题目
4.若圆x^2+(y+2)^2=r^2(r>0)上到直线y=sqrt(3)x+2的距离为1的点有且仅有2个,则r的取值范围是 [A.] (0,1) [B.] (1,3) [C.] (3,+∞) [D.] (0,+∞)
4.若圆$x^{2}+(y+2)^{2}=r^{2}(r>0)$上到直线$y=\sqrt{3}x+2$的距离为1的点有且仅有2个,则r的取值范围是 [
A.] (0,1) [
B.] (1,3) [
C.] (3,+∞) [
D.] (0,+∞)
A.] (0,1) [
B.] (1,3) [
C.] (3,+∞) [
D.] (0,+∞)
题目解答
答案
圆心到直线的距离为:
\[
d = \frac{|2+2|}{\sqrt{1+3}} = 2
\]
要使圆上到直线距离为1的点有且仅有2个,需满足:
\[
d - 1 < r < d + 1 \implies 1 < r < 3
\]
因此,$r$ 的取值范围是 $(1, 3)$。
答案:$\boxed{B}$
解析
考查要点:本题主要考查圆与直线的位置关系,以及点到直线的距离公式的应用。关键在于理解题目中“圆上到直线距离为1的点有且仅有2个”的几何意义。
解题核心思路:
- 计算圆心到直线的距离,确定圆与直线的相对位置。
- 构造两条与原直线平行且距离为1的直线,分析圆与这两条平行线的交点数量。
- 通过交点数量的条件,推导出半径$r$的取值范围。
破题关键点:
- 圆心到直线的距离为2,这是后续分析的基础。
- 两条平行线分别距离圆心1和3,圆与这两条线的交点情况决定了符合条件的点的数量。
- 当且仅当圆与其中一条平行线相交于两点,另一条无交点时,原题条件成立。
-
计算圆心到直线的距离
圆心为$(0, -2)$,直线方程为$y = \sqrt{3}x + 2$,即$\sqrt{3}x - y + 2 = 0$。
根据点到直线的距离公式:
$d = \frac{|\sqrt{3} \cdot 0 - (-2) + 2|}{\sqrt{(\sqrt{3})^2 + (-1)^2}} = \frac{4}{2} = 2$ -
构造两条平行线
与原直线距离为1的两条平行线方程为:
$\sqrt{3}x - y + 4 = 0 \quad \text{和} \quad \sqrt{3}x - y = 0$
对应的距离圆心分别为:- 第一条线:$d_1 = 3$
- 第二条线:$d_2 = 1$
-
分析圆与平行线的交点数量
- 当$r > 3$时:圆与第一条线相交于两点,与第二条线也相交于两点,总共有4个点,不符合条件。
- 当$1 < r < 3$时:圆与第一条线无交点,与第二条线相交于两点,总共有2个点,符合条件。
- 当$r = 1$或$r = 3$时:圆与其中一条线相切(1个点),另一条线无交点或相交于两点,总点数为1或3,均不符合条件。