Question

設(shè)拋物線(xiàn)C的方程為x2=4y，M為直線(xiàn)l：y=-m（m＞0）上任意一點(diǎn)，過(guò)點(diǎn)M作拋物線(xiàn)C的兩條切線(xiàn)MA，MB，切點(diǎn)分別為A，B．
（1）當(dāng)M的坐標(biāo)為（0，-1）時(shí)，求過(guò)M，A，B三點(diǎn)的圓的方程，并判斷直線(xiàn)l與此圓的位置關(guān)系；
（2）求證：直線(xiàn)AB恒過(guò)定點(diǎn)；
（3）當(dāng)m變化時(shí)，試探究直線(xiàn)l上是否存在點(diǎn)M，使△MAB為直角三角形，若存在，有幾個(gè)這樣的點(diǎn)，若不存在，說(shuō)明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）設(shè)過(guò)M點(diǎn)的切線(xiàn)方程，代入x²=4y，整理得x²-4kx+4=0，令△=0，可得A，B的坐標(biāo)，利用M到AB的中點(diǎn)（0，1）的距離為2，可得過(guò)M，A，B三點(diǎn)的圓的方程，從而可判斷圓與直線(xiàn)l：y=-1相切；
（2）證法一：設(shè)切點(diǎn)分別為A（x₁，y₁），B（x₂，y₂），過(guò)拋物線(xiàn)上點(diǎn)A（x₁，y₁）的切線(xiàn)方程為，代入x²=4y，消元，利用△=0，即可確定，利用切線(xiàn)過(guò)點(diǎn)M（x，y），所以可得，同理可得，由此可得直線(xiàn)AB的方程，從而可得結(jié)論；
證法二：設(shè)過(guò)M（x，y）的拋物線(xiàn)的切線(xiàn)方程為（k≠0），代入x²=4y，消去y，利用韋達(dá)定理
，確定直線(xiàn)AB的方程，從而可得結(jié)論；
證法三：利用導(dǎo)數(shù)法，確定切線(xiàn)的斜率，得切線(xiàn)方程，由此可得直線(xiàn)AB的方程，從而可得結(jié)論；
（3）由（2）中①②兩式知x₁，x₂是方程的兩實(shí)根，故有，從而可得=4m²+m-4m-=（m-1）（+4m），分類(lèi)討論，利用=0，k_ABk_MA=-1，即可求得結(jié)論．
解答：（1）證明：當(dāng)M的坐標(biāo)為（0，-1）時(shí)，設(shè)過(guò)M點(diǎn)的切線(xiàn)方程為y=kx-1，代入x²=4y，整理得x²-4kx+4=0，
令△=16k²-16=0，解得k=±1，
代入方程得x=±2，故得A（2，1），B（-2，1），…（2分）
因?yàn)镸到AB的中點(diǎn)（0，1）的距離為2，
從而過(guò)M，A，B三點(diǎn)的圓的方程為x²+（y-1）²=4．
∵圓心坐標(biāo)為（0，1），半徑為2，∴圓與直線(xiàn)l：y=-1相切…（4分）
（2）證法一：設(shè)切點(diǎn)分別為A（x₁，y₁），B（x₂，y₂），過(guò)拋物線(xiàn)上點(diǎn)A（x₁，y₁）的切線(xiàn)方程為，代入x²=4y，整理得x²-4kx+4（kx₁-y₁）=0△=（4k）²-4×4（kx₁-y₁）=0，又因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic6/res/gzsx/web/STSource/20131024190711281865474/SYS201310241907112818654019_DA/13.png">，所以…（6分）
從而過(guò)拋物線(xiàn)上點(diǎn)A（x₁，y₁）的切線(xiàn)方程為即
又切線(xiàn)過(guò)點(diǎn)M（x，y），所以得①即…（8分）
同理可得過(guò)點(diǎn)B（x₂，y₂）的切線(xiàn)為，
又切線(xiàn)過(guò)點(diǎn)M（x，y），所以得②…（10分）
即…（6分）
即點(diǎn)A（x₁，y₁），B（x₂，y₂）均滿(mǎn)足即xx=2（y+y），故直線(xiàn)AB的方程為xx=2（y+y）…（12分）
又M（x，y）為直線(xiàn)l：y=-m（m＞0）上任意一點(diǎn)，故xx=2（y-m）對(duì)任意x成立，所以x=0，y=m，從而直線(xiàn)AB恒過(guò)定點(diǎn)（0，m）…（14分）
證法二：設(shè)過(guò)M（x，y）的拋物線(xiàn)的切線(xiàn)方程為（k≠0），
代入x²=4y，消去y，得x²-4kx-4（y-kx）=0
∴△=（4k）²+4×4（y-kx）=0即：k²-xk+y=0…（6分）
從而，此時(shí)，
所以切點(diǎn)A，B的坐標(biāo)分別為，…（8分）
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic6/res/gzsx/web/STSource/20131024190711281865474/SYS201310241907112818654019_DA/30.png">，，，
所以AB的中點(diǎn)坐標(biāo)為…（11分）
故直線(xiàn)AB的方程為，即xx=2（y+y）…（12分）
又M（x，y）為直線(xiàn)l：y=-m（m＞0）上任意一點(diǎn)，故xx=2（y-m）對(duì)任意x成立，所以x=0，y=m，從而直線(xiàn)AB恒過(guò)定點(diǎn)（0，m）…（14分）
證法三：由已知得，求導(dǎo)得，切點(diǎn)分別為A（x₁，y₁），B（x₂，y₂），故過(guò)點(diǎn)A（x₁，y₁）的切線(xiàn)斜率為，從而切線(xiàn)方程為即
…（7分）
又切線(xiàn)過(guò)點(diǎn)M（x，y），所以得①即…（8分）
同理可得過(guò)點(diǎn)B（x₂，y₂）的切線(xiàn)為，
又切線(xiàn)過(guò)點(diǎn)M（x，y），所以得②即…（10分）
即點(diǎn)A（x₁，y₁），B（x₂，y₂）均滿(mǎn)足即xx=2（y+y），故直線(xiàn)AB的方程為xx=2（y+y）…（12分）
又M（x，y）為直線(xiàn)l：y=-m（m＞0）上任意一點(diǎn)，故xx=2（y-m）對(duì)任意x成立，所以x=0，y=m，從而直線(xiàn)AB恒過(guò)定點(diǎn)（0，m）…（14分）
（3）由（2）中①②兩式知x₁，x₂是方程的兩實(shí)根，故有
∵，，y=m
∴=4m²+m-4m-=（m-1）（+4m），…（9分）
①當(dāng)m=1時(shí)，=0，直線(xiàn)l上任意一點(diǎn)M均有MA⊥MB，△MAB為直角三角形；…（10分）
②當(dāng)0＜m＜1時(shí)，＜0，∠AMB＞，△MAB不可能為直角三角形；…（11分）
③當(dāng)m＞1時(shí)，＞0，∠AMB＜，．
因?yàn)閗_AB===，=，
所以k_ABk_MA=
若k_ABk_MA=-1，則，整理得（y+2）=-4，
又因?yàn)閥=-m，所以（m-2）=4，
因?yàn)榉匠蹋╩-2）=4有解的充要條件是m＞2，所以當(dāng)m＞2時(shí)，有MA⊥AB或MB⊥AB，△MAB為直角三角形…（13分）
綜上所述，當(dāng)m=1時(shí)，直線(xiàn)l上任意一點(diǎn)M，使△MAB為直角三角形，當(dāng)m＞2時(shí)，直線(xiàn)l上存在兩點(diǎn)M，使△MAB為直角三角形；當(dāng)0＜m＜1或1＜m≤2時(shí)，△MAB不是直角三角形．…（14分）
點(diǎn)評(píng)：本題考查圓的方程，考查拋物線(xiàn)的切線(xiàn)，考查直線(xiàn)恒過(guò)定點(diǎn)，考查三角形形狀的判斷，考查分類(lèi)討論的數(shù)學(xué)思想，確定切線(xiàn)方程，及直線(xiàn)AB的方程是關(guān)鍵．