题目内容

3.已知直线l的方程为x=-2,且直线l与x轴交于点M,圆O:x2+y2=1与x轴交于A,B两点(如图).
(Ⅰ)过M点的直线l1交圆于P、Q两点,且圆弧PQ恰为圆周的$\frac{1}{4}$,求直线l1的方程;
(Ⅱ)求中心在原点,焦点在x轴,离心率为$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$,且与圆O恰有两个公共点的椭圆方程;
(Ⅲ)过M点的圆的切线l2交(Ⅱ)中的一个椭圆于C、D两点,其中C、D两点在x轴上方,求线段CD的长.

分析 (Ⅰ)可设直线l1的方程为y=k(x+2),由点到直线的距离公式可得k的方程,解方程可得;
(Ⅱ)设椭圆的方程为$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0),易得a=1或b=1,分别可得b和a值,可得方程;
(Ⅲ)可设直线l2的方程为y=$\frac{\sqrt{3}}{3}$(x+2)和椭圆联立可得5x2+8x+2=0,由弦长公式可得.

解答 解:(Ⅰ)∵圆孤PQ恰为圆周的$\frac{1}{4}$,∴∠POQ=$\frac{π}{2}$,
∴点O到直线l1的距离为$\frac{\sqrt{2}}{2}$,
设直线l1的方程为y=k(x+2),
∴$\frac{|2k|}{\sqrt{{k}^{2}+1}}$=$\frac{\sqrt{2}}{2}$,解得k=±$\frac{\sqrt{7}}{7}$,
∴直线l1的方程为y=±$\frac{\sqrt{7}}{7}$(x+2);
(Ⅱ)设椭圆的方程为$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0),
∵椭圆与圆O恰有两个公共点,∴a=1或b=1,
当a=1时,c=$\frac{1}{2}$,b2=a2-c2=$\frac{3}{4}$,所求椭圆方程为x2+$\frac{4{y}^{2}}{3}$=1;
同理当b=1时,可得a2=2,所求椭圆方程为$\frac{{x}^{2}}{2}$+y2=1;
(Ⅲ)设切点为N,由题意可得椭圆方程为$\frac{{x}^{2}}{2}$+y2=1,
在RT△MON中,MO=2,ON=1,则∠NMO=30°,
∴直线l2的方程为y=$\frac{\sqrt{3}}{3}$(x+2),
代入椭圆$\frac{{x}^{2}}{2}$+y2=1整理可得5x2+8x+2=0,
设C(x1,y1),D(x2,y2),
由韦达定理可得x1+x2=-$\frac{8}{5}$,x1x2=$\frac{2}{5}$,
由弦长公式可得线段CD的长|CD|=$\sqrt{(1+\frac{1}{3})[({x}_{1}+{x}_{2})^{2}-4{x}_{1}{x}_{2}]}$=$\frac{4\sqrt{2}}{5}$

点评 本题考查直线与圆锥曲线的位置关系,涉及弦长公式和距离公式,属中档题.

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