本题导读
本题考查圆的切线方程及两条切线夹角的计算。核心意图在于测试学生利用圆心、切点与圆外点构成的直角三角形,结合点两点间距离公式求出半角的三角函数值,并运用二倍角公式求解两条切线夹角正切值的能力。
📌【题干】
Question
(2002年上海卷(理)) 已知圆 和圆外一点 ,过点 作圆的切线,则两条切线夹角的正切值是 .
🔍【思路分析】
破题导航
- 第一步逻辑:由圆的标准方程确定圆心坐标 和半径 。利用两点间距离公式计算圆心 到圆外点 的距离 。
- 第二步逻辑:设两条切线的夹角为 ,则根据对称性,圆心、切点与点 构成的直角三角形中,半角为 。利用正弦定义 求出半角的三角函数值,进而得到 。
- 第三步逻辑:运用二倍角正切公式 计算两条切线夹角的正切值。
✅【答案】
Success
✍【详细解析】
Abstract
第一步:求圆的标准参数及关键距离 由圆的方程 可知:
- 圆心坐标为
- 圆的半径为
已知圆外一点为 ,利用两点间距离公式计算圆心 到点 的距离 :
第二步:求切线夹角半角的正切值 设过点 的两条切线夹角为 。 连接圆心 与点 ,根据圆的切线对称性可知, 平分夹角 。 设其中一个切点为 ,则 是以 为直角顶点的直角三角形,其中:
- 对边(半径)
- 斜边
- 夹角
在 中,利用正弦定义:
根据同角三角函数基本关系,求出邻边 的长或直余弦值:
由此可得半角的正切值为:
第三步:利用二倍角公式求夹角的正切值 运用二倍角正切公式求 :
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:圆的切线几何性质(直角三角形结构);二倍角公式的代数应用。
- 核心方法:几何构造法、二倍角展开法。
- 避坑指南:
- 斜率解析法耗时陷阱:部分学生习惯设切线方程为 ,利用圆心到直线的距离等于半径()列方程求出两个斜率 ,再利用夹角公式 求解。由于需要处理可能存在的无斜率竖直切线情况且计算繁琐,远没有几何直角三角形法高效。
- 钝角夹角取绝对值混淆:两条直线的夹角在解析几何中通常定义在 区间,若用几何法算出的 为负值需取绝对值,本题算出的 ,说明夹角本身即为锐角。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源:本题为上海高考理科数学的第六题,重点考查平面解析几何中“能用几何性质就不用代数方程”的精简算法原则。
- 结论推广: 对于任意圆 和圆外一点 ,设圆心到点 的距离为 ,则两条切线夹角 的正切值满足通用公式: 代入本题数据 : 此公式可用于任意圆外点切线夹角的快速口算与复核。
🔗【关联脉络】
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