2.2 Equation of a Circle

知识点总结

核心概念总结

圆的定义

圆是平面上所有与给定点(圆心)距离相等的点的集合。这个距离称为圆的半径。圆是几何学中最基本的图形之一,在坐标几何中具有重要的地位。

关键点

  • 圆是到定点距离相等的点的轨迹
  • 圆心确定圆的位置
  • 半径确定圆的大小
  • 圆上任意一点到圆心的距离都等于半径

圆心为 \((a,b)\),半径为 \(r\) 的圆

圆的基本定义

圆的标准方程

圆的标准方程是描述圆的最基本形式,直接反映了圆的几何特性。标准方程清晰地显示了圆心的坐标和圆的半径,是解题时最常用的形式。

标准方程特征

  • 直接显示圆心坐标 \((a,b)\)
  • 直接显示半径 \(r\)
  • 形式简洁,便于识别
  • 适用于已知圆心和半径的情况

\((x-a)^2 + (y-b)^2 = r^2\)

圆的标准方程

圆心在原点的特殊情况

当圆心在原点 \((0,0)\) 时,圆的标准方程可以简化为更简单的形式。这种情况在实际应用中非常常见,特别是在对称性分析中。

简化特征

  • 圆心在原点 \((0,0)\)
  • 方程形式更简洁
  • 具有对称性
  • 便于计算和分析

\(x^2 + y^2 = r^2\)

圆心在原点的圆方程

圆的一般方程

圆的一般方程是标准方程的展开形式,在某些情况下更容易处理。通过配方可以将一般方程转换为标准方程,从而确定圆心和半径。

一般方程特征

  • 形式为 \(x^2 + y^2 + 2fx + 2gy + c = 0\)
  • 需要通过配方转换为标准形式
  • 圆心为 \((-f,-g)\)
  • 半径为 \(\sqrt{f^2 + g^2 - c}\)

\(x^2 + y^2 + 2fx + 2gy + c = 0\)

圆的一般方程

验证点是否在圆上

判断一个点是否在圆上是圆方程的重要应用。通过将点的坐标代入圆的方程,可以验证该点是否满足圆的定义。

验证方法

  • 将点的坐标代入圆的方程
  • 如果等式成立,点在圆上
  • 如果等式不成立,点不在圆上
  • 适用于标准方程和一般方程

点 \((x_0,y_0)\) 在圆上 \(\iff (x_0-a)^2 + (y_0-b)^2 = r^2\)

点在圆上的判定条件

通过直径求圆的方程

已知圆的直径的两个端点,可以求出圆的方程。这种方法利用了直径的中点就是圆心,以及直径长度的一半就是半径的性质。

求解步骤

  • 用中点公式求圆心
  • 用距离公式求直径长度
  • 直径长度的一半就是半径
  • 写出圆的标准方程

中点:\(\left(\frac{x_1+x_2}{2}, \frac{y_1+y_2}{2}\right)\)

中点公式

圆与坐标轴的交点

求圆与坐标轴的交点是圆方程的重要应用。与 \(x\) 轴的交点通过令 \(y = 0\) 求得,与 \(y\) 轴的交点通过令 \(x = 0\) 求得。

求交点方法

  • 与 \(x\) 轴交点:令 \(y = 0\),解关于 \(x\) 的方程
  • 与 \(y\) 轴交点:令 \(x = 0\),解关于 \(y\) 的方程
  • 可能有0个、1个或2个交点
  • 交点个数取决于判别式

圆 \((x-a)^2 + (y-b)^2 = r^2\) 与 \(x\) 轴交点:令 \(y = 0\)

求交点的方法

学习提示

在学习圆的方程时,要特别注意以下几点:

1. 熟练掌握标准方程和一般方程的相互转换

2. 准确识别圆心坐标和半径

3. 掌握通过不同条件求圆的方程的方法

4. 熟练运用圆的方程解决几何问题

5. 注意验证解的合理性,特别是半径必须为正数