已知圆心为CC的圆过点A(0,−6)A(0,-6)和B(1,−5)B(1,-5),且圆心在直线ll:x−y+1=0x-y+1=0上. (1)求圆心为CC的圆的标准方程; (2)过点M(2,8)M(2,8)作圆的切线,求切线方程.

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完整解法

(1)

1. 设出圆的标准方程,并代入已知点和圆心所在直线建立方程组

设所求圆的标准方程为 (x−a)2+(y−b)2=r2(x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}.
因为圆过点 A(0,−6)A(0,-6) 和 B(1,−5)B(1,-5),且圆心 C(a,b)C(a,b) 在直线 x−y+1=0x-y+1=0 上,
所以可得方程组:
{(0−a)2+(−6−b)2=r2①(1−a)2+(−5−b)2=r2②a−b+1=0③\begin{cases} (0-a)^{2}+(-6-b)^{2}=r^{2} \quad \text{①} \\ (1-a)^{2}+(-5-b)^{2}=r^{2} \quad \text{②} \\ a-b+1=0 \quad \text{③} \end{cases}

2. 求解方程组得出圆心坐标和半径

由①、②两式相减消去 r2r^2,得:
a2+(b+6)2=(a−1)2+(b+5)2a^2 + (b+6)^2 = (a-1)^2 + (b+5)^2
展开得:
a2+b2+12b+36=a2−2a+1+b2+10b+25a^2 + b^2 + 12b + 36 = a^2 - 2a + 1 + b^2 + 10b + 25
化简得:
2a+2b+10=0⇒a+b+5=0④2a + 2b + 10 = 0 \Rightarrow a + b + 5 = 0 \quad \text{④}
联立③ a−b+1=0a - b + 1 = 0 与④ a+b+5=0a + b + 5 = 0,解得:
a=−3,b=−2a = -3, b = -2
将 a=−3,b=−2a=-3, b=-2 代入①式,得:
r2=(−3)2+(−6−(−2))2=9+16=25r^2 = (-3)^2 + (-6 - (-2))^2 = 9 + 16 = 25.

3. 写出圆的标准方程

将 a=−3,b=−2,r2=25a = -3, b = -2, r^2 = 25 代入标准方程,得圆的标准方程为:
(x+3)2+(y+2)2=25(x+3)^{2}+(y+2)^{2}=25.

答案

(x+3)2+(y+2)2=25(x+3)^{2}+(y+2)^{2}=25

(2)

1. 分析切线斜率存在的情况,写出点斜式切线方程

设切线的斜率为 kk,由于切线过点 M(2,8)M(2,8),
故其方程可设为 y−8=k(x−2)y-8 = k(x-2),即 kx−y−2k+8=0kx - y - 2k + 8 = 0.

2. 利用圆心到切线距离等于半径求出斜率k

圆心 C(−3,−2)C(-3,-2) 到切线 kx−y−2k+8=0kx-y-2k+8=0 的距离等于半径 r=5r=5:
d=∣−3k−(−2)−2k+8∣k2+1=5d = \frac{|-3k - (-2) - 2k + 8|}{\sqrt{k^2+1}} = 5
整理得:
∣10−5k∣k2+1=5⇒∣2−k∣=k2+1\frac{|10-5k|}{\sqrt{k^2+1}} = 5 \Rightarrow |2-k| = \sqrt{k^2+1}
两边平方得:
(2−k)2=k2+1⇒4−4k+k2=k2+1⇒4k=3⇒k=34(2-k)^2 = k^2+1 \Rightarrow 4 - 4k + k^2 = k^2+1 \Rightarrow 4k = 3 \Rightarrow k = \frac{3}{4}
代入切线方程得:
34x−y−2(34)+8=0⇒3x−4y+26=0\frac{3}{4}x - y - 2\left(\frac{3}{4}\right) + 8 = 0 \Rightarrow 3x - 4y + 26 = 0.

3. 讨论斜率不存在的特殊情况并得出最终切线方程

当切线斜率不存在时,过点 M(2,8)M(2,8) 的直线方程为 x=2x=2.
圆心 C(−3,−2)C(-3,-2) 到直线 x=2x=2 的距离为 ∣−3−2∣=5=r|-3-2| = 5 = r,符合切线条件.
综上所述,所求的切线方程为 3x−4y+26=03x-4y+26=0 或 x=2x=2.

答案

3x−4y+26=03x-4y+26=0 或 x=2x=2

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