高中数学弦长公式

教育知识 2026-02-25 01:17:14 凌奇红

高中数学弦长公式】在高中数学中,弦长公式是解析几何中一个重要的知识点,尤其在圆与直线的位置关系中应用广泛。掌握弦长公式的推导与应用,有助于解决与圆相关的几何问题,如求直线与圆的交点间距离、判断直线与圆的位置关系等。

一、弦长公式的定义

弦长是指圆上两点之间的线段长度,当一条直线与圆相交时,交点之间的线段称为该直线在圆上的弦。弦长公式可以用来计算这条弦的长度。

二、弦长公式的推导

设圆的方程为:

$$

(x - a)^2 + (y - b)^2 = r^2

$$

直线方程为:

$$

Ax + By + C = 0

$$

将直线方程代入圆的方程,解出交点坐标后,可利用两点间距离公式求出弦长。但更简便的方法是通过几何法或代数法直接得出弦长公式。

三、常用弦长公式

公式名称 公式表达 说明
弦长公式(几何法) $ L = 2\sqrt{r^2 - d^2} $ 其中,$ r $ 是圆的半径,$ d $ 是圆心到直线的距离
弦长公式(代数法) $ L = \sqrt{(x_1 - x_2)^2 + (y_1 - y_2)^2} $ 适用于已知两个交点坐标的情况
弦长公式(联立方程法) $ L = \frac{\sqrt{(A^2 + B^2)(4r^2 - (C + Aa + Bb)^2)}}{A^2 + B^2} $ 用于直线与圆的联立求解

四、典型例题分析

例题1:

已知圆 $ x^2 + y^2 = 25 $,直线 $ y = x + 1 $,求该直线与圆的弦长。

解法:

- 圆心为 $ (0, 0) $,半径 $ r = 5 $

- 直线方程化为 $ x - y + 1 = 0 $

- 圆心到直线的距离 $ d = \frac{0 - 0 + 1}{\sqrt{1^2 + (-1)^2}} = \frac{1}{\sqrt{2}} $

- 弦长 $ L = 2\sqrt{r^2 - d^2} = 2\sqrt{25 - \frac{1}{2}} = 2\sqrt{\frac{49}{2}} = \sqrt{98} $

五、总结

弦长公式在高中数学中具有重要地位,尤其在圆与直线的综合问题中频繁出现。掌握不同情况下的弦长公式,有助于提高解题效率和准确性。建议结合几何直观与代数方法进行练习,以加深理解。

表格总结:

项目 内容
标题 高中数学弦长公式
定义 圆上两点间的线段长度
常用公式 $ L = 2\sqrt{r^2 - d^2} $、$ L = \sqrt{(x_1 - x_2)^2 + (y_1 - y_2)^2} $ 等
应用场景 判断直线与圆的位置关系、求交点距离等
学习建议 多做例题,结合几何图形理解公式含义
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