问题 解答题

已知圆M:(x+1)2+y2=1,圆N:(x-1)2+y2=9,动圆P与圆M外切并且与圆N内切,圆心P的轨迹为曲线C.

(1)求C的方程;

(2)若直线l:y=kx+m与曲线C相交于A,B两点(A,B不是左右顶点),且以AB为直径的圆过椭圆C的右顶点,求证:直线l过定点,并求出该定点的坐标.

答案

(1)圆M:(x+1)2+y2=1,圆N:(x-1)2+y2=9,

设动圆P半径为R.

∵M在N内,∴动圆只能在N内与N内切,不能是N在动圆内,即:R<3

动圆P与圆M外切,则PM=1+R,

动圆P与圆N内切,则PN=3-R,

∴PM+PN=4,即P到M和P到N的距离之和为定值.

∴P是以M、N为焦点的椭圆.

∵MN的中点为原点,故椭圆中心在原点,

∴2a=4,a=2,2c=MN=2,c=1,

∴b2=a2-c2=4-1=3,

∴C的方程为

x2
4
+
y2
3
=1(x≠2);

(2)证明:联立

x2
4
+
y2
3
=1
y=kx+m
,得(k2+3)x2+2kmx+m2-12=0.

设A(x1,y1),B(x2,y2),

x1+x2=-

2km
k2+3
x1x2=
m2-12
k2+3

y1y2=(kx1+m)(kx2+m)

=k2x1x2+km(x1+x2)+m2

=k2

m2-12
k2+3
+km•(-
2km
k2+3
)+m2

=

3m2-12k2
k2+3

设右顶点S(2,0),

SA
=(x1-2,y1),
SB
=(x2-2,y2),

又以AB为直径的圆过椭圆C的右顶点,

SA
SB
=0,

即(x1-2)(x2-2)+y1y2=0,x1x2-2(x1+x2)+4+y1y2=0.

m2-12
k2+3
-2•(-
2km
k2+3
)+4+
3m2-12k2
k2+3
=0,

整理得:(m-k)(m+2k)=0,

∴k=m或k=-

m
2

当k=m时,直线l为y=mx+m=m(x+1),直线过定点(-1,0);

当k=-

m
2
,直线l为y=-
m
2
x+m=m(-
x
2
+1)
,直线过定点(2,0),不合题意.

∴直线l过定点(-1,0).

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