Question

已知圆M：（x+1）2+y2=1，圆N：（x-1）2+y2=9，动圆P与圆M外切...

已知圆M：（x+1）2+y2=1，圆N：（x-1）2+y2=9，动圆P与圆M外切并与圆N内切，圆心P的轨迹为曲线C． （Ⅰ）求C的方程； （Ⅱ）l是与圆P，圆M都相切的一条直线，l与曲线C交于A，B两点，当圆P的半径最长时，求|AB|．

Answer 1

解：（I）由圆M：（x+1）2+y2=1，可知圆心M（-1，0）；圆N：（x-1）2+y2=9，圆心N（1，0），半径3．
设动圆的半径为R，
∵动圆P与圆M外切并与圆N内切，∴|PM|+|PN|=R+1+（3-R）=4，
而|NM|=2，由椭圆的定义可知：动点P的轨迹是以M，N为焦点，4为长轴长的椭圆，
∴a=2，c=1，b2=a2-c2=3．
∴曲线C的方程为x24+y23=1（x≠-2）．
（II）设曲线C上任意一点P（x，y），
由于|PM|-|PN|=2R-2≤3-1=2，所以R≤2，当且仅当⊙P的圆心为（2，0）R=2时，其半径最大，其方程为（x-2）2+y2=4．
①l的倾斜角为90°，则l与y轴重合，可得|AB|=23．
②若l的倾斜角不为90°，由于⊙M的半径1≠R，可知l与x轴不平行，
设l与x轴的交点为Q，则|QP||QM|=Rr1，可得Q（-4，0），所以可设l：y=k（x+4），
由l于M相切可得：|3k|1+k2=1，解得k=±24．
当k=24时，联立y=24x+2x24+y23=1，得到7x2+8x-8=0．
∴x1+x2=-87，x1x2=-87．
∴|AB|=1+k2|x2-x1|=1+(24)2(-87)2-4×(-87)=187
由于对称性可知：当k=-24时，也有|AB|=187．
综上可知：|AB|=23或187．