问题 解答题
已知椭圆C1
x2
4
+y2=1
和动圆C2x2+y2=r2(r>0),直线l:y=kx+m与C1和C2分别有唯一的公共点A和B.
(I)求r的取值范围;
(II )求|AB|的最大值,并求此时圆C2的方程.
答案

(Ⅰ)由

x2
4
+y2=1
y=kx+m
,得(1+4k2)x2+8kmx+4(m2-1)=0.

由于l与C1有唯一的公共点A,故△1=64k2m2-16(1+4k2)(m2-1)=0,

从而m2=1+4k2

x2+y2=r2
y=kx+m
,得(1+k2)x2+2kmx+m2-r2=0.

由于l与C2有唯一的公共点B,故△2=4k2m2-4(1+k2)(m2-r2)=0,

从而m2=r2(1+k2) ②

由①、②得k2=

r2-1
4-r2

由k2≥0,得1≤r2<4,所以r的取值范围是[1,2).

(Ⅱ)设A(x1,y1),B(x2,y2),由(Ⅰ)的解答可知

x1=-

4km
1+4k2
=-
4k
m
,x2=-
km
1+k2
=-
kr2
m

|AB|2=(1+k2)(x2-x12=(1+k2)•

k2(4-r2)2
m2
=
1+k2
m2
•k2•(4-r22

=

1
r2
r2-1
4-r2
•(4-r22=
(r2-1)(4-r2)
r2

所以|AB|2=5-(r2+

4
r2
)(1≤r<2).

因为r2+

4
r2
≥2×2=4,当且仅当r=
2
时取等号,

所以当r=

2
时,|AB|取最大值1,此时C2的方程为x2+y2=2.

论述题
单项选择题