问题 解答题
已知定点A(-
3
,0)
,B是圆C:(x-
3
)2+y2=16
(C为圆心)上的动点,AB的垂直平分线与BC交于点E.
(1)求动点E的轨迹方程;
(2)设直线l:y=kx+m(k≠0,m>0)与E的轨迹交于P,Q两点,且以PQ为对角线的菱形的一顶点为(-1,0),求:△OPQ面积的最大值及此时直线l的方程.
答案

(1)由题知|EA|=|EB|

∴|EA|+|EC|=|EB|+|EC|=4

又∵|AC|=2

3
<4∴点E的轨迹是以A,C为焦点,长轴长为4的椭圆,

∴E的轨迹方程为

x2
4
+y2=1

(2)设P(x1,y1),Q(x2,y2),PQ的中点为(x0,y0

将直线y=kx+m与

x2
4
+y2=1

联立得(1+4k2)x2+8kmx+4m2-4=0△=16(4k2+1-m2)>0,即4k2+1>m2

x0=

x1+x2
2
=
-4km
1+4k2
y0=
y1+y2
2
=
m
1+4k2

依题意有

y0-0
x0-(-1)
=-
1
k

整理得3km=4k2+1②

由①②可得k2

1
5
,∵m>0,∴k>0,∴k>
5
5

设O到直线l的距离为d,则S△OPQ=

1
2
d•|PQ|=
1
2
m
1+k2
1+k2
16(4k2+1-m2)
1+4k2

=

2
(4k2+1)(5k2-1)
9k2
=
2
9
20+
1
k2
-
1
k4

1
k2
=
1
2
时,△OPQ的面积取最大值1,

此时k=

2
,m=
3
2
2
,∴直线方程为y=
2
x+
3
2
2

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