已知以C1C_{1}为圆心的圆C1C_{1}:(x−6)2+(y−7)2=25.(x-6)^{2}+(y-7)^{2}=25.及其上一点A(2,4)A(2,4). (1)设圆C2C_{2}与xx轴相切,与圆C1C_{1}外切,且圆心C2C_{2}在直线x=6x=6上,求圆C2C_{2}的标准方程; (2)设平行于OAOA的直线ll与圆C1C_{1}相交于BB,CC两点,且∣BC∣=∣OA∣|BC|=|OA|,求直线ll的方程.

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完整解法

(1)

1. 根据圆心所在直线及相切性质设出圆C2的标准方程及半径

因为圆心 C2C_{2} 在直线 x=6x=6 上,所以可设圆心 C2(6,n)C_{2}(6,n).
因为圆 C2C_{2} 与 xx 轴相切,所以圆 C2C_{2} 的半径 R2=∣n∣R_{2} = |n|.
故可设圆 C2C_{2} 的方程为:(x−6)2+(y−n)2=n2(x-6)^{2}+(y-n)^{2}=n^{2}.

2. 利用两圆外切的圆心距性质建立关于半径的绝对值方程

已知圆 C1:(x−6)2+(y−7)2=25C_{1}:(x-6)^{2}+(y-7)^{2}=25,其圆心为 C1(6,7)C_{1}(6,7),半径 R1=5R_{1}=5.
因为圆 C2C_{2} 与圆 C1C_{1} 外切,
所以圆心距 d(C1,C2)=∣7−n∣=R1+R2=5+∣n∣d(C_{1}, C_{2}) = |7-n| = R_{1} + R_{2} = 5 + |n|.

3. 求解绝对值方程求出圆心纵坐标并写出圆的标准方程

因为 ∣7−n∣=5+∣n∣|7-n| = 5 + |n|,且 n>0n>0(若 n≤0n\le 0,则 7−n=5−n7-n=5-n 无解),
所以 7−n=5+n7-n = 5+n,解得 n=1n=1.
所以圆 C2C_{2} 的标准方程为 (x−6)2+(y−1)2=1(x-6)^{2}+(y-1)^{2}=1.

答案

圆C2C_{2}的标准方程为(x−6)2+(y−1)2=1(x-6)^{2}+(y-1)^{2}=1

(2)

1. 根据平行关系确定直线l的斜率并设出其方程

因为 O(0,0)O(0,0),A(2,4)A(2,4),所以直线 OAOA 的斜率为 kOA=4−02−0=2k_{OA} = \frac{4-0}{2-0} = 2.
因为直线 l∥OAl \parallel OA,所以可设直线 ll 的方程为 y=2x+by=2x+b,即 2x−y+b=02x-y+b=0.

2. 求出已知点A的距离OA作为弦长,并表示圆心到直线l的距离

线段 OAOA 的长度为 ∣OA∣=22+42=25|OA| = \sqrt{2^2 + 4^2} = 2\sqrt{5}.
已知 ∣BC∣=∣OA∣=25|BC| = |OA| = 2\sqrt{5}.
圆 C1(6,7)C_{1}(6,7) 到直线 l:2x−y+b=0l:2x-y+b=0 的距离为 d=∣2×6−7+b∣22+(−1)2=∣5+b∣5d = \frac{|2 \times 6 - 7 + b|}{\sqrt{2^2 + (-1)^2}} = \frac{|5+b|}{\sqrt{5}}.

3. 利用垂径定理(勾股定理)建立关于b的方程并解出结果

在圆 C1C_1 中,半径 R=5R = 5.
由垂径定理(勾股定理)有:(∣BC∣2)2+d2=R2\left(\frac{|BC|}{2}\right)^2 + d^2 = R^2,
代入得:(5)2+(5+b)25=25(\sqrt{5})^2 + \frac{(5+b)^2}{5} = 25,
化简得:5+(5+b)25=25  ⟹  (5+b)2=1005 + \frac{(5+b)^2}{5} = 25 \implies (5+b)^2 = 100.
解得 b=5b=5 或 b=−15b=-15.
故直线 ll 的方程为 2x−y+5=02x-y+5=0 或 2x−y−15=02x-y-15=0.

答案

直线 ll 的方程为 2x−y+5=02x-y+5=0 或 2x−y−15=02x-y-15=0

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