(本小题满分14分)
一种作图工具如图所示。是滑槽的中点,短杆可绕转动,长杆通过处铰链与连接,上的栓子可沿滑槽滑动,且,。当栓子在滑槽内作往复运动时,带动绕转动一周(不动时,也不动),处的笔尖画出的曲线记为。以为原点,所在的直线为轴建立如图所示的平面直角坐标系。
(I)求曲线的方程;
(II)设动直线与两定直线:和:分别交于,两点。若直线总与曲线有且只有一个公共点,试探究:的面积是否存在最小值?若存在,求出该最小值;若不存在,说明理由。
(I)设点(),,,依题意,
,且,
所以,且
即且。
由于当点不动时,点也不动,所以不恒等于,
于是,故,,代入,可得,
即所求的曲线的方程为。
(II)(1)当直线的斜率不存在时,直线为或,都有。
(2)当直线的斜率存在时,设直线:(),
由消去,可得。
因为直线总与椭圆有且只有一个公共点,
所以,即。①
又由可得;同理可得。
由原点到直线的距离为和,可得
。②
将①代入②得,。
当时,;
当时,。
因,则,,所以,
当且仅当时取等号。
所以当时,的最小值为。
综合(1)(2)可知,当直线与椭圆在四个顶点处相切时,的面积取得最小值。
本题主要考查直线与椭圆方程。
(1)设点(),,,依题意构造等式,解出,从而得到,,代入即可得到曲线的方程。
(2)分别讨论直线的斜率不存在与存在的情况;设出直线的方程,与曲线的方程联立,由题意可得,得到与的关系式①;将直线的方程分别与另两条直线方程联立,求出、两点的坐标,得到的关于与的表达式②;结合①②得到的关于的表达式,由的取值范围求得的最小值。