = -\frac{1}{k_{CP}} = 3$。 4. 点斜式:$y - 1 = 3(x - 4)$。 5. 整理得:$3x - y - 11 = 0$。
试试手自己判
检测题
求圆 $x^2+y^2=1$ 在点 $(\frac{\sqrt{2}}{2}, \frac{\sqrt{2}}{2})$ 处的切线方程。
看答案和判分标准
答案:$x + y - \sqrt{2} = 0$
判对标准:
1. 斜率计算正确:$k_{radius} = 1 \Rightarrow k_{tangent} = -1$。
2. 代入点斜式无误。
3. 最终化简为一般式且系数最简。
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