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已知 O 为坐标原点, 动圆 O1 过点 M(0,1) 且与直线 y=−1 相切.

  1. 设圆 O1 的圆心 O1 的轨迹为曲线 C, 求曲线 C 的方程;
    1. 过点 (0,2) 作斜率为 k 的直线 l 与曲线 C 交于 A,B 两点, 过 A,B 分别作曲线 C 的两条切线 l1,l2, 记 l1 与 l2 的交点是 P. 若 ΔPAB 的面积为 32, 求 k 的值;
    2. 将 ΔAOB 绕 x 轴旋转一周得到一个旋转体, 求该旋转体体积的最小值.
解

  1. 因为 O1 到 M 和 y=−1 的距离相等, 所以 O1 的轨迹就是以 M 为焦点、y=−1 为准线的抛物线, C:x2=4y.
    1. 设 P(x0,y0), 则切点弦 AB 的方程是 xx0=2(y+y0). 与 C 联立得 x2−2x0x−8=0. 设 A(x1,y1), B(x2,y2), 则根据韦达定理 x1+x2=2x0,x1x2=−8,|x1−x2|=2x02+8,x12+x22=4x02+16. 再把 (0,2) 代入 AB: y0=−2. 因此 PA→=(x1−x0,y1+2), PB→=(x2−x0,y2+2), 所以 SΔPAB=12|PA→×PB→|=12|(x0−x2)(y2+2)−(y1+2)(x2−x0)|=12|x0−x2|⋅|4+y1+y2|=|x1−x2|4⋅|4+x12+x224|=12(x02+8)32=32, 解得 x0=±22. 所以 k=x02=±2.
    2. 沿用 2.1 的设法. 设 lAB:y=kx+2, 与 C 联立, 消去 x 得 y2−4(k2+1)y+4=0⇒y1y2=4.
      这个旋转体是由原台抠掉两个圆锥构成, 如右图. 所以体积为V=13(πy12+πy22+πy1y2)|x2−x1|−13πy12|x1|−13πy22|x2|=π3((y12+y22+4)2(y2+y1)−2y12y1−2y22y2)=π3(2y12y2+2y22y1+8y1+8y2)≥π3(24y152y252+264y1y2)=3232π.
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