已知圓C經過點A( 2,0),B(0,2),且圓心C在直線y x上,又直線l y kx 1與圓C相交於P,Q兩點

時間 2022-03-25 07:40:11

1樓:伊蘭夢婷

已知圓c經過點a(-2,0),b(0,2),且圓心在直線y=x上,且,又直線l:y=kx+1與圓c相交於p、q兩點.

(i)求圓c的方程;

(ii)若

op•oq=-2,求實數k的值;

(iii)過點(0,1)作直線l1與l垂直,且直線l1與圓c交於m、n兩點,求四邊形pmqn面積的最大值.解:(i)設圓心c(a,a),半徑為r.

因為圓經過點a(-2,0),b(0,2),所以|ac|=|bc|=r,

所以(a+2)2+a2=

a2+(a-2)2=r

解得a=0,r=2,…(2分)

所以圓c的方程是x2+y2=4.…(4分)

(ii)方法一:因為op•

oq=2×2×cos<

op,oq>=-2,…(6分)

所以cos∠poq=-

12,∠poq=120°,…(7分)

所以圓心到直線l:kx-y+1=0的距離d=1,…(8分)

又d=1k2+1,所以k=0.…(9分)

方法二:設p(x1,y1),q(x2,y2),

因為y=kx+1x2+y2=4​,代入消元得(1+k2)x2+2kx-3=0.…(6分)

由題意得:△=4k2-4(1+k2)(-3)>0x1+x2=

-2k1+k2x1•x2=

-31+k2​…(7分)

因為op•

oq=x1•x2+y1•y2=-2,

又y1•y2=(kx1+1)(kx2+1)=k2x1•x2+k(x1+x2)+1,

所以x1•x2+y1•y2=-31+k2+

-3k21+k2+

-2k21+k2+1=-2,…(8分)

化簡得:-5k2-3+3(k2+1)=0,

所以k2=0,即k=0.…(9分)

(iii)方法一:設圓心o到直線l,l1的距離分別為d,d1,四邊形pmqn的面積為s.

因為直線l,l1都經過點(0,1),且l⊥l1,根據勾股定理,有d12+d2=1,…(10分)

又根據垂徑定理和勾股定理得到,|pq|=2•

4-d2,|mn|=2•

4-d12,…(11分)

而s=12•|pq|•|mn|,即

​s=12×2×

4-d12×2×

4-d2=2

16-4(d12+d2)+d12•d2=2

12+d12•d2≤2

12+(

d12+d22)2=2

12+14=7,​…(13分)

當且僅當d1=d時,等號成立,所以s的最大值為7.…(14分)

方法二:設四邊形pmqn的面積為s.

當直線l的斜率k=0時,則l1的斜率不存在,此時s=

12•2

3•4=4

3.…(10分)

當直線l的斜率k≠0時,設l1:y=-

1kx+1

則y=kx+1x2+y2=4​,代入消元得(1+k2)x2+2kx-3=0

所以△=4k2-4(1+k2)(-3)>0x1+x2=

-2k1+k2x1•x2=

-31+k2​|pq|=

1+k2|x1-x2|=

1+k24k2+12k2+121+k2=

1+k216k2+121+k2

同理得到|mn|=

1+1k216

1k2+121+

1k2=

1+k212k2+161+k2.…(11分)

​s=12•|pq|•|mn|=

12•(1+k2)

(16k2+12)(12k2+16)(1+k2)2=

12•16(4k2+3)(3k2+4)1+k2=

212k4+25k2+121+k2=2

12(k4+2k2+1)+k2k4+2k2+1​

=212+

k2k4+2k2+1=2

12+1k2+2+

1k2…(12分)

因為k2+2+

1k2≥2+2

k2•1k2=4,

所以 s≤2

12+14=2×

72=7,…(13分)

當且僅當k=±1時,等號成立,所以s的最大值為7

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