解答题已知动圆P(圆心为点P)过定点A(1,0),且与直线x=-1相切,记动点P的轨迹为C.
(1)求轨迹C的方程;
(2)设过点P的直线l与曲线C相切,且与直线x=-1相交于点Q.试研究:在坐标平面内是否存在定点M,使得以PQ为直径的圆恒过点M?若存在,求出点M的坐标;若不存在,说明理由.
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解:(1)∵动圆P过定点A(1,0),且与直线x=-1相切,
∴点P到A(1,0)的距离等于点P到直线x=-1的距离.
因此,点P的轨迹是以A(1,0)为焦点、x=-1为准线的抛物线
设该抛物线方程为y2=2px,可得=1,解得p=2
∴抛物线方程为y2=4x,即为所求轨迹C的方程;
(2)设直线l方程为y=kx+m,(斜率不存在的直线不符合题意)
由消去y得:k2x2+(2km-4)x+m2=0
由题意知k≠0,且△=(2km-4)2-4k2m2=0,化简得km=1
设直线l与曲线C相切的切点P(x0,y0),则有
x0==,y0=kx0+m=,所以P(,)
由解得Q(-1,m-k)
假设坐标平面内符合条件的点M存在,由图形的对称性知点M在x轴上
若取k=m=1,此时P(1,2),Q(-1,0),可得以PQ为直径的圆为x2+(y-1)2=2,
交x轴于M1(1,0),M2(-1,0)
若取k=2,m=,此时P(,1),Q(-1,-),可得以PQ为直径的圆为(x+)2+(y+)2=,
交x轴于M3(1,0),M4(-,0)
所以若符合条件的M点存在,则点M的坐标必定为(1,0),即为A点.
以下证明,M(1,0)就是满足条件的点
当M的坐标为(1,0)时,=(-1,),=(-2,m-k)
∴?=-2(-1)+(m-k)==0
因此,⊥恒成立
综上所述,在坐标平面内存在定点M(1,0),使得以PQ为直径的圆恒过点M.解析分析:(1)根据题意,点P到A(1,0)的距离等于点P到直线x=-1的距离.由此结合抛物线的定义,即可求出轨迹C的方程是y2=4x;(2)设直线l方程为y=kx+m,与抛物线y2=4x消去y得到关于x的一元二次方程,利用根的判别式可得km=1,由此代入所得方程解出P、Q的坐标.然后根据图形的对称性加以讨论,得到若符合条件的M点存在,则点M的坐标必定为(1,0),即为A点.最后根据向量的数量积的坐标运算进行验证,可得M的坐标为(1,0)时,⊥恒成立,即可得到在坐标平面内存在定点M(1,0),使得以PQ为直径的圆恒过点M.点评:本题给出动圆P过定点A(1,0)且与定直线相切,求动点P的轨迹方程并讨论以PQ为直径的圆恒过点M的问题.着重考查了抛物线的标准方程和简单几何性质、轨迹方程的求法和直线与圆锥曲线的关系等知识,属于基础题.