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21解析几何★★★★☆
已知曲线 Γ\Gamma 上的点到点 F(0,1)F(0,1) 的距离比它到直线 y=−3y = -3 的距离小 2.
(1) 求曲线 Γ\Gamma 的方程; (2) 曲线 Γ\Gamma 在点 PP 处的切线 ll 与 xx 轴交于点 AA. 直线 y=3y = 3 分别与直线 ll 及 yy 轴交于点 MM,NN. 以 MNMN 为直径作圆 CC,过点 AA 作圆 CC 的切线,切点为 BB. 试探究:当点 PP 在曲线 Γ\Gamma 上运动(点 PP 与原点不重合)时,线段 ABAB 的长度是否发生变化?证明你的结论.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设曲线 Γ\Gamma 上任意一点为 P(x,y)P(x,y). 由题意,x2+(y−1)2=∣y+3∣−2\sqrt{x^2+(y-1)^2}=|y+3|-2. 当 y⩾−3y\geqslant-3 时,右端为 y+1y+1,因而 y⩾−1y\geqslant-1,平方并化简得 x2=4yx^2=4y,进而 y⩾0y\geqslant0. 当 y<−3y<-3 时,右端为 −y−5-y-5,要使右端非负必须 y⩽−5y\leqslant-5,平方得 x2=12(y+2)<0x^2=12(y+2)<0,不可能. 因此曲线方程为 y=x24y=\frac{x^2}{4}. \item 设 P=(t,t24)P=\left(t,\frac{t^2}{4}\right),其中 t≠0t\neq0. 抛物线在 PP 处的切线斜率为 t2\frac t2,所以切线 ll 的方程为 y−t24=t2(x−t)y-\frac{t^2}{4}=\frac t2(x-t),即 y=t2x−t24y=\frac t2x-\frac{t^2}{4}. 令 y=0y=0,得 A=(t2,0)A=\left(\frac t2,0\right);令 y=3y=3,得 M=(t2+122t,3)M=\left(\frac{t^2+12}{2t},3\right). 又 N=(0,3)N=(0,3). 记 u=t2+122tu=\frac{t^2+12}{2t},则以 MNMN 为直径的圆的圆心为 C=(u2,3)C=\left(\frac u2,3\right),半径为 r=∣u∣2r=\frac{|u|}{2}. 由点 AA 向圆作切线,切线长满足 AB2=AC2−r2AB^2=AC^2-r^2. 于是 AB2=(t2−u2)2+9−u24=t2−2tu4+9=t2−(t2+12)4+9=6AB^2=\left(\frac t2-\frac u2\right)^2+9-\frac{u^2}{4}=\frac{t^2-2tu}{4}+9=\frac{t^2-(t^2+12)}4+9=6. 所以 AB=6AB=\sqrt6,与 PP 的位置无关,线段 ABAB 的长度不发生变化. \end{enumerate} \end{solution}

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