问题 解答题
请考生注意:重点高中学生只做(1)、(2)两问,一般高中学生只做(1)、(3)两问.
已知P是圆F1:(x+1)2+y2=16上任意一点,点F2的坐标为(1,0),直线m分别与线段F1P、F2P交于M、N两点,且
MN
=
1
2
(
MF2
+
MP
),|
NM
+
F2P
|=|
NM
-
F2P
|

(1)求点M的轨迹C的方程;
(2)斜率为k的直线l与曲线C交于P、Q两点,若
OP
OQ
=0
(O为坐标原点).试求直线l在y轴上截距的取值范围;
(3)是否存在斜率为
1
2
的直线l与曲线C交于P、Q两点,使得
OP
OQ
=0
(O为坐标原点),若存在求出直线l的方程,否则说明理由.
答案

(1)∵

MN
=
1
2
(
MF2
+
MP
),∴点N是线段PF2的中点

|

NM
+
F2P
|=|
NM
-
F2P
|,

(

NM
+
F2P
)2=(
NM
-
F2P
)2,化简可得
NM
F2P
=0
 

∴NM⊥PF2,可得MN是线段PF2的垂直平分线

|MF2|
=
|MP
|
,可得
|MF1|
+
|MF2|
=
|PF1|
=4

因此,点M的轨迹是以F1、F2为焦点的椭圆,长轴2a=4,焦距2c=1,可得b2=a2-c2=3

椭圆方程为

x2
4
+
y2
3
=1,即为点M的轨迹C的方程;

(2)设直线l的方程为y=kx+n,与椭圆

x2
4
+
y2
3
=1消去y,得(3+4k2)x2+8knx+4n2-12=0

可得根的判别式△=64k2n2-16(3+4k2)(4n2-12)>0,化简得4k2-n2+3>0…①

设P(x1,y1),Q(x2,y2),则x1+x2=-

8kn
3+4k2
,x1x2=
4n2-12
3+4k2

OP
OQ
=0

∴x1x2+y1y2=0,即x1x2+(k1x+n)(k2x+n)=0,(1+k2)x1x2+kn(x1+x2)+n2=0

∴-

8kn
3+4k2
(1+k2)+
4n2-12
3+4k2
•kn+n2=0,整理得12k2=7n2-12…②

①②联解,得n2

4
3
,再由②知7n2≥12,可得n≤-
2
7
21
或n≥
2
7
21

故直线l在y轴上截距的取值范围是(-∞,-

2
7
21
]∪[
2
7
21
,+∞)

(2)设直线l的方程为y=

1
2
x+n,与椭圆
x2
4
+
y2
3
=1消去y,得x2+nx+n2-3=0

可得根的判别式△=n2-4(n2-3)>0,化简得n2<4…①

设P(x1,y1),Q(x2,y2),则x1+x2=-n,x1x2=n2-3

OP
OQ
=0

∴x1x2+y1y2=0,即x1x2+(

1
2
x+n)(
1
2
x+n)=0,
5
4
x1x2+
1
2
n(x1+x2)+n2=0

5
4
(n2-3)+
1
2
n(-n)+n2=0,整理得n2=
15
7
…②

对照①②可得,n=±

105
7

所以存在直线l的方程:y=

1
2
x+
105
7
或y=
1
2
x-
105
7
,使得
OP
OQ
=0

单项选择题
多项选择题