已知点 A, B 关于坐标原点 O 对称, |A B|=A…——2019 高考数学第 21 题答案解析

2019_新课标 I 卷 (2019·文)

2019 National Question 21 Free-response Differentiating
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21.已知点 $A, B$ 关于坐标原点 $O$ 对称,$|A B|=A, \odot M$ 过点 $A, B$ 且与直线 $x+2=0$ 相切.
(1)若 $A$ 在直线 $x+y=0$ 上,求 $\odot M$ 的半径.
(2)是否存在定点 $P$ ,使得当 $A$ 运动时,$|M A|-|M P|$ 为定值?并说明理由。

Answer key

(1) 2 或 6; (2) 见解析

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由 $A,B$ 关于原点对称且 $|AB|=4$,得 $O$ 为 $AB$ 中点,且 $|OA|=|OB|=2$。

(1)设 $A(t,-t)$,则 $B(-t,t)$。由
\[ |AB|=\sqrt{(2t)^2+(-2t)^2}=4 \]
得 $t^2=2$。

圆心 $M$ 在弦 $AB$ 的垂直平分线上。直线 $AB$ 为 $y=-x$,故其垂直平分线为 $y=x$。设 $M(a,a)$,半径为 $r$。

圆与直线 $x+2=0$ 相切,所以
\[ r=|a+2|. \]
又
\[ r^2=|MA|^2=(a-t)^2+(a+t)^2=2a^2+2t^2=2a^2+4. \]
于是
\[ 2a^2+4=(a+2)^2, \]
解得 $a=0$ 或 $a=4$。

当 $a=0$ 时,$r=2$;当 $a=4$ 时,$r=6$。所以 $\odot M$ 的半径为 $2$ 或 $6$。

(2)设圆心 $M(x,y)$。因为 $M$ 到 $A,B$ 距离相等,所以 $M$ 在 $AB$ 的垂直平分线上。又 $O$ 是 $AB$ 的中点,故 $OM\perp OA$。于是
\[ |MA|^2=|MO|^2+|OA|^2=x^2+y^2+4. \]

圆与直线 $x+2=0$ 相切,因此
\[ |MA|=|x+2|. \]
从而
\[ (x+2)^2=x^2+y^2+4, \]
化简得
\[ y^2=4x. \]
所以圆心 $M$ 的轨迹为抛物线 $y^2=4x$,其焦点为 $F(1,0)$,准线为 $x=-1$。

对抛物线 $y^2=4x$ 上的点 $M(x,y)$,有 $x\ge0$,且
\[ |MF|=x+1. \]
又因为
\[ |MA|=|x+2|=x+2, \]
所以
\[ |MA|-|MF|=(x+2)-(x+1)=1. \]

取 $P=F(1,0)$,则当 $A$ 运动时,
\[ |MA|-|MP|=1 \]
恒为定值。故存在满足条件的定点 $P$,其坐标为 $(1,0)$。

✅ 来源:2019年 · 全国 · 2019_新课标 I 卷 (2019·文) · 第 21 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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