(本小题满分14分)
在平面直角坐标系$xOy$中,已知椭圆$C:\dfrac{x^2}{3} + y^2=1$。如图所示,斜率为$k(x>0)$且不过原点的直线$l$交椭圆$C$于$A,B$两点,线段$AB$的中点为$E$,射线$OE$交椭圆$C$于点$G$,交直线$x=-3$于点$D(-3,m)$。
(Ⅰ)求$m^2+k^2$的最小值;
(Ⅱ)若$|OG|^2=|OD|\cdot|OE|$,
(i)求证:直线$l$过定点;
(ii)试问点$B$,$G$能否关于$x$轴对称?若能,求出此时$ \triangle ABC$的外接圆方程;若不能,请说明理由。
【出处】
(Ⅰ)设直线的方程为,由题意,,方程组,得:。由题意,所以。设,由韦达定理得,所以。由于为线段的中点,因此,此时,所以所在的直线方程为。又由题设知,令,得,即 ,所以,当且仅当时上式等号成立,此时 由得,因此 当时,取最小值。
(Ⅱ)(i)由(Ⅰ)知所在的直线方程为,将其带入椭圆的方程,并由,解得,又,,由距离公式及,得
,,,由得,因此 直线的方程为,所以 直线恒过定点。
(ii)由(i)得,若,关于轴对称,则。代入整理得,
即,解得(舍去)或,所以,此时,关于轴对称。又由(Ⅰ)得,所以,由于的外接圆的圆心在轴上,可设的外接圆的圆心为,因此,解得,故的外接圆的半径为,所以的外接圆方程为。
本题主要考查平面几何中直线、椭圆知识的综合应用。
(Ⅰ)将直线方程与椭圆方程联立,利用韦达定理表示出点坐标,再根据三点共线建立等式,即可求出,再利用均值不等式即可求出最小值。
(Ⅱ)
(i)通过联立直线和椭圆方程求得点坐标,再利用的纵坐标关系表示,结合(Ⅰ)中的,可求得,故直线方程为,故直线过定点。
(ii)假设关于轴对称,则有的外接圆的圆心在轴上,又在线段的中垂线上,利用(i)中结果建立等式,可求出,再求得圆心,半径即可得到的外接圆的方程。