已知定点A、B间的距离为2,以B为圆心作半径为2的圆,P为圆上一点,线段AP的垂直平分线l与直线PB交于点M,当P在圆周上运动时,点M的轨迹记为曲线C.
(1)建立适当的坐标系,求曲线C的方程,并说明它是什么样的曲线;
(2)试判断l与曲线C的位置关系,并加以证明.
网友回答
解:(1)以AB中点为坐标原点,直线AB所在直线为x轴建立平面直角坐标系,
则A(-1,0),B(1,0).
设M(x,y),由题意:|MP|=|MA|,|BP|=2,
所以|MB|+|MA|=2.
故曲线C是以A、B为焦点,长轴长为2的椭圆,
其方程为x2+2y2=2.
(2)直线l与曲线C的位置关系是相切.
证法一:由(1)知曲线C方程为x2+2y2=2,
设P(m,n),则P在⊙B上,故(m-1)2+n2=8,
即m2+n2=7+2m.
当P、A、B共线时,
直线l的方程为x=±,显然结论成立.
当P、A、B不共线时,
直线l的方程为:,
整理得,.
把直线l的方程代入曲线C方程得:,
整理得[n2+2(m+1)2]x2-4(m+1)(m+3)x+2(m+3)2-2n2=0.
△=[4(m+1)(m+3)]2-4[n2+2(m+1)2][2(m+3)2-2n2]
=-8n2[(m+3)2-n2-2(m+1)2]=-8n2[-m2-n2+2m+7]=0.
∴直线l与曲线C相切.(说明:以A或B为原点建系亦可)
证法二:在直线l上任取一点M',
连接M'A,M'B,M'C,
由垂直平分线的性质得|M'A|=|M'P|,
∴
(当且仅当M、M'重合时取“=”号)
∴直线l与椭圆C有且仅有一个公共点M.
∴直线l与曲线C相切.
解析分析:(1)以AB中点为坐标原点,直线AB所在直线为x轴建立平面直角坐标系,则A(-1,0),B(1,0).设M(x,y),由题意:|MP|=|MA|,|BP|=2,所以|MB|+|MA|=2.由此能求出曲线C的方程.(2)直线l与曲线C的位置关系是相切.证法一:由曲线C方程为x2+2y2=2,设P(m,n),则P在⊙B上,故(m-1)2+n2=8,即m2+n2=7+2m.由此入手能够证明直线l与曲线C相切.证法二:在直线l上任取一点M',连接M'A,M'B,M'C,由垂直平分线的性质得|M'A|=|M'P|,,由此能够证明直线l与曲线C相切.
点评:通过几何量的转化考查用待定系数法求曲线方程的能力,通过直线与圆锥曲线的位置关系处理,考查学生的运算能力.通过向量与几何问题的综合,考查学生分析转化问题的能力,探究研究问题的能力,并体现了合理消元,设而不解的代数变形的思想.本题综合性强,是高考的重点,易错点是知识体系不牢固.