Question

2．已知A，B為圓O：x²+y²=4與y軸的交點（A在B上），過點P（0，4）的直線l交圓O于M，N兩點（點M在上、點N在下）．
（1）若弦MN的長等于$2\sqrt{3}$，求直線l的方程；
（2）若M，N都不與A，B重合，直線AN與BM的交點為C．證明：點C在直線y=1．

Answer 1

分析 （1）①當(dāng)k不存在時，利用|MN|=|AB|=4判斷；②當(dāng)k存在時，設(shè)直線l：y=kx+4，通過直線與圓的位置關(guān)系求出直線的斜率，然后求解直線l方程．
（2）根據(jù)圓的對稱性，猜想點C落在定直線y=1上，聯(lián)立直線與圓的方程，利用韋達定理以及判別式，求出BM的方程，然后判斷直線AN與BM的交點在一條定直線上．

解答 （1）解：①當(dāng)k不存在時，|MN|=|AB|=4不符合題意
②當(dāng)k存在時，設(shè)直線l：y=kx+4∵$|MN|=2\sqrt{3}$∴圓心O到直線l的距離$d=\sqrt{{2^2}-3}=1$，
∴$\frac{|4|}{{\sqrt{1+{k^2}}}}=1$，解得$k=±\sqrt{15}$
綜上所述，滿足題意的直線l方程為$y=±\sqrt{15}x+4$
（2）證明：設(shè)直線MN的方程為：y=kx+4，N（x₁，y₁）、M（x₂，y₂）
聯(lián)立$\left\{\begin{array}{l}y=kx+4\\{x^2}+{y^2}=4\end{array}\right.$得：（1+k²）x²+8kx+12=0
∴$\left\{\begin{array}{l}△={（8k）^2}-48（1+{k^2}）＞0\\{x_1}+{x_2}=\frac{-8k}{{1+{k^2}}}\\{x_1}{x_2}=\frac{12}{{1+{k^2}}}\end{array}\right.$
直線AN：$\frac{y-2}{x}=\frac{{{y_1}-2}}{x_1}$，直線BM：$\frac{y+2}{x}=\frac{{{y_2}+2}}{x_2}$
消去x得：$\frac{y-2}{y+2}=\frac{{（{y_1}-2）{x_2}}}{{（{y_2}+2）{x_1}}}$
要證：C落在定直線y=1上，只需證：$\frac{1-2}{1+2}=\frac{{（{y_1}-2）{x_2}}}{{（{y_2}+2）{x_1}}}$
即證：$\frac{-1}{3}=\frac{{（k{x_1}+2）{x_2}}}{{（k{x_2}+6）{x_1}}}$
即證：-kx₁x₂-6x₁=3kx₁x₂+6x₂
即證：4kx₁x₂+6（x₁+x₂）=0
即證：$4k\frac{12}{{1+{k^2}}}-6\frac{8k}{{1+{k^2}}}=0$
顯然成立．
所以直線AN與BM的交點在一條定直線上．

點評 本題考查直線、圓、用幾何法與代數(shù)法研究直線與圓位置關(guān)系等基礎(chǔ)知識，考查運算求解能力、推理論證能力，探究論證的能力，考查數(shù)形結(jié)合、分類與整合，化歸與轉(zhuǎn)化等數(shù)學(xué)思想．