已知圆CC的圆心在直线y=x+1y=x+1上,且圆CC与xx轴相切,点P(−5,−2)P(-5,-2)在圆CC上,点Q(−4,−5)Q(-4,-5)在圆CC外. (1)求圆CC的方程; (2)若过点(−2,−4)(-2,-4)的直线ll交圆CC于AA,BB两点,且∣AB∣=23|AB|=2\sqrt{3},求直线ll的方程.

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完整解法

(1)

1. 设出圆心坐标并表示圆的标准方程

设圆 CC 的圆心坐标为 (a,a+1)(a, a+1).
因为圆 CC 与 xx 轴相切,所以圆 CC 的半径 R=∣a+1∣R = |a+1|.
故圆 CC 的标准方程可设为:
(x−a)2+[y−(a+1)]2=(a+1)2(x-a)^2 + [y-(a+1)]^2 = (a+1)^2

2. 代入点 $P(-5,-2)$ 求出参数 $a$ 的候选值

将点 P(−5,−2)P(-5,-2) 代入圆 CC 的方程得:
(−5−a)2+(−2−a−1)2=(a+1)2(-5-a)^2 + (-2-a-1)^2 = (a+1)^2
即 (a+5)2+(a+3)2=(a+1)2(a+5)^2 + (a+3)^2 = (a+1)^2
展开化简得:
a2+14a+33=0a^2 + 14a + 33 = 0
解得 a=−3a = -3 或 a=−11a = -11.

3. 利用点 $Q(-4,-5)$ 在圆外检验排除不合题意的解并写出最终方程

① 当 a=−3a = -3 时,圆心为 C(−3,−2)C(-3,-2),半径 R=2R = 2,圆方程为 (x+3)2+(y+2)2=4(x+3)^2 + (y+2)^2 = 4.
计算点 Q(−4,−5)Q(-4,-5) 到圆心 CC 的距离平方:(−4+3)2+(−5+2)2=1+9=10>R2=4(-4+3)^2 + (-5+2)^2 = 1 + 9 = 10 > R^2 = 4,说明点 QQ 在圆 CC 外,符合题意.

② 当 a=−11a = -11 时,圆心为 C(−11,−10)C(-11,-10),半径 R=10R = 10,圆方程为 (x+11)2+(y+10)2=100(x+11)^2 + (y+10)^2 = 100.
计算点 Q(−4,−5)Q(-4,-5) 到圆心的距离平方:(−4+11)2+(−5+10)2=49+25=74<R2=100(-4+11)^2 + (-5+10)^2 = 49 + 25 = 74 < R^2 = 100,说明点 QQ 在圆内,不合题意,舍去.

综上,圆 CC 的方程为 (x+3)2+(y+2)2=4(x+3)^2 + (y+2)^2 = 4.

答案

(x+3)2+(y+2)2=4(x+3)^2 + (y+2)^2 = 4

(2)

1. 利用垂径定理求出圆心到直线 $l$ 的距离

由(1)可知,圆 CC 的圆心为 C(−3,−2)C(-3,-2),半径 R=2R = 2.
设圆心 CC 到直线 ll 的距离为 dd.
已知直线 ll 截圆 CC 得弦长 ∣AB∣=23|AB| = 2\sqrt{3},由垂径定理及勾股定理得:

ight)^2 = R^2$$ 代入数据得: $$d^2 + (\sqrt{3})^2 = 2^2 \implies d^2 = 1 \implies d = 1$$

2. 分类讨论直线 $l$ 的斜率,由点到直线距离公式求出直线方程

直线 ll 过点 M(−2,−4)M(-2,-4):

① 当直线 ll 的斜率不存在时,直线 ll 的方程为 x=−2x = -2(即 x+2=0x + 2 = 0).
此时圆心 C(−3,−2)C(-3,-2) 到直线 x=−2x = -2 的距离为 ∣−3−(−2)∣=1|-3 - (-2)| = 1,符合条件.

② 当直线 ll 的斜率存在时,设斜率为 kk,则直线 ll 的点斜式方程为 y−(−4)=k[x−(−2)]y - (-4) = k[x - (-2)],即:
kx−y+2k−4=0kx - y + 2k - 4 = 0
由点到直线的距离公式可得:
d = rac{|k(-3) - (-2) + 2k - 4|}{\sqrt{k^2 + (-1)^2}} = rac{|-k - 2|}{\sqrt{k^2 + 1}} = 1
两边平方解得:
(k+2)^2 = k^2 + 1 \implies 4k = -3 \implies k = - rac{3}{4}
故直线 ll 的方程为 - rac{3}{4}x - y - rac{11}{2} = 0,即 3x+4y+22=03x + 4y + 22 = 0.

综上所述,直线 ll 的方程为 x+2=0x + 2 = 0 或 3x+4y+22=03x + 4y + 22 = 0.

答案

x+2=0x + 2 = 0 或 3x+4y+22=03x + 4y + 22 = 0

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