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数学
题目

已知直线x-my+1=0与⊙C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,写出满足“△ABC面积为(8)/(5)”的m的一个值 ____ .

已知直线x-my+1=0与⊙C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,写出满足“△ABC面积为$\frac{8}{5}$”的m的一个值 ____ .

题目解答

答案

解:由圆C:(x-1)2+y2=4,可得圆心坐标为C(1,0),半径为r=2,
因为△ABC的面积为$\frac{8}{5}$,可得S△ABC=$\frac{1}{2}$×2×2×sin∠ACB=$\frac{8}{5}$,
解得sin∠ACB=$\frac{4}{5}$,设$\frac{1}{2}$∠ACB=θ所以∴2sinθcosθ=$\frac{4}{5}$,
可得$\frac{2sinθcosθ}{si{n}^{2}θ+co{s}^{2}θ}$=$\frac{4}{5}$,∴$\frac{2tanθ}{ta{n}^{2}θ+1}$=$\frac{4}{5}$,∴tanθ=$\frac{1}{2}$或tanθ=2,
∴cosθ=$\frac{2}{\sqrt{5}}$或cosθ=$\frac{1}{\sqrt{5}}$,
∴圆心眼到直线x-my+1=0的距离d=$\frac{4}{\sqrt{5}}$或$\frac{2}{\sqrt{5}}$,
∴$\frac{2}{\sqrt{1+{m}^{2}}}$=$\frac{4}{\sqrt{5}}$或$\frac{2}{\sqrt{1+{m}^{2}}}$=$\frac{2}{\sqrt{5}}$,
解得m=±$\frac{1}{2}$或m=±2.
故答案为:2(或-2或$\frac{1}{2}$或-$\frac{1}{2}$).

解析

考查要点:本题主要考查直线与圆的位置关系、三角形面积公式以及点到直线的距离公式的应用。
解题核心思路:

  1. 确定圆心和半径,利用三角形面积公式结合圆的几何性质,找到圆心角与面积的关系;
  2. 建立圆心到直线的距离与圆心角的关系,通过三角恒等式转化方程,求解参数m的值。
    破题关键点:
  • 三角形面积公式:$\text{面积} = \frac{1}{2} \times CA \times CB \times \sin \angle ACB$;
  • 圆心到直线的距离公式:$d = \frac{|Ax_0 + By_0 + C|}{\sqrt{A^2 + B^2}}$;
  • 弦长与圆心角的关系:圆心到直线的距离$d = r \cos \frac{\theta}{2}$($\theta$为圆心角)。

步骤1:确定圆的基本信息

圆$C$的标准方程为$(x-1)^2 + y^2 = 4$,因此圆心为$C(1,0)$,半径$r=2$。

步骤2:利用三角形面积公式求$\sin \angle ACB$

$\triangle ABC$的面积为$\frac{8}{5}$,根据面积公式:
$\frac{1}{2} \times CA \times CB \times \sin \angle ACB = \frac{8}{5}$
代入$CA = CB = 2$,得:
$\frac{1}{2} \times 2 \times 2 \times \sin \angle ACB = \frac{8}{5} \implies \sin \angle ACB = \frac{4}{5}$

步骤3:引入半角$\theta$,转化三角恒等式

设$\angle ACB = 2\theta$,则$\sin 2\theta = \frac{4}{5}$。利用恒等式$\sin 2\theta = \frac{2\tan \theta}{1 + \tan^2 \theta}$,设$\tan \theta = t$,得:
$\frac{2t}{1 + t^2} = \frac{4}{5} \implies 5t^2 - 10t + 4 = 0$
解得$t = \frac{1}{2}$或$t = 2$,即$\tan \theta = \frac{1}{2}$或$\tan \theta = 2$。

步骤4:求$\cos \theta$并关联圆心到直线的距离

由$\tan \theta = \frac{1}{2}$,得$\cos \theta = \frac{2}{\sqrt{5}}$;由$\tan \theta = 2$,得$\cos \theta = \frac{1}{\sqrt{5}}$。
圆心到直线$x - my + 1 = 0$的距离$d = r \cos \theta = 2 \cos \theta$,因此:
$d = \frac{4}{\sqrt{5}} \quad \text{或} \quad d = \frac{2}{\sqrt{5}}$

步骤5:利用点到直线的距离公式求$m$

圆心$C(1,0)$到直线的距离公式为:
$d = \frac{|1 \cdot 1 + (-m) \cdot 0 + 1|}{\sqrt{1^2 + (-m)^2}} = \frac{2}{\sqrt{1 + m^2}}$
联立$d = \frac{4}{\sqrt{5}}$或$d = \frac{2}{\sqrt{5}}$,解得:

  1. $\frac{2}{\sqrt{1 + m^2}} = \frac{4}{\sqrt{5}} \implies \sqrt{1 + m^2} = \frac{\sqrt{5}}{2} \implies m = \pm \frac{1}{2}$;
  2. $\frac{2}{\sqrt{1 + m^2}} = \frac{2}{\sqrt{5}} \implies \sqrt{1 + m^2} = \sqrt{5} \implies m = \pm 2$。

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