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【高考題型分類突破】專題09 直線與圓 2025年高考數學二輪專題復習 學案(含答案)

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【高考題型分類突破】專題09 直線與圓 2025年高考數學二輪專題復習 學案(含答案)

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專題九 直線與圓
【題型分析】
考情分析:
1.直線的方程、直線的平行與垂直、軸對稱等多以小題的形式出現,難度較小;
2.求圓的方程、弦長、面積等多以小題的形式考查,難度中等;
3.直線與圓、圓與圓的位置關系多與點到直線的距離公式結合,難度中等,偶爾也會作為情境出現在大題中,難度較小.
題型1 直線方程與位置關系
例1 已知A為圓C:x2+(y-1)2=上的動點,B為圓E:(x-3)2+y2=上的動點,P為直線y=x上的動點,則|PB|-|PA|的最大值為    .
方法總結:
求點關于直線的對稱點的常用方法
設點P(x1,y1)關于直線l:Ax+By+C=0對稱的點為P'(x2,y2),連接PP',交l于點M,則l垂直平分PP',所以PP'⊥l,且M為PP'的中點,又因為點M在直線l上,所以即可得出對稱點P'(x2,y2)的坐標.
(改編)一條光線從點P(1,-1)射出,經y軸反射后與圓(x-3)2+y2=1相交,則入射光線所在直線的斜率的取值范圍為(  ).
A.-,0 B.0,
C.-,0 D.0,
題型2 圓的方程
例2 (2022年全國乙卷)過四點(0,0),(4,0),(-1,1),(4,2)中的三點的一個圓的方程為     .
方法總結:
1.求圓的方程的方法
(1)幾何法:根據圓的幾何性質,找圓心,求半徑,進而寫出方程.
(2)待定系數法:根據題目特征設圓的標準方程或一般方程,列方程(組),求相關參數,進而寫出方程.
2.常用結論
(1)設A(x1,y1),B(x2,y2),則以AB為直徑的圓的方程為(x-x1)(x-x2)+(y-y1)(y-y2)=0;
(2)過圓M:x2+y2+Dx+Ey+F=0與直線l:Ax+By+C=0交點的圓系方程為x2+y2+Dx+Ey+F+λ(Ax+By+C)=0(λ為參數);
(3)過圓O1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0與圓O2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0交點的圓系方程為x2+y2+D1x+E1y+F1+λ(x2+y2+D2x+E2y+F2)=0(不包括圓O2,λ為參數),當λ=-1時,上述方程表示一條過兩圓交點的直線.
已知圓M過A(-3,1),B(-2,4),C(7,1)三點,則|MB|=(  ).
A.2 B.2 C.5 D.4
題型3 直線、圓的位置關系
直線與圓的位置關系
例3 (2024年全國甲卷)已知b是a,c的等差中項,直線ax+by+c=0與圓x2+y2+4y-1=0交于A,B兩點,則|AB|的最小值為(  ).
A.1 B.2 C.4 D.2
方法總結:
1.當直線與圓相交時,弦長的求法
(1)幾何法:利用圓的半徑r,圓心到直線的距離d,弦長l之間的關系r2=d2+2,整理得到弦長l=2.此法思路簡明,計算量小,求弦長問題一般選用幾何法.
(2)代數法:若直線與圓的交點坐標易求出,求出交點坐標后,直接用兩點間的距離公式計算弦長.
(3)弦長公式法:設直線l:y=kx+b與圓的交點為(x1,y1),(x2,y2),將直線方程代入圓的方程,消元后得到弦長l=|x1-x2|=,再利用根與系數的關系求解.
2.當直線與圓相切時,幾種切線的求法
(1)經過圓x2+y2=r2上一點P(x0,y0)的切線方程為x0x+y0y=r2.
(2)經過圓(x-a)2+(y-b)2=r2上一點P(x0,y0)的切線方程為(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
(3)經過圓x2+y2+Dx+Ey+F=0上一點P(x0,y0)的切線方程為x0x+y0y+D·+E·+F=0.
在平面直角坐標系xOy中,已知圓C:(x-m)2+(y-2m)2=3m2(m>0)與直線x+2y-2=0交于A,B兩點,過點A,B分別作圓C的切線l1,l2.若l1與l2交于點P,且C為線段OP的中點,則m=    .
圓與圓的位置關系
例4 (2022年新高考全國Ⅰ卷)寫出與圓x2+y2=1和(x-3)2+(y-4)2=16都相切的一條直線的方程:      .
方法總結:
兩圓公切線方程的求法
(1)當公切線的斜率存在時,可設公切線方程為y=kx+b,由公切線的意義可知,兩圓的圓心到直線y=kx+b的距離分別等于兩圓的半徑,這樣得到關于k和b的方程組,解這個方程組得到k,b的值,即可寫出公切線的方程;
(2)當公切線的斜率不存在時,要注意運用數形結合的方法,觀察并寫出公切線的方程.
(原創)如果圓(x-a)2+(y-a-1)2=4上恰有兩個點到原點的距離為3,則實數a的取值范圍為(  ).
A.(-4,3)
B.(-∞,-1)∪(0,+∞)
C.(-4,-1)∪(0,3)
D.(0,3)
【真題改編】
1.(2023年新高考全國Ⅰ卷,T6改編1)過點P(0,-2)作圓C:x2+y2-4x-1=0的兩條切線,設切點分別為A,B,則經過P,A,C,B這四點的圓的方程為(  ).
A.x2+y2-x+2y=0
B.x2+y2+2x-2y=0
C.x2+y2-2x-2y=0
D.x2+y2-2x+2y=0
2.(2023年新高考全國Ⅰ卷,T6改編2)過點P(0,-2)作圓C:x2+y2-4x-1=0的兩條切線,設切點分別為A,B,則·=(  ).
A.- B. C.- D.
3.(2024年全國甲卷,理科T12改編)已知b是a,c的等差中項,則直線ax+by+c=0與圓x2+y2+4y-1=0(  ).
A.相切 B.相交
C.相離 D.位置關系不確定
4.(2023年新高考全國Ⅱ卷,T15改編)已知直線l:y=kx+2與☉C:(x-2)2+y2=16交于A,B兩點,當△ABC的面積最大時,寫出此時k的一個值:    .
5.(2022年全國乙卷,理科T14改編)過四點(0,0),(2,0),(2,2),(4,4)中的三點的一個圓的標準方程為       .
【最新模擬】
(總分:83分 單選題每題5分,多選題每題6分,填空題每題5分)
1.“直線xsin θ+y-1=0與x+ycos θ+1=0平行”是“θ=”的(  ).
A.充分不必要條件
B.必要不充分條件
C.充要條件
D.既不充分也不必要條件
2.已知直線l:x-y-2=0,點C在圓(x-1)2+y2=2上運動,那么點C到直線l的距離的最大值為(  ).
A.+1 B.
C. D.
3.已知圓C1:(x+1)2+(y+1)2=1,圓C2:x2+y2-4x-4y-1=0,則兩圓的公切線條數為(  ).
A.1 B.2 C.3 D.4
4.已知圓C:(x-1)2+(y+2)2=16,過點D(0,1)的動直線l與圓C相交于M,N兩點,當|MN|=2時,直線l的方程為(  ).
A.4x+3y-3=0
B.3x-4y+4=0
C.x=0或4x+3y-3=0
D.4x+3y-3=0或3x-4y+4=0
5.已知動點P在直線l:x-y=0上,過點P總能作圓C:(x-a)2+y2=1的兩條切線,切點為A,B,且∠BPA<恒成立,則a的取值范圍是(  ).
A.(-4,0)∪(0,4)
B.(-∞,-4)∪(4,+∞)
C.(-2,0)∪(0,2)
D.(-∞,-2)∪(2,+∞)
6.已知傾斜角為45°的直線l過點A(3,0),動點P在直線l上,O為坐標原點,動點Q滿足|QA|=2|QO|,則下列結論正確的是(  ).
A.直線l的方程為y=x+3
B.動點Q的軌跡方程為(x+1)2+y2=4
C.|PQ|的最大值為2+2
D.|PQ|的最小值為2-2
7.已知點M在圓C:x2+y2+2x-3=0上,點P(0,1),Q(1,2),則(  ).
A.存在點M,使得|MP|=1
B.∠MQP≤
C.存在點M,使得|MP|=|MQ|
D.|MQ|=|MP|
8.已知直線l:ax-y+3=0是圓C:x2+y2+2x-4y-4=0的對稱軸,過點P(a,-2)作圓C的一條切線,切點為Q,則|PQ|=    .
9.已知直線l為圓x2+y2=4在點(,)處的切線,P是直線l上的一動點,Q是圓(x+1)2+y2=1上的一動點,O為坐標原點,則|PQ|的最小值是    .
10.過點P(1,2)作圓O:x2+y2=10相互垂直的兩條弦AB與CD,則四邊形ACBD的面積的最大值為(  ).
A.6 B.2 C.9 D.15
11.設直線l:x+y-1=0,一束光線從原點O出發沿射線y=kx(x≥0)向直線l射出,經l反射后與x軸交于點M,再次經x軸反射后與y軸交于點N.若||=,則k的值為(  ).
A. B. C. D.2
12.已知直線y=kx+m(km≠0)與x軸和y軸分別交于A,B兩點,且|AB|=2,動點C滿足CA⊥CB,則當k,m變化時,點C到點D(1,1)的距離的最大值為(  ).
A.4 B.3
C.2 D.
13.已知圓C:x2+(y-2)2=16,點P在直線l:x+2y+6=0上,過點P作圓C的兩條切線,切點分別為A,B.當∠APB最大時,cos∠APB=    .
14.已知圓M:(x-4)2+y2=9,直線y=kx交圓M于A,B兩點,點C(6,0),則△ABC面積的最大值為    .
15.(原創)已知點A(-1,0),B(1,0),點P在圓O:x2+(y+2)2=9上,則滿足AP⊥BP的點P的個數為(  ).
A.3 B.2 C.1 D.0
16.(原創)設圓C滿足如下條件:①截y軸所得的弦長為2;②被x軸分成兩段圓弧,其弧長的比為2∶1.當圓C的面積最小時,下列說法正確的是(  ).
A.圓心C的坐標可以為0,
B.圓C截x軸所得的弦長為1
C.圓心C到直線x+y=2的距離可以為
D.圓C的面積為π
參考答案
專題九 直線與圓
題型1 直線方程與位置關系
例1 +1
【解析】如圖,設點E(3,0)關于直線y=x的對稱點為E'(m,n),
則解得故E',,
則圓E關于直線y=x對稱的圓E'的方程為x-2+y-2=,要使|PB|-|PA|的值最大,則P,A,B'其中點B'為點B關于直線y=x對稱的圓E'上的點三點共線,且該直線過C,E'兩點,
故其最大值為|AB'|的最大值,|AB'|max=|CE'|+1=+1=+1.
跟蹤訓練 C
【解析】如圖所示,
由題意可設入射光線PQ所在直線的方程為y+1=k(x-1),
令x=0,則y=-1-k,可得Q(0,-1-k),則反射光線QA所在直線的方程為y=-kx-1-k.
由<1,解得-∴入射光線所在直線的斜率的取值范圍為-,0.
題型2 圓的方程
例2 (x-2)2+(y-3)2=13或(x-2)2+(y-1)2=5或x-2+y-2=或x-2+(y-1)2= 
解析 依題意,設圓的方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0.
若圓過點(0,0),(4,0),(-1,1),
則解得
所以圓的方程為x2+y2-4x-6y=0,
即(x-2)2+(y-3)2=13;
若圓過點(0,0),(4,0),(4,2),
則解得
所以圓的方程為x2+y2-4x-2y=0,即(x-2)2+(y-1)2=5;
若圓過點(0,0),(4,2),(-1,1),
則解得
所以圓的方程為x2+y2-x-y=0,即x-2+y-2=;
若圓過點(-1,1),(4,0),(4,2),
則解得
所以圓的方程為x2+y2-x-2y-=0,即x-2+(y-1)2=.
跟蹤訓練 C
【解析】設圓M的標準方程為(x-a)2+(y-b)2=r2,
因為圓M過A(-3,1),B(-2,4),C(7,1)三點,
所以
解得
所以圓M的方程為(x-2)2+(y-1)2=25,
故|MB|=r=5.
題型3 直線、圓的位置關系
考向1 直線與圓的位置關系
例3 C 
解析 因為b是a,c的等差中項,所以2b=a+c,所以c=2b-a,代入直線方程ax+by+c=0中,得ax+by+2b-a=0,即a(x-1)+b(y+2)=0,令得故直線ax+by+c=0恒過點(1,-2).設P(1,-2),將圓的方程x2+y2+4y-1=0化為標準方程,得x2+(y+2)2=5.
設圓心為C(0,-2),在同一平面直角坐標系中畫出直線與圓的圖象,由圖可知,當PC⊥AB時,|AB|最小,
又|PC|=1,|AC|=,所以|AB|min=2|AP|=2=2=4.故選C.
跟蹤訓練 
【解析】設∠PCA=θ,AB與CP相交于點H,如圖所示,
因為C為線段OP的中點,所以|PC|=|OC|==m,圓的半徑r=m,
圓心到直線的距離d==.
因為在Rt△CAP與Rt△CAH中,可得cos θ==,所以=,解得m=1或m=.
又C為OP的中點,所以圓心C(m,2m)在直線x+2y-2=0的下方,
所以m+4m-2<0,即m<,所以m=.
考向2 圓與圓的位置關系
例4 3x+4y-5=0或x=-1或7x-24y-25=0
【解析】由兩圓方程可得,兩圓圓心距d==5,兩圓半徑分別為r1=1,r2=4,
∵r1+r2=5=d,
∴兩圓外切,∴兩圓有三條公切線,如圖所示.
∵kOC=,∴=-,設直線l1:y=-x+b,即3x+4y-4b=0,由=1,得b=(負值舍去),
∴直線l1的方程為3x+4y-5=0.
由圖可知,l2:x=-1,且l2與l3關于直線y=x對稱,
由解得
即直線l2與l3的一個交點為-1,-,
在l2上取一點(-1,0),設該點關于直線y=x的對稱點為(x0,y0),
則解得
∴==,
∴直線l3的方程為y=(x+1)-,即7x-24y-25=0.
故與兩圓都相切的一條直線方程可以是3x+4y-5=0或x=-1或7x-24y-25=0.
跟蹤訓練 C
【解析】由已知條件知圓(x-a)2+(y-a-1)2=4與圓x2+y2=9有兩個交點,則由兩圓相交的條件可知1<<5,即1<2a2+2a+1<25,由2a2+2a+1<25,解得-40或a<-1.
綜上,實數a的取值范圍為(-4,-1)∪(0,3).
1.D
【解析】因為x2+y2-4x-1=0,即(x-2)2+y2=5,所以圓心C(2,0),半徑r=,由圓的切線性質可知,CA⊥PA,CB⊥PB,所以P,A,C,B四點在以PC為直徑的圓上,又P(0,-2),C(2,0),所以該圓的方程為x(x-2)+(y+2)y=0,即x2+y2-2x+2y=0.
2.C
【解析】因為x2+y2-4x-1=0,即(x-2)2+y2=5,所以圓心C(2,0),半徑r=,又P(0,-2),則|PC|==2,則|PA|=|PB|==,可得sin∠APC==,則cos∠APB=cos 2∠APC=1-2sin2∠APC=1-2×2=-,所以·=||·||·cos∠APB=()2×-=-.
3.B
【解析】因為a,b,c成等差數列,所以2b=a+c,所以c=2b-a,代入直線方程ax+by+c=0中,得ax+by+2b-a=0,即a(x-1)+b(y+2)=0,
令得
故直線ax+by+c=0恒過點(1,-2).
設P(1,-2),將圓的方程x2+y2+4y-1=0化為標準方程,得x2+(y+2)2=5.
設圓心為C(0,-2),則|PC|=1<,即點P在圓C內,所以該直線與圓一定相交.
故選B.
4.-2或+2
【解析】由圓的方程知,圓心C(2,0),半徑r=4,則圓心C到直線l:y=kx+2的距離d=.
因為弦長|AB|=2,所以S△ABC=×d×2=≤=8,當且僅當d2=16-d2,即d=2時取等號,
所以當△ABC的面積最大時,d==2,解得k=±2.
5.(x-1)2+(y-1)2=2或(x-1)2+(y-3)2=10或(x-5)2+(y-1)2=10
【解析】易得(0,0),(2,2),(4,4)三點共線,沒有過該三點的圓,過其余任意三點都可以有一個圓.
若過(0,0),(2,0),(2,2)三點,這三點構成等腰直角三角形,則過這三點的圓的圓心坐標為(1,1),半徑r=,故圓的標準方程為(x-1)2+(y-1)2=2.
設過不共線三點的圓的一般方程為x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0).
若過(0,0),(2,0),(4,4)三點,
則有解得
所以所求圓的一般方程為x2+y2-2x-6y=0,化為標準方程為(x-1)2+(y-3)2=10.
若過(2,0),(2,2),(4,4)三點,
則有
解得所以所求圓的一般方程為x2+y2-10x-2y+16=0,化為標準方程為(x-5)2+(y-1)2=10.
1.B
【解析】若直線xsin θ+y-1=0與x+ycos θ+1=0平行,
則sin θ≠0,cos θ≠0,所以=≠,
則sin θcos θ=,sin 2θ=,sin 2θ=1,2θ=+2kπ(k∈Z),θ=+kπ(k∈Z),故不是充分條件;
反之,當θ=時,=≠成立,故是必要條件.
故“直線xsin θ+y-1=0與x+ycos θ+1=0平行”是“θ=”的必要不充分條件.
2.C
【解析】圓(x-1)2+y2=2的圓心坐標為(1,0),半徑為r=.
則圓心(1,0)到直線l:x-y-2=0的距離d==.
所以圓上的點C到直線l:x-y-2=0的距離的最大值為+=.
3.D
【解析】由題意可知,圓C1:(x+1)2+(y+1)2=1是以(-1,-1)為圓心,1為半徑的圓;
圓C2:x2+y2-4x-4y-1=0,即(x-2)2+(y-2)2=9是以(2,2)為圓心,3為半徑的圓.
因為圓心距|C1C2|==3>1+3=4,所以兩圓相離,所以兩圓的公切線條數為4.
4.C
【解析】當直線l與x軸垂直時,易知直線l的方程為x=0,此時|MN|=2,符合題意;
當直線l與x軸不垂直時,設直線l的斜率為k,則直線l的方程為y=kx+1,即kx-y+1=0,
則圓心C到直線l的距離d=,又|MN|=2=2=2,∴d==1,解得k=-,則直線l的方程為y=-x+1,即4x+3y-3=0.
綜上可知,直線l的方程為x=0或4x+3y-3=0.故選C.
5.D
【解析】設∠BPA=θ,則sin ==,
因為∠BPA=θ<恒成立,所以sin =<,即|PC|>2恒成立,
又|PC|的最小值為點C到直線l的距離,設此距離為d,則d=,所以>2,解得a>2或a<-2.
6.BD
【解析】由直線l的傾斜角為45°得出直線l的斜率為1,由直線l過點(3,0),得直線l的方程為y=x-3,故選項A錯誤;
設Q(x,y),∵|QA|=2|QO|,∴|QA|2=4|QO|2,∴(x-3)2+y2=4(x2+y2),
可得動點Q的軌跡為圓C:(x+1)2+y2=4,故選項B正確;
因為圓心C(-1,0)到直線l的距離d==2,所以由|PQ|≥|CP|-|CQ|≥d-2,可知|PQ|的最小值為d-2=2-2,|PQ|無最大值,所以選項C錯誤,選項D正確.故選BD.
7.ABD
【解析】將圓C的方程化為標準方程,得(x+1)2+y2=4,圓心C(-1,0),半徑r=2.
又P(0,1),所以|CP|=.因為點M在圓C上,所以|MP|∈[2-,2+],
所以存在點M,使得|MP|=1,故A正確.
因為(1+1)2+22=8>4,所以點Q在圓外,又|CP|=所以當QM與圓C相切時(如圖所示),∠MQP取得最大值,最大值為,所以∠MQP≤,故B正確.
設M(x,y),若|MQ|=|MP|,則|MQ|2=2|MP|2 (x-1)2+(y-2)2=2[x2+(y-1)2] x2+y2+2x-3=0,
又點M在圓C上,所以|MQ|=|MP|一定成立,C錯誤,故D正確.
故選ABD.
8.
【解析】由x2+y2+2x-4y-4=0,得(x+1)2+(y-2)2=9,
所以圓C的圓心坐標為(-1,2),半徑為3.
因為直線l:ax-y+3=0是圓C:x2+y2+2x-4y-4=0的對稱軸,所以l經過點(-1,2).
由-a-2+3=0,得a=1,所以點P的坐標為(1,-2),則|PC|==2.
因為圓C的半徑為3,所以|PQ|==.
9.1+
【解析】圓x2+y2=4的圓心為O(0,0),設切點為A(,),則kOA==1,即切線l的斜率k=-1,
故切線l的方程為y-=-(x-),即x+y-2=0.
由圓的性質知,|PQ|的最小值為點(-1,0)到直線x+y-2=0的距離減去1,即|PQ|min=-1=1+.
10.D
【解析】
如圖所示,作OM⊥AB于點M,作ON⊥CD于點N,易知|OP|=,設|OM|=m,|ON|=n,則m2+n2=5,所以|AB|=2,|CD|=2,所以S四邊形ACBD=|AB|·|CD|=2·≤2×=15,
當且僅當=,即m=n=時取等號.
所以四邊形ACBD的面積的最大值為15.
11.B
【解析】
如圖,點O關于直線l的對稱點為A(1,1),
由題意知射線y=kx(x≥0)與直線l不平行,故k≠-1.

得即P,.
故直線AP的斜率kAP==,
因此,直線AP的方程為y-1=(x-1).
令y=0,得x=1-k,故M(1-k,0),令x=0,得y=1-,由對稱性可得N0,-1.
由||=,得(1-k)2+-12=,即k+2-2k+=,
易得k+=,解得k=或k=.
若k=,則光線第二次反射后不會與y軸相交,故不符合條件.
故k=.
12.B
【解析】由y=kx+m(km≠0),得A-,0,B(0,m),由|AB|=2,得-2+m2=8.
由CA⊥CB,得·=0,即點C在以AB為直徑的圓上,因此點C的軌跡為一動圓(不包含A,B兩點),如圖所示.
設該動圓的圓心坐標為(x',y'),則有x'=-,y'=,即=-2x',m=2y',代入-2+m2=8中,整理得x'2+y'2=2,即點C的軌跡的圓心在圓x'2+y'2=2上(除去圓與坐標軸的交點).
易知點D(1,1)與圓x'2+y'2=2上點(-1,-1)的距離加上動圓的半徑即為點C到點D(1,1)的距離的最大值,
所以最大值為+=3.
13.-
【解析】根據題意可知,圓C:x2+(y-2)2=16的圓心為C(0,2),半徑r=4,連接PC,AC,BC,可得PA⊥CA,∠APB=2∠APC.
在Rt△APC中,sin∠APC===,
可得cos∠APB=1-2sin2∠APC=1-,
由此可得,當|CP|為最小值時,cos∠APB有最小值,即∠APB最大.因為點C到直線l:x+2y+6=0的距離d==2,所以|CP|min=2,此時cos∠APB=1-=-.
綜上所述,當CP⊥l時,∠APB最大,此時cos∠APB=-.
14.
【解析】易知k≠0,(x-4)2+y2=9的圓心為M(4,0),半徑為3,
則點M(4,0)到直線y=kx的距離d=<3,解得k2<,
點C(6,0)到直線y=kx的距離h=,|AB|=2,故S△ABC=|AB|h=h=·,
令=t(t>0),由d=<3,得0則S△ABC=6t=6=6,
當t=時,S△ABC取得最大值,最大值為.
15.C
【解析】設點P(x,y),則有x2+(y+2)2=9,由AP⊥BP,得點P在以AB為直徑的圓上(不與A,B重合),即在圓x2+y2=1上(不與A,B重合),則兩圓的圓心距為2,半徑之和為3+1=4,半徑之差為3-1=2,所以兩圓相內切,故滿足這樣的點P只有1個.
16.ACD
【解析】設圓C的標準方程為(x-a)2+(y-b)2=r2,則圓心C的坐標為(a,b),由題意可知當圓C的面積最小時,a=0,此時r=1,|b|=,
可得圓心C的坐標為0,或0,-,圓的面積為π,所以A,D正確;
對于B,圓C截x軸所得的弦長為2×=,所以B錯誤;
對于C,圓心C0,-到直線x+y=2的距離d==,所以C正確.
故選ACD.

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