\(\S3.\) ĐƯỜNG TRÒN TRONG MẶT PHẲNG TỌA ĐỘ

Lỗi khi trích xuất lý thuyết từ dữ liệu

Phần 1. Trắc nghiệm bốn lựa chọn

Dạng 1. Tìm tâm và bán kính đường tròn

Dạng 2. Xác định phương trình đường tròn

Dạng 3. Tìm điều kiện để phương trình chứa tham số là phương trình đường tròn

Dạng 4. Viết phương trình đường tròn biết tâm và bán kính

Dạng 5. Viết phương trình đường tròn biết tâm và đi qua 1 điểm

Dạng 6. Viết phương trình đường tròn biết đường kính

Dạng 7. Viết phương trình đường tròn biết tâm và tiếp xúc với một đường thẳng

Dạng 8. Viết phương trình đường tròn đi qua 3 điểm

Dạng 9. Bài toán tổng hợp về viết phương trình đường tròn

Dạng 10. Viết phương trình tiếp tuyến tại một điểm

Dạng 11. Viết phương trình tiếp tuyến có các yếu tố đi qua, song song, vuông góc

Dạng 1. Tìm tâm và bán kính đường tròn

Câu 1:

Trong mặt phẳng với hệ tọa độ \(Oxy\), cho đường tròn \((S) \colon x^2+y^2-4x-4y-3=0\). Tọa độ tâm \(I\) và bán kính \(R\) của \((S)\) là

Đáp án: \(I(2;2)\)\(R=\sqrt{11}\)

Lời giải:

Ta có:

\(\begin{aligned}&(S) \colon x^2+y^2-4x-4y-3=0\\ \Leftrightarrow &(x^2-4x+4)+(y^2-4y+4)-4-4-3=0\\ \Leftrightarrow &(x-2)^2+(y-2)^2=\left(\sqrt{11}\right)^2\end{aligned}\)

Vậy tâm của đường tròn \((S) \colon x^2+y^2-4x-4y-3=0\) là \(I(2;2)\).

Bán kính của đường tròn \((S)\) là: \(R=\sqrt{11}\).

Câu 2:

Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), cho đường tròn \((C) \colon x^2+(y-2)^2=9\), tọa độ tâm của đường tròn đã cho là

Đáp án: \((0;2)\)

Lời giải:

Tọa độ tâm của đường tròn \((C) \colon x^2+(y-2)^2=9\) là \((0;2)\).

Dạng 2. Xác định phương trình đường tròn

Câu 1:

Trong mặt phẳng \(Oxy\), phương trình nào sau đây là phương trình đường tròn?

Đáp án: \(x^2 + y^2 = 1\)

Lời giải:

Đường tròn có tâm \(I(a;b)\) và bán kính \(R\) có phương trình \((x - a)^2 + (y - b)^2 = R^2\). Như vậy, \(x^2 + y^2 = 1\) là một phương trình đường tròn với tâm \(O(0;0)\) và bán kính \(R = 1\).

Câu 2:

Phương trình nào sau đây là phương trình của đường tròn?

Đáp án: \(2x^2+2y^2-4x+6y-12=0\)

Lời giải:

Biết rằng \(x^2+y^2-2ax-2by+c=0\) là phương trình của một đường tròn khi và chỉ khi \(a^2+b^2-c>0\).

Ta thấy phương trình trong phương án \(A\) và \(B\) có hệ số của \(x^2\), \(y^2\) không bằng nhau nên đây không phải là phương trình đường tròn.

Với phương án \(C\) có \(a^2+b^2-c=1+16-18<0\) nên đây không phải là phương trình đường tròn. Vậy ta chọn đáp án \(D\).

Dạng 3. Tìm điều kiện để phương trình chứa tham số là phương trình đường tròn

Câu 1:

Cho phương trình \(x^2+y^2-4mx+2(m-1)y+6m^2-5m+3=0\). Tìm tất cả các giá trị của tham số \(m\) để phương trình đã cho là phương trình của một đường tròn trong mặt phẳng toạ độ \(Oxy\).

Đáp án: \(1

Lời giải:

Ta có \(\begin{cases}a=\displaystyle\frac{-4m}{-2}=2m\\b=\displaystyle\frac{2(m-1)}{-2}=1-m\\c=6m^2-5m+3.\end{cases}\)

Phương trình đã cho là phương trình đường tròn khi và chỉ khi

\begin{align*}&a^2+b^2-c>0\\\Leftrightarrow&(2m)^2+(1-m)^2-(6m^2-5m+3)>0\\\Leftrightarrow&4m^2+1-2m+m^2-6m^2+5m-3>0\\\Leftrightarrow&-m^2+3m-2>0\\ \Leftrightarrow &1

Câu 2:

Cho phương trình \(x^2+y^2+2mx-4(m+1)y+4m^2+5m+2=0\). Tìm tất cả các giá trị của tham số \(m\) để phương trình đã cho là phương trình của một đường tròn.

Đáp án: \(\left[\begin{aligned}m<-2\\m>-1\end{aligned}\right.\)

Lời giải:

Ta có \(\begin{cases}a=-m\\b=2(m+1)\\c=4m^2+5m+2.\end{cases}\)

Phương trình đã cho là phương trình đường tròn khi và chỉ khi

\begin{align*}&a^2+b^2-c>0\\ \Leftrightarrow &(-m)^2+\left[2(m+1)\right]^2-(4m^2+5m+2)>0\\ \Leftrightarrow &m^2+3m+2>0\\ \Leftrightarrow&\left[\begin{aligned}&m<-2\\&m>-1.\end{aligned}\right.\end{align*}

Dạng 4. Viết phương trình đường tròn biết tâm và bán kính

Câu 1:

Đường tròn tâm \(I\left(3;-1\right)\) và bán kính \(R=2\) có phương trình là

Đáp án: \(\left(x-3\right)^2+\left(y+1\right)^2=4\)

Lời giải:

Đường tròn tâm \(I\left(3;-1\right)\) và bán kính \(R=2\) có phương trình là \(\left(x-3\right)^2+\left(y+1\right)^2=2^2=4\).

Câu 2:

Trong hệ tọa độ \(Oxy\), phương trình đường tròn \((C)\) có tâm \(I(2;0)\) và bán kính \(R=3\) là

Đáp án: \((x-2)^2+y^2=9\)

Lời giải:

Phương trình đường tròn \((C)\) là \((x-2)^2+y^2=9\).

Dạng 5. Viết phương trình đường tròn biết tâm và đi qua 1 điểm

Câu 1:

Trong mặt phẳng \(Oxy\), cho hai điểm \(I(-1;1)\) và \(A(3;-2)\). Đường tròn tâm \(I\) và đi qua \(A\) có phương trình là

Đáp án: \((x+1)^2+(y-1)^2=25\)

Lời giải:

Ta có \(\overrightarrow{IA}=(4;-3)\) \(\Rightarrow IA=\sqrt{4^2+(-3)^2}=5\).

Đường tròn tâm \(I(-1;1)\) và đi qua \(A(3;-2)\) nên có bán kính \(R=IA=5\).

Đường tròn đó có phương trình là

\((x+1)^2+(y-1)^2=25.\)

Câu 2:

Viết phương trình đường tròn tâm \(I(3;-2)\) và đi qua điểm \(M(-1;1)\).

Đáp án: \((x-3)^2+(y+2)^2=25\)

Lời giải:

Đường tròn tâm \(I(3;-2)\) và đi qua điểm \(M(-1;1)\) nên có bán kính bằng \(MI\).

\(MI^2=(3+1)^2+(-2-1)^2\) \(=25\)

Vậy phương trình đường tròn là \((x-3)^2+(y+2)^2=25\).

Dạng 6. Viết phương trình đường tròn biết đường kính

Câu 1:

Phương trình của đường tròn có đường kính \(AB\) với \(A(-1;2)\) và \(B(3;2)\) là

Đáp án: \((x-1)^2+(y-2)^2=4\)

Lời giải:

Đường tròn có tâm là trung điểm \(AB\). Tâm \(I(1;2)\).

Ta có \(\overrightarrow{IA}=(-2;0)\). Bán kính đường tròn là \(IA=2\).

Phương trình đường tròn là \((x-1)^2+(y-2)^2=4\).

Câu 2:

Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), cho hai điểm \(A(1;3)\), \(B(-3;5)\). Đường tròn đường kính \(AB\) có phương trình là

Đáp án: \((x+1)^2+(y-4)^2=5\)

Lời giải:

Đường tròn đường kính \(AB\) có tâm là điểm \(I(-1;4)\) (\(I\) là trung điểm của đoạn \(AB\)), bán kính \(R = \displaystyle\frac{AB}{2} = \displaystyle\frac{\sqrt{(-3-1)^2+(5-3)^2}}{2} = \sqrt{5}.\)

Phương trình đường tròn đường kính \(AB\) là \((x+1)^2+(y-4)^2=5\).

Dạng 7. Viết phương trình đường tròn biết tâm và tiếp xúc với một đường thẳng

Câu 1:

Đường tròn \((C)\) có tâm \(I\left(-1;2\right)\) và tiếp xúc với đường thẳng \(\Delta\colon x-2y+7=0\) có phương trình là

Đáp án: \((x+1)^2+(y-2)^2=\displaystyle\frac{4}{5}\)

Lời giải:

\((C)\colon \begin{cases} I(-1;2) \\ R=\mathrm{d}\left(I;\Delta \right)=\displaystyle \frac{\left|-1-4+7\right|}{\sqrt{1+4}}=\displaystyle\frac{2}{\sqrt{5}}\end{cases}\) \(\Rightarrow (C)\colon (x+1)^2+(y-2)^2=\displaystyle\frac{4}{5}.\)

Câu 2:

Trong mặt phẳng \(Oxy\), đường tròn \((C)\) có tâm \(I(-2;1)\) và tiếp xúc với đường thẳng \(\Delta \colon 3x-4y+5=0\) có phương trình

Đáp án: \((x+2)^2+(y-1)^2=1\)

Lời giải:

Gọi \(R\) là bán kính của đường tròn \((C)\).

Ta có \((C)\) tiếp xúc \(\Delta \Leftrightarrow R=\mathrm{d}(I,\Delta)\) \(\Leftrightarrow R=\displaystyle\frac{\vert 3 \cdot(-2)-4\cdot 1+5\vert}{\sqrt{3^2+(-4)^2}}=1\).

Vậy \((C)\) có phương trình là \((x+2)^2+(y-1)^2=1\).

Dạng 8. Viết phương trình đường tròn đi qua 3 điểm

Câu 1:

Trong mặt phẳng \(Oxy\), đường tròn đi qua ba điểm \(A(1;2)\), \(B(5;2)\), \(C(1;-3)\) có phương trình là

Đáp án: \(x^2+y^2+25x+19y-49=0\)

Lời giải:

Phương trình đường tròn có dạng \(x^2+y^2-2ax-2by+c=0\).

Đường tròn này qua \(A,B,C\) nên

\(\begin{cases}1+4-2a-4b+c=0\\25+4-10a-4b+c=0\\1+9-2a+6b+c=0\end{cases}\) \(\Leftrightarrow \begin{cases}a=3\\b=-\displaystyle\frac{1}{2}\\c=-1.\end{cases}\)

Vậy phương trình đường tròn cần tìm là \(x^2+y^2-6x+y-1=0\).

Câu 2:

Tìm bán kính đường tròn đi qua ba điểm \(A(0;4)\), \(B(3;4)\), \(C(3;0)\).

Đáp án: \(\displaystyle\frac{5}{2}\)

Lời giải:

Tính được \(AB=3\), \(BC=4\) và \(AC=5\). Suy ra \(AB^2+BC^2=AC^2\) nên tam giác \(ABC\) vuông tại \(B\).

Vậy bán kính đường tròn ngoại tiếp \(R=\displaystyle\frac{1}{2}AC=\displaystyle\frac{5}{2}\).

Dạng 9. Bài toán tổng hợp về viết phương trình đường tròn

Câu 1:

Trên mặt phẳng toạ độ \(Oxy\), cho các điểm \(A(3;0)\) và \(B(0;4)\). Đường tròn nội tiếp tam giác \(OAB\) có phương trình

Đáp án: \((x-1)^2+(y-1)^2=1\)

Lời giải:

Vì các điểm \(A(3;0)\) và \(B(0;4)\) nằm trong góc phần tư thứ nhất nên tam giác \(OAB\) cũng nằm trong góc phần tư thứ nhất.

Do vậy gọi tâm đường tròn nội tiếp là \(I(a,b)\) thì \(0

Theo đề ra ta có: \(\mathrm{d}(I;Ox)=\mathrm{d}(I;Oy)=\mathrm{d}(I;AB)\)

Phương trình theo đoạn chắn của AB là: \(\displaystyle\frac{x}{3}+\displaystyle\frac{y}{4}=1\) hay \(4x+3y-12=0\).

Do vậy ta có: \(\begin{cases}|a|=|b|\\|4a+3b-12|=5|a|\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}|a|=|b|\\\left[\begin{aligned}&7a-12=5a\\&7a-12=-5a\end{aligned}\right.\end{cases} \Leftrightarrow \begin{cases}a=b>0\\ \left[\begin{aligned}&a=6\,\mbox{(loại)}\\ &a=1.\end{aligned}\right.\end{cases}\)

Vậy phương trình đường tròn cần tìm là: \((x-1)^2+(y-1)^2=1\).

Câu 2:

Đường tròn \((C)\) đi qua hai điểm \(A(1;1)\), \(B(3;5)\) và có tâm \(I\) thuộc trục tung có phương trình là

Đáp án: \(x^2+(y-4)^2=6\)

Lời giải:

\(I\left(0;a\right)\Rightarrow IA=IB=R\) \(\Leftrightarrow R^2=1^2+(a-1)^2=3^2+(a-5)^2\) \(\Rightarrow \begin{cases} a=4 \\ I\left(0;4\right) \\ R^2=10.\end{cases}\)

Vậy đường tròn cần tìm là \(x^2+(y-4)^2=10.\)

Dạng 10. Viết phương trình tiếp tuyến tại một điểm

Câu 1:

Phương trình tiếp tuyến của đường tròn \((C)\) có tâm \(I(0;1)\), tại điểm \(A(2;-5)\) là

Đáp án: \(x-3y-17=0\)

Lời giải:

Ta có \(\overrightarrow{IA}=(2;-6)\), phương trình tiếp tuyến của đường tròn \((C)\) có tâm \(I(0;1)\), tại điểm \(A(2;-5)\) nhận \(\overrightarrow{IA}\) làm véc-tơ pháp tuyến có dạng

\(2(x-2)-6(y+5)=0\) \(\Leftrightarrow x-3y-17=0.\)

Câu 2:

Trong mặt phẳng tọa độ \(Oxy\), cho đường tròn có phương trình \((C)\colon x^2+y^2-2x-4y-3=0\), phương trình tiếp tuyến của \((C)\) tại \(M(3;4)\) là

Đáp án: \(x+y-7=0\)

Lời giải:

Đường tròn \((C)\colon x^2+y^2-2x-4y-3=0\) có tâm \(I(1;2)\).

Tiếp tuyến \((\Delta)\) của \((C)\) tại \(M\) nhận véc-tơ \(\overrightarrow{IM}=(2;2)\) làm một véc-tơ pháp tuyến.

Phương trình tiếp tuyến \((\Delta)\) là \(2(x-3)+2(y-4)=0\) \(\Leftrightarrow x+y-7=0\).

Dạng 11. Viết phương trình tiếp tuyến có các yếu tố đi qua, song song, vuông góc

Câu 1:

Cho đường tròn \((C) \colon (x-3)^2+(y+1)^2=5\). Viết phương trình tiếp tuyến của \((C)\) biết tiếp tuyến song song với đường thẳng \(2x+y+7=0\).

Đáp án: \(2x+y=0\); \(2x+y-10=0\)

Lời giải:

Đường tròn \((C) \colon (x-3)^2+(y+1)^2=5\) có tâm \(I(3;-1)\) và bán kính \(R=\sqrt{5}\).

Đường thẳng \((d)\) song song với đường thẳng \(2x+y+7=0\) có dạng: \(2x+y+m=0\); \(m \ne 7\).

Đường thẳng \((d)\) là tiếp tuyến của đường tròn \((C)\) \(\Leftrightarrow \mathrm{d}(I,d)=R\) \(\Leftrightarrow \displaystyle\frac{|2 \cdot 3-1+m|}{\sqrt{2^2+1^2}}=\sqrt{5}\) \(\Leftrightarrow |m+5|=5\) \(\Leftrightarrow \left[\begin{aligned}&m=0\\ &m=-10\end{aligned}\right.\).

Vậy đường tròn \((C)\) có \(2\) tiếp tuyến thỏa mãn yêu cầu bài toán: \(2x+y=0\) và \(2x+y-10=0\).

Câu 2:

Viết phương trình tiếp tuyến của đường tròn \(C:x^2+y^2+4x-2y-8=0\), biết tiếp tuyến vuông góc với đường thẳng \(d:2x-3y+2018=0\).

Đáp án: \(3x+2y+17=0\) hoặc \(3x+2y-9=0\)

Lời giải:

Đường tròn \((C)\) có tâm \(I\left(-2;1\right),R=\sqrt{13}\) và tiếp tuyến có dạng

\(\Delta:3x+2y+c=0.\)

Ta có \(R=d\left[I;\Delta \right]\Leftrightarrow \displaystyle\frac{\left| c-4\right|}{\sqrt{13}}=\sqrt{13}\) \(\Leftrightarrow \left[\begin{aligned}&c=17 \\ &c=-9.\end{aligned}\right.\)

Phần 2. Trắc nghiệm đúng sai

Dạng 1.

Dạng 2.

Dạng 3.

Dạng 4.

Dạng 1.

Dạng 2.

Dạng 3.

Dạng 4.

Phần 3. Tự luận

Dạng 1. Biết biểu thức

Dạng 2. Hàm hợp

Dạng 3. Ứng dụng thực tế

Dạng 1. Biết biểu thức

Dạng 2. Hàm hợp

Dạng 3. Ứng dụng thực tế