题目内容

15.已知直线l:y=x+m,圆O:x2+y2-4=0,圆C:x2+y2+2ax-2ay+2a2-4a=0(0<a≤4).
(1)若a=3,圆O与圆C交于M,N两点,试求线段|MN|的长.
(2)直线 l与圆C相切,且直线l在圆C心的下方,当0<a≤4时,求m的取值范围.

分析 (1)由方程x2+y2-4=0与x2+y2+6x-6y+6=0消去二次项得,3x-3y+5=0,再求得圆心O到直线3x-3y+5=0的距离,由圆弦长、圆心距和圆的半径之间关系得线段|MN|的长;
(2)由直线l与圆C相切,建立m与a的关系$\frac{{|{m-2a}|}}{{\sqrt{2}}}=2\sqrt{a}$,再由点C在直线l的上方,去掉绝对值,将m转化为关于a二次函数求解.

解答 解:(1)当a=3时,C:x2+y2+6x-6y+6=0,由方程x2+y2-4=0与x2+y2+6x-6y+6=0消去二次项得,3x-3y+5=0,圆心O到直线3x-3y+5=0的距离为$d=\frac{{|{0-0+5}|}}{{\sqrt{9+9}}}=\frac{{5\sqrt{2}}}{6}$,∴$|{MN}|=2\sqrt{4-\frac{25}{18}}=\frac{{\sqrt{94}}}{3}$.
(2)∵x2+y2+2ax-2ay+2a2-4a=0,∴(x+a)2+(y-a)2=4a,∴圆心C(-a,a),半径$r=2\sqrt{a}$,
圆心C(-a,a)到直线l的距离为$d=\frac{{|{-a-a+m}|}}{{\sqrt{2}}}=\frac{{|{m-2a}|}}{{\sqrt{2}}}$,
∵直线l与圆C2相切,∴d=r,即$\frac{{|{m-2a}|}}{{\sqrt{2}}}=2\sqrt{a}$,∴$m=2a±2\sqrt{2a}$,
∵直线l在圆心C的下方,∴$m=2a-2\sqrt{2a}={({\sqrt{2a}-1})^2}-1$,∵0<a≤4,
∴$m∈[{-1,8-4\sqrt{2}}]$.

点评 本题主要考查直线与圆的位置关系及其方程的应用,主要涉及了直线与圆相交,由圆心距,半径和圆的弦长构成的直角三角形.

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