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21解析几何★★★★☆
在直角坐标系 xOyxOy 中,曲线 C1C_1 上的点均在圆 C2:(x−5)2+y2=9C_2:(x-5)^2+y^2=9 外,且对 C1C_1 上任意一点 MM,MM 到直线 x=−2x=-2 的距离等于该点与圆 C2C_2 上点的距离的最小值.
(1) 求曲线 C1C_1 的方程; (2) 设 P(x0,y0)P(x_0,y_0)(y0≠±3y_0\neq\pm3)为圆 C2C_2 外一点,过 PP 作圆 C2C_2 的两条切线,分别与曲线 C1C_1 相交于点 AA,BB 和 CC,DD. 证明:当 PP 在直线 x=−4x=-4 上运动时,四点 AA,BB,CC,DD 的纵坐标之积为定值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设 M(x,y)M(x,y) 为 C1C_1 上一点. 因为 MM 在圆 C2C_2 外,MM 到圆上点的最小距离等于 MM 到圆心 O(5,0)O(5,0) 的距离减去半径 33,即
(x−5)2+y2−3\sqrt{(x-5)^2+y^2}-3
题设给出
∣x+2∣=(x−5)2+y2−3|x+2|=\sqrt{(x-5)^2+y^2}-3
若 x⩽−2x\leqslant-2,则 ∣x+2∣=−x−2|x+2|=-x-2,从而
(x−5)2+y2=1−x\sqrt{(x-5)^2+y^2}=1-x
平方得 (x−5)2+y2=(1−x)2(x-5)^2+y^2=(1-x)^2,y2=8x−24<0y^2=8x-24<0 矛盾. 因此 x>−2x>-2,于是 ∣x+2∣=x+2|x+2|=x+2,有
(x−5)2+y2=x+5\sqrt{(x-5)^2+y^2}=x+5
平方整理得 (x−5)2+y2=(x+5)2(x-5)^2+y^2=(x+5)^2,y2=20xy^2=20x. 反之,曲线 y2=20xy^2=20x 上的点满足 x⩾0x\geqslant0,代回等式可验证确在圆外且满足距离条件. 故
C1:y2=20xC_1:y^2=20x
\item 设 P=(−4,y0)P=(-4,y_0),其中 y0≠±3y_0\neq\pm3. 直线 x=−4x=-4 到圆心的距离为 99,不可能是切线;水平直线 y=y0y=y_0 只有在 y0=±3y_0=\pm3 时才与圆相切,也已被题设排除. 因此两条切线的斜率均为有限非零数,过 PP 的这类直线可写成
y−y0=k(x+4)y-y_0=k(x+4)
将 x=y−y0k−4x=\frac{y-y_0}{k}-4 代入 y2=20xy^2=20x,得
ky2−20y+20y0+80k=0ky^2-20y+20y_0+80k=0
因此该直线与抛物线交点的两个纵坐标之积为
20(y0+4k)k\frac{20(y_0+4k)}{k}
设两条切线的斜率为 k1k_1,k2k_2. 切线与圆
(x−5)2+y2=9(x-5)^2+y^2=9
相切的条件是圆心到直线
kx−y+4k+y0=0kx-y+4k+y_0=0
的距离等于 33,即
∣9k+y0∣k2+1=3\frac{|9k+y_0|}{\sqrt{k^2+1}}=3
平方整理为
72k2+18y0k+y02−9=072k^2+18y_0k+y_0^2-9=0
故 k1+k2=−y04k_1+k_2=-\frac{y_0}{4},k1k2=y02−972k_1k_2=\frac{y_0^2-9}{72}. 四个交点纵坐标的乘积为
20(y0+4k1)k1⋅20(y0+4k2)k2=400y02+4y0(k1+k2)+16k1k2k1k2\frac{20(y_0+4k_1)}{k_1}\cdot \frac{20(y_0+4k_2)}{k_2} =400\frac{y_0^2+4y_0(k_1+k_2)+16k_1k_2}{k_1k_2}
代入 k1+k2k_1+k_2 与 k1k2k_1k_2,得
4001672(y02−9)y02−972=6400400\frac{\frac{16}{72}(y_0^2-9)} {\frac{y_0^2-9}{72}} =6400
所以该乘积为定值 64006400. \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 湖南 · 理 · 第 21 题 · 解答题

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