题目内容
【题目】如图,某市有相交于点O的一条东西走向的公路l,与南北走向的公路m,这两条公路都与一块半径为1(单位:千米)的圆形商城A相切.根据市民建议,欲再新建一条公路PQ,点P、Q分别在公路l、m上,且要求PQ与圆形商城A也相切.
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(1)当P距O处4千米时,求OQ的长;
(2)当公路PQ长最短时,求OQ的长.
【答案】(1) 3千米.(2)
千米
【解析】
(1)先建立以O为原点,直线l、m分别为x,y轴建立平面直角坐标系.设直线方程为:
,由直线与圆的位置关系可得
,运算即可得解;
(2)设
,![]()
,由PQ与圆A相切,得
,再结合重要不等式即可得解.
解:(1)以O为原点,直线l、m分别为x,y轴建立平面直角坐标系.
设PQ与圆A相切于点B,连结AB,以1千米为单位长度,
则圆A的方程为
,
由题意可设直线PQ的方程为
,即
,
,
∵PQ与圆A相切,∴
,解得
,
故当P距O处4千米时,OQ的长为3千米.
(2)设
,![]()
,
则直线PQ方程为
,即
.
因为PQ与圆A相切,所以
,
化简得
,即
;
解法一:因此
.
因为
,
,所以
,于是
.
又
,解得
,或![]()
因为
,所以
,
,当且仅当
时取等号,
所以PQ最小值为
,此时
.
答:当P、Q两点距离两公路的交点O都为
(千米)时,新建公路PQ最短.
解法二:
化简得
,即
.
因为![]()
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因为
,所以
.
当且仅当
,即
时取到等号,
答:当P、Q两点距离两公路的交点O都为
(千米)时,新建公路PQ最短.
解法三:设PQ与圆A相切于点B,连结AB、AP、AQ,设
,
则
,
,且
,∴
,
又∵
,∴
,![]()
∴![]()
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(当且仅当
取等号)
答:当P、Q两点距离两公路的交点O都为
(千米)时,新建公路PQ最短.
解法四:设PQ与
相切于点B,设
,
,
则
,
,
,
在
中,由
得:
,
化简得:
,∴
,
解得:
或
(舍)
(当且仅当
时等号成立)
∴当
时,PQ有最小值;
答:当P、Q两点距离公路交点O都为
(千米)时,新建公路PQ最短.