075.已知圆C的方程为x2+(y−4)2=4,点O是坐标原点,直线l:y=kx与圆C交于M,N两点。
(1)求k的取值范围;
(2)设Q(m,n)是线段MN上的点,且2|OQ|2=1|OM|2+1|ON|2,请将n表示为m的函数。
解:(1)将y=kx代入x2+(y−4)2=4得
(1+k2)x2−8kx+12=0 (*)
∵直线l:y=kx与圆C交于M,N两点,
∴Δ=(−8k)2−4(1+k2)×12>0,解得k2>3。
∴k的取值范围是(−∞,−√3)⋃(√3,+∞)。
(2)∵M,N在直线l上,可设点M,N的坐标分别为(x1,kx1),(x2,kx2),则
|OM|2=(1+k2)x12,|ON|2=(1+k2)x22,
又|OQ|2=m2+n2=(1+k2)m2,
由2|OQ|2=1|OM|2+1|ON|2得,
2(1+k2)m2=1(1+k2)x12+1(1+k2)x22,
∴2m2=1x12+1x22=(x1+x2)2−2x1x2x12x22,
由方程(*)知x1+x2=8k1+k2,x1x2=121+k2,
∴m2=365k2−3,
∵点Q(m,n)在直线l上,
∴k=nm,代入m2=365k2−3可得5n2−3m2=36,
∴m2=365k2−3,∵k2>3,
∴0<m2<3,即 m∈(−√3,0)⋃(0,√3).
∵点Q(m,n)在圆C内,则n>0,
又5n2−3m2=36,
∴n=√36+3m25=√15m2+1805,
于是, n与m的函数关系为
n=√15m2+1805 (m∈(−√3,0)⋃(0,√3)) 。