Question

已知过点A（0，1）斜率为k的直线l与圆（x-2）²+（y-3）²=1相交于M，N两点．
①求实数k的取值范围；
②求线段MN的中点轨迹方程；
③求证：为定值；
④若O为坐标原点，且，求k的值．

Answer

①根据条件写出直线l的方程，利用点到直线的距离公式表示出圆心到直线l的距离d，由相切得到d等于圆的半径r，根据圆的半径等于1列出关于k的方程，求出k的值，然后根据直线与圆的位置关系即可写出直线与圆有两个交点时k的取值范围；
②把直线l的方程与圆的方程联立，消去y得到关于x的一元二次方程，利用韦达定理及中点坐标公式即可用k表示出x，同理用k表示出y，即可得到MN中点的轨迹方程；
③分别根据坐标表示出和，然后利用平面向量的数量积运算法则求出值为定值即可；
④分别用坐标表示出和，然后利用列出关于k的方程，求出k的值即可．
【解析】
①过点A（0，1）斜率为k的直线l的方程为：y=kx+1，
当直线l与圆相切时，圆心（2，3）到直线l的距离d==r=1，化简得3k2-8k+3=0，解得：k=，
因为直线l与圆相交于M，N两点，所以实数k的取值范围为：＜k＜；
②把直线方程与圆方程联立得，消去y得到（1+k2）x2-4（1+k）x+7=0
设M（x1，y1），N（x2，y2），则x1和x2为（1+k2）x2-4（1+k）x+7=0的两个根，
则MN中点横坐标x==，同理消去x得到关于y的一元二次方程（1+k2）y2-（2+4k+6k2）y+12k2+4k+1=0，
得到纵坐标y==，
则线段MN的中点轨迹方程为：；
③=（x1，y1-1），=（x2，y2-1），所以=x1x2+（y1-1）（y2-1）=（1+k2）x1x2=7为常数．
④=x1x2+y1y2=+=12，即12k2+4k+8=12（1+k2），解得k=1．