10.(2004春安徽)已知k>0,直线l1:y=kx,l2:y=-kx.
(1)证明:到l1、l2的距离的平方和为定值a(a>0)的点的轨迹是圆或椭圆;
(2)求到l1、l2的距离之和为定值c(c>0)的点的轨迹.
(1)证明:设点P(x,y)为动点,则
+
=a,
整理得
+
=1.
因此,当k=1时,动点的轨迹为圆;
当k≠1时,动点的轨迹为椭圆.
(2)解:设点P(x,y)为动点,则
|y-kx|+|y+kx|=c
.
当y≥k|x|时,y-kx+y+kx=c
,
即y=
c
;
当y≤-k|x|时,kx-y-y-kx=c
,即y=-
c
;
当-k|x|<y<k|x|,x>0时,kx-y+y+kx=c
,即x=
c
;
当-k|x|<y<k|x|,x<0时,y-kx-y-kx=c
,即x=-
c
.
综上,动点的轨迹为矩形.
[探索题](2004福建)如下图,P是抛物线C:y=
x2上一点,直线l过点P且与抛物线C交于另一点Q.若直线l与过点P的切线垂直,求线段PQ中点M的轨迹方程.
分析:欲求PQ中点M的轨迹方程,需知P、Q的坐标.思路一,P、Q是直线l与抛物线C的交点,故需求直线l的方程,再与抛物线C的方程联立,利用韦达定理、中点坐标公式可求得M的轨迹方程;思路二,设出P、Q的坐标,利用P、Q的坐标满足抛物线C的方程,代入抛物线C的方程相减得PQ的斜率,利用PQ的斜率就是l的斜率,可求得M的轨迹方程.
解:设P(x1,y1)、Q(x2,y2)、M(x0,y0),依题意知x1≠0,y1>0,y2>0.
由y=
x2, ①
得y′=x.
∴过点P的切线的斜率k切=x1,
∴直线l的斜率kl=-
=-
,
直线l的方程为y-
x12=-
(x-x1). ②
方法一:联立①②消去y,得x2+
x-x12-2=0.
∵M为PQ的中点,
|
y0=
x12-
(x0-x1).
消去x1,得y0=x02+
+1(x0≠0),
∴PQ中点M的轨迹方程为y=x2+
+1(x≠0).
方法二:由y1=
x12,y2=
x22,x0=
,
得y1-y2=
x12-
x22=
(x1+x2)(x1-x2)=x0(x1-x2),
则x0=
=kl=-
,∴x1=-
.
将上式代入②并整理,得y0=x02+
+1(x0≠0),
∴PQ中点M的轨迹方程为y=x2+
+1(x≠0).