题目
已知点P在圆(x-5)2+(y-5)2=16上,点A(4,0),B(0,2),则( ) A. 点P到直线AB的距离小于10 B. 点P到直线AB的距离大于2 C. 当∠PBA最小时,|PB|=3sqrt(2) D. 当∠PBA最大时,|PB|=3sqrt(2)
已知点P在圆(x-5)2+(y-5)2=16上,点A(4,0),B(0,2),则( )
- A. 点P到直线AB的距离小于10
- B. 点P到直线AB的距离大于2
- C. 当∠PBA最小时,|PB|=3$\sqrt{2}$
- D. 当∠PBA最大时,|PB|=3$\sqrt{2}$
题目解答
答案
解:∵A(4,0),B(0,2),∴过A、B的直线方程为$\frac{x}{4}+\frac{y}{2}=1$,即x+2y-4=0,
圆(x-5)2+(y-5)2=16的圆心坐标为(5,5),
圆心到直线x+2y-4=0的距离d=$\frac{|1×5+2×5-4|}{\sqrt{{1}^{2}+{2}^{2}}}=\frac{11}{\sqrt{5}}$=$\frac{11\sqrt{5}}{5}$>4,
∴点P到直线AB的距离的范围为[$\frac{11\sqrt{5}}{5}-4$,$\frac{11\sqrt{5}}{5}+4$],
∵$\frac{11\sqrt{5}}{5}$<5,∴$\frac{11\sqrt{5}}{5}-4$<1,$\frac{11\sqrt{5}}{5}+4$<10,
∴点P到直线AB的距离小于10,但不一定大于2,故A正确,B错误;
如图,当过B的直线与圆相切时,满足∠PBA最小或最大(P点位于P1时∠PBA最小,位于P2时∠PBA最大),
此时|BC|=$\sqrt{(5-0)^{2}+(5-2)^{2}}=\sqrt{25+9}=\sqrt{34}$,
∴|PB|=$\sqrt{|BC{|}^{2}-{4}^{2}}=\sqrt{18}=3\sqrt{2}$,故CD正确.
故选:ACD.
解析
考查要点:本题综合考查圆与直线的位置关系、点到直线的距离、几何最值问题及视角角的极值分析。
解题核心思路:
- 直线方程与圆心到直线距离:确定直线AB的方程,计算圆心到直线的距离,判断圆与直线的位置关系,从而得到点P到直线AB的距离范围。
- 几何最值分析:利用圆心到直线的距离与半径的关系,推导点P到直线AB的距离的取值范围,判断选项A、B的正确性。
- 视角角的极值与切线性质:当∠PBA达到极值时,点P位于圆的切点,利用切线长公式计算|PB|的长度,判断选项C、D的正确性。
破题关键点:
- 圆心到直线距离的计算:确定圆与直线相离,点P到直线的距离范围为$[d-r, d+r]$。
- 切线性质的应用:当∠PBA为极值时,BP为圆的切线,切线长公式$|PB| = \sqrt{|BC|^2 - r^2}$(C为圆心)。
直线AB的方程与圆心到直线距离
- 直线方程:
由点A(4,0)和B(0,2),得直线AB的截距式方程为$\frac{x}{4} + \frac{y}{2} = 1$,化简为$x + 2y - 4 = 0$。 - 圆心到直线距离:
圆心为(5,5),代入点到直线距离公式:
$d = \frac{|1 \cdot 5 + 2 \cdot 5 - 4|}{\sqrt{1^2 + 2^2}} = \frac{11}{\sqrt{5}} = \frac{11\sqrt{5}}{5} \approx 4.916$
由于$d > 4$(半径),圆与直线相离。
点P到直线AB的距离范围
- 距离范围:
点P到直线AB的距离范围为$[d - r, d + r] = \left[\frac{11\sqrt{5}}{5} - 4, \frac{11\sqrt{5}}{5} + 4\right]$。
计算得$\frac{11\sqrt{5}}{5} \approx 4.916$,故最小值约为$0.916$,最大值约为$8.916$。
结论:选项A正确(距离小于10),选项B错误(存在距离小于2的情况)。
视角角∠PBA的极值分析
- 极值条件:
当∠PBA为极值时,点P位于圆的切点(BP为切线)。此时,圆心到B点的距离为:
$|BC| = \sqrt{(5-0)^2 + (5-2)^2} = \sqrt{34}$
切线长公式为:
$|PB| = \sqrt{|BC|^2 - r^2} = \sqrt{34 - 16} = \sqrt{18} = 3\sqrt{2}$ - 极值对应选项:
- 当∠PBA最小时,点P为切点P₁,此时$|PB| = 3\sqrt{2}$(选项C正确)。
- 当∠PBA最大时,点P为另一切点P₂,此时$|PB| = 3\sqrt{2}$(选项D正确)。