问题 解答题

点P为圆O:x2+y2=a2(a>0)上一动点,PD⊥x轴于D点,记线段PD的中点M的运动轨迹为曲线C.

(I)求曲线C的方程;

(II)若动直线l与曲线C交于A、B两点,当△OAB(O是坐标原点)面积取得最大值,且最大值为1时,求a的值.

答案

(Ⅰ)设P(x0,y0),M(x,y),由

x=x0
y=
1
2
y0
,得
x0=x
y0=2y
,…(2分)

代入x2+y2=a2,得 

x2
a2
+
y2
a2
4
=1.…(4分)

(Ⅱ)①当l斜率不存在时,设x=t,由已知得-a<t<a,

x2+4y2=a2
x=t
,得y2=
a2-t2
4

所以S△OAB=

1
2
×2|y|×|x|=|t|•
a2-t2
2
=
(a2-t2)t2
2
a2
4

当且仅当t2=a2-t2,即|t|=

2
2
a时,等号成立.

此时S△OAB最大值为

a2
4
.…(5分)

②当l斜率存在时,设其方程为y=kx+m,

x2+4y2=a2
y=kx+m
,消去y整理得(4k2+1)x2+8kmx+4m2-a2=0,

△=(8km)2-4(4k2+1)(4m2-a2)=4[4k2+a2-4m2]

由△>0,得4k2a2+a2-4m2>0①

设A(x1,y1),B(x2,y2),则  x1+x2=

-8km
4k2+1
x1x2=
4m2-a2
4k2+1
②…(7分)

|AB|=
(1+k2)[(x1+x2)2-4x1x2]
=
(1+k2)[(
-8km
4k2+1
)
2
-4•
4m2-a2
4k2+1
]
=
2
4k2+1
(1+k2)[a2(1+4k2)-4m2]

原点到直线l距离为 d=

|m|
1+k2
,④…(9分)

由面积公式及③④得

S△OAB=
1
2
×|AB|d=
1
2
2
4k2+1
(1+k2)[a2(1+4k2)-4m2]
|m|
1+k2
 
=
1
2
4m2
1+4k2
(a2-
4m2
1+4k2
)
1
2
4m2
1+4k2
+(a2-
4m2
1+4k2
)
2
=
a2
4
…(11分)

综合①②,S△OAB的最大值为

a2
4
,由已知得
a2
4
=1
,所以 a=2.…(12分)

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