Question

一動(dòng)圓與圓外切，與圓內(nèi)切．
（I）求動(dòng)圓圓心M的軌跡L的方程．
（Ⅱ）設(shè)過圓心O₁的直線l：x=my+1與軌跡L相交于A、B兩點(diǎn)，請問△ABO₂（O₂為圓O₂的圓心）的內(nèi)切圓N的面積是否存在最大值？若存在，求出這個(gè)最大值及直線l的方程，若不存在，請說明理由．

Answer 1

【答案】分析：（1）利用動(dòng)圓與圓外切，與圓內(nèi)切，可得|MO₁|=R+1，|MO₂|=3-R，∴|MO₁|+|MO₂|=4，由橢圓定義知M在以O(shè)₁，O₂為焦點(diǎn)的橢圓上，從而可得動(dòng)圓圓心M的軌跡L的方程；
（2）當(dāng)最大時(shí)，r也最大，△ABO₂內(nèi)切圓的面積也最大，表示出三角形的面積，利用換元法，結(jié)合導(dǎo)數(shù)，求得最值，即可求得結(jié)論．
解答：解：（1）設(shè)動(dòng)圓圓心為M（x，y），半徑為R．
由題意，動(dòng)圓與圓外切，與圓內(nèi)切∴|MO₁|=R+1，|MO₂|=3-R，∴|MO₁|+|MO₂|=4．      （3分）
由橢圓定義知M在以O(shè)₁，O₂為焦點(diǎn)的橢圓上，且a=2，c=1，
∴b²=a²-c²=4-1=3．
∴動(dòng)圓圓心M的軌跡L的方程為．  （6分）
（2）如圖，設(shè)△ABO₂內(nèi)切圓N的半徑為r，與直線l的切點(diǎn)為C，則三角形△ABO₂的面積=
當(dāng)最大時(shí)，r也最大，△ABO₂內(nèi)切圓的面積也最大，（7分）
設(shè)A（x₁，y₁）、B（x₂，y₂）（y₁＞0，y₂＜0），
則，（8分）
由，得（3m²+4）y²+6my-9=0，
解得，，（10分）
∴，令，則t≥1，且m²=t²-1，
有，令，則，
當(dāng)t≥1時(shí)，f'（t）＞0，f（t）在[1，+∞）上單調(diào)遞增，有f（t）≥f（1）=4，，
即當(dāng)t=1，m=0時(shí)，4r有最大值3，得，這時(shí)所求內(nèi)切圓的面積為，
∴存在直線l：x=1，△ABO₂的內(nèi)切圓M的面積最大值為．（14分）
點(diǎn)評：本題考查軌跡方程的求法，考查橢圓的定義，考查學(xué)生分析解決問題的能力，解題的關(guān)鍵是正確運(yùn)用橢圓的定義，確定最大時(shí)，r也最大，△ABO₂內(nèi)切圓的面積也最大