直线ll:mx+y−m−2=0mx+y-m-2=0与圆CC:(x−3)2+(y−4)2=25(x-3)^{2}+(y-4)^{2}=25交于AA,BB两点,CC为圆心,当∠ACB∠ACB最小时,直线ll的方程是 ___ .

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完整解法

1. 求出直线 $l$ 所过的定点坐标

将直线 ll 的方程 mx+y−m−2=0mx+y-m-2=0 变形为:
m(x−1)+(y−2)=0m(x-1) + (y-2) = 0
令 x−1=0x-1=0 且 y−2=0y-2=0,解得 x=1x=1,y=2y=2。
因此,无论 mm 取何值,直线 ll 恒过定点 M(1,2)M(1,2)。

2. 分析 $\angle ACB$ 最小的几何意义,将其转化为距离的最值问题

由圆的方程 (x−3)2+(y−4)2=25(x-3)^{2}+(y-4)^{2}=25 可知,圆心为 C(3,4)C(3,4),半径 R=5R=5。
定点 M(1,2)M(1,2) 到圆心 C(3,4)C(3,4) 的距离为:
∣CM∣=(1−3)2+(2−4)2=8=22<5|CM| = \sqrt{(1-3)^2 + (2-4)^2} = \sqrt{8} = 2\sqrt{2} < 5
说明点 MM 在圆 CC 内部。
在 △ACB\triangle ACB 中,由于 CA=CB=RCA=CB=R,根据正弦定理或直角三角形性质有:
sin⁡∠ACB2=AB2R=R2−d2R\sin \frac{\angle ACB}{2} = \frac{AB}{2R} = \frac{\sqrt{R^2 - d^2}}{R}
其中 dd 为圆心 CC 到直线 ll 的距离。
要使 ∠ACB\angle ACB 最小,只需 sin⁡∠ACB2\sin \frac{\angle ACB}{2} 最小,即弦长 ABAB 最小,从而要求圆心到直线的距离 dd 最大。

3. 确定距离最大时直线的垂直关系

因为直线 ll 恒过圆内定点 M(1,2)M(1,2),所以圆心 CC 到直线 ll 的距离 d⩽∣CM∣d \leqslant |CM|。
当且仅当 CM⊥lCM \perp l 时,距离 dd 取得最大值 ∣CM∣|CM|,此时 ∠ACB\angle ACB 最小。

4. 求出满足垂直条件的直线方程

由 C(3,4)C(3,4) 和 M(1,2)M(1,2) 可得直线 CMCM 的斜率:
kCM=4−23−1=1k_{CM} = \frac{4-2}{3-1} = 1
因为 CM⊥lCM \perp l,所以直线 ll 的斜率 kl=−1kCM=−1k_l = -\frac{1}{k_{CM}} = -1。
又直线 ll 过点 M(1,2)M(1,2),根据点斜式方程得:
y−2=−1⋅(x−1)y - 2 = -1 \cdot (x - 1)
化简整理得直线 ll 的方程为:
x+y−3=0x+y-3=0

答案

x+y−3=0x+y-3=0

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