问题
解答题
已知点F(0,1),一动圆过点F且与圆x2+(y+1)2=8内切, (1)求动圆圆心的轨迹C的方程; (2)设点A(a,0),点P为曲线C上任一点,求点A到点P距离的最大值d(a); (3)在0<a<1的条件下,设△POA的面积为s1(O是坐标原点,P是曲线C上横坐标为a的点),以d(a)为边长的正方形的面积为s2.若正数m满足s1≤
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答案
(1)设圆心坐标为P(x,y),则动圆的半径为r=
,x2+(y-1)2
又动圆与x2+(y+1)2=8内切,
∴
=|2x2+(y+1)2
-r|,2
整理得2x2+y2=2,
∴动圆圆心的轨迹C的方程为2x2+y2=2.
(2)设P(x,y),则
|PA|2=(x-a)2+y2=(x-a)2+2-2x2
=-x2-2ax+a2+2
=-(x+a)2+2a2+2,
令f(x)=-(x+a)2+2a2+2,x∈[-1,1],
∴当-a<-1,即a>1时,f(x)在[-1,1]上是减函数,
[f(x)]max=f(-1)=(a+1)2.
当-1≤-a≤1,即-1≤a≤1时,f(x)在[-1,-a]上是增函数,在[-a,1]上是减函数,
则[f(x)]max=f(-a)=2a2+2.
当-a>1,即a<-1时,f(x)在[-1,1]上是增函数,
[f(x)]max=f(1)=(a-1)2,
∴d(a)=
.1-a,a<-1
,-1≤a≤12a2+2 1+a,a>1
(3)当0<a<1时,P(a,±
),于是S1=2-2a2
a1 2
,S2=2a2+2,2(1-a2)
若正数m满足条件,则
a1 2
≤2(1-a2)
m(2a2+2),1 4
即m≥
,a 2(1-a2) a2+1
m2≥
,令f(a)=2a2(1-a2) (a2+1)2
,2a2(1-a2) (a2+1)2
设t=a2+1,则t∈(1,2),a2=t-1,
于是f(a)=
=2(2(t-1)(2-t) t2
)=2(--t2+3t-2 t2
+2 t2
-1)=-4(3 t
-1 t
)2+3 4
,1 4
∴当
=1 t
,即t=3 4
∈(1,2)时,[f(a) ]max=4 3
,1 4
即m2≥
,m≥1 4
,∴m存在最小值1 2
.1 2