问题 解答题

已知动圆M和圆C1:(x+1)2+y2=9内切,并和圆C2:(x-1)2+y2=1外切.

(1)求动圆圆心M的轨迹方程;

(2)过圆C1和圆C2的圆心分别作直线交(1)中曲线于点B、D和A、C,且AC⊥BD,垂足为P(x0,y0),设点E(-2,-1),求|PE|的最大值;

(3)求四边形ABCD面积的最小值.

答案

(1)设动圆圆心为M(x,y),半径为r,则

 |MC1 =3-r
 |MC2 =1+r
  ⇒ |MC1|+|MC2| =4.…(3分)

故动点M的轨迹是椭圆,a=2 , c=1 , b=

3
,其方程为
x2
4
+
y2
3
=1
.…(5分)

(2)显然点P在以线段C1C2为直径的圆上,x02+y02=1.…(7分)

x0=cosθ
y0=sinθ
,则|PE| =
(cosθ+2)2+(sinθ+1)2
=
6+4cosθ+2sinθ
=
6+2
5
sin (θ+ϕ)

故所求最大值为

6+2
5
=
5
+1.(也可数形结合,求得|PE|max = |EO|+1=
5
+1
.)…(10分)

(3)当AC⊥x轴或BD⊥x轴时,S=

1
2
|BD|•|AC| =
1
2
•4•3=6.…(11分)

当AC、BD均不垂直于x轴时,联立

3x2+4y2=12
y=k ( x+1 )
⇒( 3+4k2x2+8k2x+4k2-12=0,…(12分)|BD| =
1+k2
•|x1-x2| =
1+k2
144 ( 1+k2)
3+4k2
=
12 ( 1+k2)
3+4k2
,同理可得|AC| =
12 ( k2+1 )
3k2+4
.…(14分)S=
1
2
|BD|•|AC| =
72 k2+1 )2
( 3+4k2) ( 3k2+4 )
72 k2+1 )2
7k2+7
2
 )
2
=
288
49
,当且仅当k2=1时,Smin=
288
49
.(15分)

6>

288
49
,∴四边形ABCD面积的最小值为
288
49
.…(16分)

单项选择题
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