题目内容

10.已知椭圆C:$\frac{x^2}{4}+{y^2}=1$,点P是椭圆C上任意一点,且点M满足$\left\{\begin{array}{l}{x_M}=2λ{x_P}\\{y_M}=λ{y_P}\end{array}\right.$(λ>1,λ是常数).当点P在椭圆C上运动时,点M形成的曲线为Cλ.
(Ⅰ)求曲线Cλ的轨迹方程;
(Ⅱ)过曲线Cλ上点M做椭圆C的两条切线MA和MB,切点分别为A,B.
①若切点A的坐标为(x1,y1),求切线MA的方程;
②当点M运动时,是否存在定圆恒与直线AB相切?若存在,求圆的方程;若不存在,请说明理由.

分析 (Ⅰ)设点M的坐标为(x,y),对应的点P的坐标为$({\frac{x}{2λ},\frac{y}{λ}})$.
由于点P在椭圆C上,得$\frac{{{{({\frac{x}{2λ}})}^2}}}{4}+{({\frac{y}{λ}})^2}=1$,即得曲线Cλ的轨迹方程.
(Ⅱ)①当过点A切线的斜率存在时,
设该切线的方程为y-y1=k(x-x1),联立方程组$\left\{\begin{array}{l}y=kx+({{y_1}-k{x_1}})\\ \frac{x^2}{4}+{y^2}=1\end{array}\right.$,
由△=0,得$1+4{k^2}={({{y_1}-k{x_1}})^2}$,得$k=-\frac{x_1}{{4{y_1}}}$;得过点A的切线方程为$\frac{{{x_1}x}}{4}+{y_1}y=1$
过点A切线的斜率不存在时,符合方程$\frac{{{x_1}x}}{4}+{y_2}y=1$.
②存在定圆恒与直线AB相切;
 可得A,B两点坐标都满足方程$\frac{m}{4}x+ny=1$,且点M的坐标为(m,n)满足曲线Cλ的方程:$\frac{m^2}{16}+{n^2}={λ^2}$,
即原定O到直线AB的距离为$\frac{1}{{\sqrt{\frac{m^2}{16}+{n^2}}}}=\frac{1}{λ}$,即直线AB始终与圆${x^2}+{y^2}=\frac{1}{λ^2}$相切.

解答 解:(Ⅰ)设点M的坐标为(x,y),对应的点P的坐标为$({\frac{x}{2λ},\frac{y}{λ}})$.
由于点P在椭圆C上,得$\frac{{{{({\frac{x}{2λ}})}^2}}}{4}+{({\frac{y}{λ}})^2}=1$,
即曲线Cλ的轨迹是椭圆,标准方程为$\frac{x^2}{{16{λ^2}}}+\frac{y^2}{λ^2}=1$
(Ⅱ)①当过点A切线的斜率存在时,
设该切线的方程为y-y1=k(x-x1),即y=kx+(y1-kx1)
联立方程组$\left\{\begin{array}{l}y=kx+({{y_1}-k{x_1}})\\ \frac{x^2}{4}+{y^2}=1\end{array}\right.$,
即$({{k^2}+\frac{1}{4}}){x^2}+2k({{y_1}-k{x_1}})x$$+[{{{({{y_1}-k{x_1}})}^2}-1}]=0$.
由△=0,得$1+4{k^2}={({{y_1}-k{x_1}})^2}$,
即$({x_1^2-4}){k^2}-2{x_1}{y_1}k$$+({y_1^2-1})=0$,
$⇒16y_1^2{k^2}+$$8{x_1}{y_1}k+x_1^2=0$,$⇒{({4{y_1}k+{x_1}})^2}=0$,得$k=-\frac{x_1}{{4{y_1}}}$;
此时过点A的切线方程为$\frac{{{x_1}x}}{4}+{y_1}y=1$
过点A切线的斜率不存在时,切点为(±2,0),方程为x=±2,
符合方程$\frac{{{x_1}x}}{4}+{y_2}y=1$形式.
②存在定圆恒与直线AB相切;
设切点B(x2,y2),与A,B两点对应的点M的坐标设为(m,n);
同理过点B的切线方程为$\frac{{{x_2}x}}{4}+{y_2}y=1$
同时两条切线MA和MB都过点M(m,n),所以$\left\{\begin{array}{l}\frac{{{x_1}m}}{4}+{y_1}n=1\\ \frac{{{x_2}m}}{4}+{y_2}n=1\end{array}\right.$.
即A,B两点坐标都满足方程$\frac{m}{4}x+ny=1$,
且点M的坐标为(m,n)满足曲线Cλ的方程:$\frac{m^2}{16}+{n^2}={λ^2}$,
即原定O到直线AB的距离为$\frac{1}{{\sqrt{\frac{m^2}{16}+{n^2}}}}=\frac{1}{λ}$,
所以直线AB始终与圆${x^2}+{y^2}=\frac{1}{λ^2}$相切.

点评 本题考查了动点的轨迹问题,椭圆的切线问题,同时考查了分析问题的能力及转化思想,属于中档题.

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