问题 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.

答案

(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

p
2
=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)

y2=4x
y=kx+m
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=

2-km
k2
=
1
k2
,y0=kx0+m=
2
k
,所以P(
1
k2
2
k

x=-1
y=kx+m
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=

1
2
,此时P(
1
4
,1),Q(-1,-
3
2
),可得以PQ为直径的圆为(x+
3
8
2+(y+
1
4
2=
125
64

交x轴于M3(1,0),M4(-

7
4
,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,

MP
=(
1
k2
-1,
2
k
),
MQ
=(-2,m-k)

MP
MQ
=-2(
1
k2
-1)+
2
k
(m-k)=
2mk-2
k2
=0

因此,

MP
MQ
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.

多项选择题
单项选择题