圆的弦长问题是圆的知识中的重要内容,我们先看一个大家比较熟悉的问题
问题: 已知直线:和圆:相交于、两点,求弦长.
分析:圆中弦长问题有两种思路,方法一:代数法;方法二:几何法,即利用半弦、半径、弦心距三边构成直角三角形满足勾股定理,即的求弦长显然第二种方法减少计算量,便于运算
解:方法 1:借助于韦达定理,运用弦长公式,这对将来要学习的其它二次曲线都适用
由方程组消去,得.
设,,即、为方程的两根,
∴,,
∴,
∴.
方法二: 已知圆的方程可化为,其中圆心为,半径.
设圆心到直线的距离为,则,
∴弦长.
思考方向:我们知道若圆和直线的方程确定,直线被圆所截的弦的长度也就确定了,那如果是知道了弦长和圆的方程,那么直线的方程确定么?如果知道了弦长和直线方程,那么圆的方程确定么?
【探究 1】一直线经过点被圆截得的弦长为 8,求此弦所在直线方程.
分析:由半弦、半径、弦心距三边构成直角三角形可知,弦长为 8,则可得弦心距.可设出直线方程,根据弦心距列方程求解,但在设直线方程时,要注意斜率是否存在的情况
解:( 1)当斜率不存在时,过点的直线方程为,代入,得.
∴弦长为,符合题意.
( 2)当斜率存在时,设所求直线方程为,即.
由已知,弦心距,∴,解得.
所以此直线方程为,即.
所以所求直线方程为或.
【探究 2】已知一直线的斜率为 1且被圆所截得的弦长为 8,求直线方程.
解:设直线方程为,由已知,弦心距,所以可得,截得,故直线方程为.
【探究 3】一直线经过点被圆截得的弦长为 8,求的范围
分析:由半弦、半径、弦心距三边构成直角三角形可知,欲使半径最大,则需使圆心到直线的距离最长;欲使半径最小,则需使圆心到直线的距离最短
解:圆心到直线的最短距离为 0,即直线过圆心,此时;
圆心到直线的最长距离为,即直线与直线垂直,此时;
所以.
思考方向:在以上问题中,圆被直线所截的弦的长度是定值,那如果弦长是在一个范围内变化时,问题又该如何变化呢?
【探究 4】已知直线:和圆:相交于、两点,且弦的长大于,求半径的范围
解:因为圆心和直线是确定的,变化的是圆的半径故圆心到直线的距离为定值.
若弦的长等于时,圆的半径为.
因为半弦、半径、弦心距三边构成直角三角形,现在弦心距已经确定,欲使弦长大于,只能增大圆的半径,故.
点评:解决圆中弦长问题关键是运用好知识点:“半弦、半径、弦心距三边构成直角三角形满足勾股定理,即”