题目内容
【题目】一种作图工具如图1所示.
是滑槽
的中点,短杆
可绕
转动,长杆
通过
处铰链与
连接,
上的栓子
可沿滑槽AB滑动,且
,
.当栓子
在滑槽AB内作往复运动时,带动
绕
转动一周(
不动时,
也不动),
处的笔尖画出的曲线记为
.以
为原点,
所在的直线为
轴建立如图2所示的平面直角坐标系.
![]()
(Ⅰ)求曲线C的方程;
(Ⅱ)设动直线
与两定直线
和
分别交于
两点.若直线
总与曲线
有且只有一个公共点,试探究:
的面积是否存在最小值?若存在,求出该最小值;若不存在,说明理由.
【答案】(Ⅰ)
;(Ⅱ)存在最小值8.
【解析】
(Ⅰ)设点
,
,依题意,
![]()
,且
,
所以
,且![]()
即
且![]()
由于当点
不动时,点
也不动,所以
不恒等于0,
于是
,故
,代入
,可得
,
即所求的曲线
的方程为![]()
(Ⅱ)(1)当直线
的斜率不存在时,直线
为
或
,都有
.
(2)当直线
的斜率存在时,设直线
,
由
消去
,可得
.
因为直线
总与椭圆
有且只有一个公共点,
所以
,即
. ①
又由
可得
;同理可得
.
由原点
到直线
的距离为
和
,可得
. ②
将①代入②得,
.
当
时,
;
当
时,
.
因
,则
,
,所以
,
当且仅当
时取等号.
所以当
时,
的最小值为8.
综合(1)(2)可知,当直线
与椭圆
在四个顶点处相切时,
的面积取得最小值8.
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