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知识点深化 · 解析几何 · 圆的方程

圆的方程:标准式、一般式与位置关系

一个圆由圆心和半径唯一确定。这一站掌握圆的两种方程(标准式 (x−a)²+(y−b)²=r²、一般式 x²+y²+Dx+Ey+F=0),以及点、直线、圆与圆的三种位置关系判断。直线与圆相切、相交是高考大题的高频场景。

① 这一课怎么学(小白 4 步法)

总用时约 70 分钟,分 4 步,一步都别跳:

1认(15 分钟)
看第③:圆心半径怎么从方程里读出来。
2化(15 分钟)
练第④:一般式配方成标准式。
3判(25 分钟)
做第⑥⑩:用 d 与 r 比大小判位置。
4背(15 分钟)
背第⑧:弦长公式、切线求法。
小目标① 由一般式配方求圆心半径;② 用 d 与 r 判断直线与圆位置;③ 会求圆的切线。

② 一图看懂全课(思维导图)

先有地图再走路:本知识共分这几大块,学完每块回来打勾。

圆的方程
完整体系
→
标准式
(x−a)²+(y−b)²=r²
圆心(a,b)
半径 r
→
一般式
x²+y²+Dx+Ey+F=0
配方求心
r²=(D²+E²)/4−F
→
点与圆
d
d=r 在圆上
d>r 在圆外
→
线与圆
d
d=r 相切
d>r 相离
→
圆与圆
d>R+r 外离
d=R±r 相切
|R−r|

③ 先认识它:圆心和半径是圆的全部

圆的定义:到定点(圆心)距离等于定长(半径)的点的集合。标准式 (x−a)²+(y−b)²=r² 一眼读出圆心 (a,b)、半径 r。

(a,b) r
一般式配方x²+y²+Dx+Ey+F=0 配方得 (x+D/2)²+(y+E/2)²=(D²+E²)/4−F。圆心 (−D/2,−E/2),半径 r=√((D²+E²)/4−F)。右边必须 >0 才是圆。

④ 完整公式 / 体系表

关系判定(d 为距离)结论
点 P 与圆dr内 / 上 / 外
直线与圆d相交(两交点,弦长)
直线与圆d=r相切(一切点)
直线与圆d>r相离(无交点)
两圆d>R+r外离
两圆d=R+r外切
两圆|R−r|相交
两圆d=|R−r|内切
两圆d<|R−r|内含
弦长公式
直线截圆所得弦长 = 2√(r² − d²),d 为圆心到直线距离。
过圆上一点 (x₀,y₀) 的切线:(x₀−a)(x−a)+(y₀−b)(y−b)=r²。

⑤ 用法场景与典型例题

例:判断直线 3x+4y−5=0 与圆 x²+y²=4 的位置关系。圆心 (0,0),r=2。d=|−5|/5=1<2,相交。弦长=2√(4−1)=2√3。

d<r 即相交,再用弦长公式。

例:求过圆 x²+y²=4 上点 (1,√3) 的切线。切线:1·x+√3·y=4,即 x+√3y−4=0。

易错再提醒① 一般式 x²+y²+Dx+Ey+F=0 表示圆的前提是 D²+E²−4F>0;② 求切线时,过圆外一点有两条切线,别漏;③ 两圆公共弦方程=两圆方程相减。这些小结论在选择填空中高频出现。

典型真题精练

题:圆 C 过 (0,0)、(4,0)、(0,2),求方程。
解:设一般式 x²+y²+Dx+Ey+F=0。代 (0,0) 得 F=0;代 (4,0) 得 D=−4;代 (0,2) 得 E=−2。配方 (x−2)²+(y−1)²=5。

⑥ 高频错误诊断

错误 1一般式配方符号错
✗ → ✓ 圆心写成 (D/2,E/2)
圆心是 (−D/2,−E/2)。
错误 2把 d 与 r 比反
✗ → ✓ d>r 说成相交
d
错误 3弦长公式漏 2
✗ → ✓ 弦长=√(r²−d²)
弦长=2√(r²−d²)。
错误 4一般式右边≤0还当圆
✗ → ✓ r²≤0 不是圆
r²>0 才是圆方程,否则点圆/无轨迹。

⑦ 考点与真题演练(紫 tag)

题型怎么考应对
求方程给圆心半径/三点标准式或待定系数
位置关系直线与圆d 与 r 比大小
弦长/切线交点弦、切线方程弦长 2√(r²−d²)

真题风格演练

真题风格自测(点击选项即时判断)

1. 圆 (x−1)²+(y+2)²=9 的圆心和半径是?

2. 圆心到直线距离 d=2,圆半径 r=5,直线与圆?

3. 圆 x²+y²=4 截直线 x=1 所得弦长是?

考场提醒直线与圆问题优先用”几何法”:算 d 与 r 比较,再算弦长 2√(r²−d²),比联立方程快得多。

⑧ 必背公式卡

方法总结:圆问题两板斧求圆方程:标准式待定系数(已知心半径)或一般式(已知三点)。判断位置:点圆用代入、线圆用 d 与 r、圆圆用 d 与 R±r。凡涉及弦,立刻想垂径定理半弦²+弦心距²=r²。
标准式:(x−a)²+(y−b)²=r²。
一般式圆心:(−D/2,−E/2),r=√((D²+E²)/4−F)。
线圆关系:dr 相离。
弦长:2√(r²−d²)。
点圆关系:dr 在外。

⑨ 应用输出(建模 / 口述解题)

建模:一座圆形喷泉半径 5m,喷口在圆心,一条直道距喷泉中心 3m,问直道会不会穿过水池?

d=3<r=5,直道穿过水池,占用水面弦长 2√(25−9)=8m。

口述:为什么判断直线与圆用 d 和 r 比,而不像圆锥曲线那样联立判别式?因为圆有几何意义,几何法更快更准。

延伸:弦的中点与垂径定理圆心与弦中点连线垂直于弦。已知弦中点求弦长、已知弦长求中点,都用垂径定理:半弦² + 弦心距² = 半径²。这比联立方程快。切线问题则用「圆心到切线距离=半径」,或切点与圆心连线垂直切线。

⑩ 分层练习 18 题(基础 6 + 中档 6 + 拔高 6)

基础1圆 (x−2)²+(y−1)²=16 的半径?
r=4。
基础2圆心 (0,0)、半径 3 的标准方程?
x²+y²=9。
基础3点在圆上时 d 与 r 关系?
d=r。
基础4直线与圆相切时 d=?
d=r。
基础5弦长公式 2√(r²−d²) 中 d 是?
圆心到直线距离。
基础6两圆外切时 d 与 R,r?
d=R+r。
中档7x²+y²−2x+4y−4=0 的圆心?
配方 (x−1)²+(y+2)²=9,圆心 (1,−2)。
中档8上题半径?
r=3。
中档9圆心 (0,0) r=2,直线 x=1,位置?
d=1<2,相交。
中档10圆 x²+y²=9 截 x=0 弦长?
d=0,弦长=直径=6。
中档11两圆半径 3、5,圆心距 9,位置?
9>8,外离。
中档12过圆 x²+y²=1 上点 (1,0) 切线?
x=1。
拔高13直线 y=x+b 与圆 x²+y²=2 相切,求 b。
d=|b|/√2=r=√2 → b=±2。
拔高14圆过原点、圆心 (3,4),方程?
r=5,(x−3)²+(y−4)²=25。
拔高15两圆 x²+y²=1 与 (x−3)²+y²=4 位置?
d=3=1+2,外切。
拔高16为什么一般式要求 D²+E²−4F>0?
否则 r²≤0 不是真圆。
拔高17求过 (0,0)、(1,1)、(2,0) 的圆方程。
设一般式代入三点解 D,E,F。
拔高18直线与圆相交弦长为 0 意味着什么?
d=r,直线与圆相切。

⑪ 记忆口诀与 7 天复习计划

口诀标准式读心读半径,一般式配方才安心;线圆看 d 比 r 小交大离等于切,弦长两倍根号里。

7 天复习计划

天任务自检
第 1 天读全页 + 背公式卡能默写核心公式
第 2 天做基础 1–6全对即可
第 3 天做中档 7–12 + 错题回看错题重做全对
第 4 天做拔高 13–18能口述解题步骤
第 5 天重做错题 + 真题自测 3 题选择题全对
第 6 天合上书默画思维导图11 块不遗漏
第 7 天给同学讲一遍本知识讲清楚 = 真会