(本小题满分14分)
在平面直角坐标系中,直线交轴点,设是上一点,是线段 的垂直平分线上一点,且满足。
(1) 当点在上运动时,求点的轨迹的方程;
(2)已知。设是上动点,求的最小值,并给出此时点的坐标;
(3)过点且不平行于轴的直线与轨迹有且只有两个不同的交点,求直线的斜率的取值范围。
(1)如图所示:
连接,则。因为,所以动点满足或在的负半轴上。设,
①当时,,, ,化简得;
②当在的负半轴上时,。
综上所述,点的轨迹的方程为或。
(2)如图所示,
由(1)知的轨迹是顶点为,焦点为原点的抛物线和的负半轴。
① 若是抛物线上的动点,过作于,由于是抛物线的准线,根据抛物线的定义有,则。
当三点共线时,有最小值,求得此时的坐标为。
② 若是的负半轴上的动点,显然有。
综上所述,的最小值为3,此时点的坐标为。
(3)如图所示,
设抛物线顶点,则直线的斜率。因为点在抛物线内部,所以过点且不平行于轴的直线必与抛物线有两个交点。
则直线 与轨迹 的交点个数分以下四种情况讨论:
① 当时,直线与轨迹有且只有两个不同的交点;
② 当时,直线与轨迹有且只有三个不同的交点;
③ 当时,直线与轨迹有且只有一个交点;
④ 当时,直线与轨迹有且只有两个不同的交点;
综上所述,直线的斜率的取值范围是。
本题主要考查曲线方程的求解以及平面几何中的综合分析求解能力。
(1)如图,
点的位置有两种情况:和在轴上。①当时,因为在的垂直平分线上,所以,利用该结论建立等式即可求解出轨迹方程;②当在轴上时,易知其轨迹方程为。
(2)如图,
按(1)中两种情况分别求解点的坐标。①当时,因为抛物线焦点为原点,准线为,作,由定义可知,由几何关系可知:当三点共线时,有最小值。②当在轴上时,显然有。故的最小值为3,此时点的坐标为。
(3)如图,
根据轨迹的特点,需要分类讨论,,,四中不同的情况,然后对各个满足条件的情况的的范围取并集即可。