王磊 王成功
在解決直線和圓的問題時,大家的解題思路往往受到方程思想的禁錮,只會一味地設(shè)方程、列方程(組)來解決問題,導(dǎo)致有些問題解決起來既繁又雜,甚至做不出來,本文將介紹一類直線與圓中的定點問題,挖掘隱含定點,另辟蹊徑,即可輕松解決.
一、定點與參數(shù)范圍
例1 已知直線l:kx-y+1+2k=0(k∈R)不過第四象限,求k的取值范圍.
閱讀完題干,大部分同學(xué)很困惑,不知從哪下手解決問題,對參數(shù)進行討論是很多同學(xué)可能會想到的一個途徑,但是討論分類的依據(jù)是什么?往哪方面去討論都沒有明確的方向.
此時,如果我們結(jié)合問題——求k的取值范圍,把已知直線方程的k提取公因式,不難發(fā)現(xiàn),方程可化為k(x+2)-y+l=0,不難發(fā)現(xiàn),直線必過定點(-2,1),因此直線不過第四象限,通過圖象易得,直線在y上的截距必須大于等于l.
解 因為直線kx-y+1+2k=0(k∈R)可化為k(x+2)-y+l=0,必過點(-2,1),所以直線不過第四象限,所以2k+l≥1,k≥0.
本題如果不挖掘隱含的定點問題,雖然也能通過設(shè)出方程,分別求出兩坐標(biāo)軸上的交點來解決,但是計算量比較大也容易導(dǎo)致錯誤.
二、定點決定位置關(guān)系
例2直線l:(1+3m)x+(3-2m)y+4m-17=0與圓x2+y2+2x-6y-15=0 的交點個數(shù)是_______.
對于本題同學(xué)們拿到手就有不少思路,思路一:求出圓心到直線的距離,再比較距離和圓半徑的大小關(guān)系進行判斷;思路二:聯(lián)立方程組,利用判別式判斷方程組的解的個數(shù).
這兩種思路顯然都可以解決本題,但是第一種做法距離含有參數(shù),第二種解二元二次方程組計算量太大,顯然這兩種方法都不簡潔.
當(dāng)我們把直線方程處理成(3x-2y+4)m++x+3y-17=0,可知直線必過直線3x-2y+4=0與x+3y-17=0的交點,只需要判斷計算該定點在圓外、圓上還是圓內(nèi)即可.
通過判斷定點與圓的位置關(guān)系,顯然是解決本題的一條捷徑,
例3圓x2+y2-4x+6y=0與圓x2+y2-6x=0相交于A,B兩點,則AB的垂直平分線的方程是_________.
本題很多同學(xué)的解決辦法是,聯(lián)立方程組求出交點A,B及兩點所在直線的斜率,再求中點,根據(jù)兩直線垂直的斜率之間的關(guān)系,確定垂線的斜率,進而得到直線的方程.然而,這樣做計算量已經(jīng)很大了,根據(jù)圓的性質(zhì)可知,兩圓相交時,兩圓心的連線垂直平分公共弦,因此所求直線必然過兩個圓的圓心,這樣無需解方程,直接將點代人直線方程即可,
解 因為圓x2+y2-4x+6y=0與圓x2+y2-6x=0的圓心分別是(2,-3)和(3,0),所以兩圓交線的垂直平分線即為過(2,-3)和(3,0)的直線,易得直線方程為3x-y=0.
三、挖掘定點,巧設(shè)方程
例4 求經(jīng)過直線l1:2x+3y-5=0 和直線l2:3x-2y-3=0的交點,且與直線2x+y-3=0平行的直線方程.
解決本題可以先聯(lián)立方程組,求出交點,再結(jié)合與已知直線平行,求出直線斜率,進而求出直線方程,這樣必需解方程組,難免會有一定的計算,既然所求直線必過兩直線的交點,那么可通過設(shè)過兩條直線交點的直線系方程,再結(jié)合與已知直線平行,無需解方程組即可解決本題.
利用過兩條直線交點的直線系方程,可以在不求交點的情況下輕松求直線方程,
例5 已知兩圓M:x2+y2=10和圓Nx2+y2+2x+2y-14 =0,求過兩圓交點,且圓心在直線x+2y-3=0上的圓的方程,
本題很多同學(xué)的思路是,先聯(lián)立方程組,求出兩圓交點,再設(shè)出圓心,進而利用圓心到兩交點的距離相等,再解方程,得出圓心和半徑,進而求出圓的方程.這種做法需要多次解方程組和解方程,計算量很大,根據(jù)過兩圓交點的圓系方程,我們可以直接設(shè)出直線方程,進而得出圓心,把圓心直接代人直線方程即可求出圓心和所求圓的方程.
通過以上幾例,我們不難看出在解決直線與圓等有關(guān)問題時,如果所給條件或者是多求問題含有定點,充分挖掘出定點,發(fā)揮定點在問題中的作用,就可以另辟蹊徑解決問題,這樣在多數(shù)情況下,都可以起到少解方程少計算,甚至直接得出答案的作用.