(2014•福建模拟)如图,设P是圆O:x2+y2=2上的点,过P作直线l垂直x轴于点Q,M为l上一点,且
PQ
=
2
MQ
,当点P在圆上运动时,记点M的轨迹为曲线Γ.
(Ⅰ)求曲线Γ的方程;
(Ⅱ)某同学研究发现:若把三角板的直角顶点放置在圆O的圆周上,使其一条直角边过点F(1,0),则三角板的另一条直角边所在直线与曲线Γ有且只有一个公共点.你认为该同学的结论是否正确?若正确,请证明;若不正确,说明理由.
(Ⅲ)设直线m是圆O所在平面内的一条直线,过点F(1,0)作直线m的垂线,垂足为T连接OT根据“线段OT长度”讨论“直线m与曲线Γ的公共点个数”.(直接写出结论,不必证明)
考点:直线与圆锥曲线的综合问题.
专题:直线与圆;圆锥曲线的定义、性质与方程.
分析:(Ⅰ)设出动点M的坐标及P的坐标,结合
PQ
=
2
MQ
把P的坐标用M的坐标表示,然后把P的坐标代入圆O可得曲线Γ的方程;
(Ⅱ)把现实问题转化为数学问题,分直角三角板的顶点在x轴上,与F点的连线垂直于x轴以及NF的斜率存在且不等于0几种情况讨论,斜率存在时设出直线方程,和曲线Γ联立由判别式等于0说明结论正确;
(Ⅲ)由(Ⅱ)中同学研究的结论可知,当|0T|=
2
时,直线m与椭圆Γ有且只有一个公共点;由此推广得到,当|OT|>
2
时,直线m与椭圆Γ没有公共点;当|OT|<
2
时,直线m与椭圆Γ有两个公共点.
(Ⅰ)设M(x,y),P(xP,yP),
∵PQ垂直x轴于点Q,M为直线l上一点,且
PQ
=
2
MQ
,
∴xP=x,yP=
2
y,
∵点P在圆O:x2+y2=2上,
∴xP2+yP2=2,
即x2+(
2
y)2=2,整理得
x2
2
+y2=1.
故曲线Γ的方程为
x2
2
+y2=1;
(Ⅱ)如图,
设三角板的直角顶点放置在圆O的圆周上的点N(a,b)处,则a2+b2=2,
又设三角板的另一条直角边所在直线为l′.
(ⅰ)当a=1时,直线NF⊥x轴,l′:y=±1,
显然l′与曲线Γ有且只有一个公共点.
(ⅱ)当a≠1时,则kNF=
b
a−1
.
若b=0时,则直线l′:x=±
2
,显然l′与曲线有且只有一个公共点;
若b≠0时,则直线l′的斜率k=
1−a
b
,
∴l′:y−b=
1−a
b
(x−a),即y=
1−a
b
x+
2−a
b
,
由
x2
2
+y2=1
y=
1−a
b
x+
2−a
b
,得[b2+2(1-a)2]x2+4(1-a)(2-a)x+2[(2-a)2-b2]=0 (*)
又b2=2-a2,
∴方程(*)可化为(a-2)2x2+4(1-a)(2-a)x+4(a-1)2=0,
∴△=[4(1-a)(2-a)]2-16(a-2)2(a-1)2=0,
∴直线l′与曲线Γ有且只有一个公共点.
综上述,该同学的结论正确.
(Ⅲ)当|OT|>
2
时,直线m与椭圆Γ没有公共点;
当|0T|=
2
时,直线m与椭圆Γ有且只有一个公共点;
当|OT|<
2
时,直线m与椭圆Γ有两个公共点