在平面直角坐标系xOy中,已知圆x2+y2-12x+32=0的圆心为Q,过点P(0,2)且斜率为k的直线l与圆Q相交于不同的两点A,B.(Ⅰ)求圆Q的面积;(Ⅱ)求k的取值范围;(Ⅲ)是否存在常数k,使得向量OA+OB与PQ共线?如果存在,求k的值;如果不存在,请说明理由.

问题描述:

在平面直角坐标系xOy中,已知圆x2+y2-12x+32=0的圆心为Q,过点P(0,2)且斜率为k的直线l与圆Q相交于不同的两点A,B.
(Ⅰ)求圆Q的面积;
(Ⅱ)求k的取值范围;
(Ⅲ)是否存在常数k,使得向量

OA
+
OB
PQ
共线?如果存在,求k的值;如果不存在,请说明理由.

(Ⅰ)圆的方程可化为(x-6)2+y2=4,可得圆心为Q(6,0),半径为2,故圆的面积为4π.
(Ⅱ)设直线l的方程为y=kx+2,将直线方程代入圆方程得x2+(kx+2)2-12x+32=0,
整理得(1+k2)x2+4(k-3)x+36=0. ①
直线与圆交于两个不同的点A,B等价于△=[4(k-3)]2-4×36(1+k2)=42(-8k2-6k)>0,
解得-

3
4
<k<0,即k的取值范围为(-
3
4
  ,0)

(Ⅲ)设A(x1,y1),B(x2,y2),则
OA
+
OB
=(x1+x2y1+y2)
,由方程①得,
x1+x2=-
4(k-3)
1+k2
②,又y1+y2=k(x1+x2)+4 ③,而P(0,2),Q(6,0),
PQ
=(6,-2)

所以,
OA
+
OB
PQ
共线等价于-2(x1+x2)=6(y1+y2),将②③代入上式,解得k=-
3
4

由(Ⅱ)知k∈(-
3
4
,0)
,故没有符合题意的常数k.
答案解析:(Ⅰ)把圆的方程化为标准形式,求出半径,即可求得圆的面积.
(Ⅱ)把直线方程代入圆的方程化为关于x 的一元二次方程,由判别式大于0求得k的取值范围.
(Ⅲ) 设出A,B的坐标,用条件向量
OA
+
OB
PQ
共线可得解得k=−
3
4
,由(Ⅱ)知k∈(−
3
4
,0)
,故没有
符合题意的常数k.
考试点:直线与圆相交的性质;向量在几何中的应用.
知识点:本题考查直线和圆相交的性质,以及向量在几何中的应用,如何应用条件向量
OA
+
OB
PQ
共线,是解决问题的关键.