097_02M_q20
97 學測數學 第 20 題
📅 97 年 📝 學測數學 第 20 題 題型:選填 課綱:99課綱
已知坐標平面上圓 $O_1 : (x-7)^2 + (y-1)^2 = 144$ 與圓 $O_2 : (x+2)^2 + (y-13)^2 = 9$ 相切,且此兩圓均與直線 $L : x = -5$ 相切。若 $\Gamma$ 為以 $L$ 為準線的拋物線,且同時通過 $O_1$ 與 $O_2$ 的圓心,則 $\Gamma$ 的焦點坐標為 (____, ____)。(化為最簡分數)
拋物線的定義兩圓的位置關係內分點公式坐標幾何二次曲線
解題手法數形結合〔AI 推測〕
答案

$(-\dfrac{1}{5}, \dfrac{53}{5})$

詳解
圓 $O_1$ 的圓心為 $A(7, 1)$,半徑 $R_1 = 12$。 圓 $O_2$ 的圓心為 $B(-2, 13)$,半徑 $R_2 = 3$。 兩圓的圓心距離為 $\overline{AB} = \sqrt{(-2-7)^2 + (13-1)^2} = \sqrt{81+144} = 15$。 因為 $\overline{AB} = R_1 + R_2 = 15$,所以兩圓外切。 由拋物線定義,到焦點的距離等於到準線的距離: 設拋物線的焦點為 $F$。 因為拋物線通過 $A$ 且以 $L: x=-5$ 為準線,所以 $\overline{AF} = d(A, L) = 7 - (-5) = 12 = R_1$。 同理,$\overline{BF} = d(B, L) = -2 - (-5) = 3 = R_2$。 因為 $\overline{AF} = R_1$,$\overline{BF} = R_2$,且 $\overline{AB} = R_1 + R_2$,說明 $F$ 點必定落在線段 $\overline{AB}$ 上,且為圓 $O_1$ 與圓 $O_2$ 的切點。 使用內分點公式求 $F$ 的坐標($\overline{AF} : \overline{FB} = 12 : 3 = 4 : 1$): $$F = \dfrac{1 \cdot A + 4 \cdot B}{5} = \dfrac{(7, 1) + 4(-2, 13)}{5} = \left(-\dfrac{1}{5}, \dfrac{53}{5}\right)$$ 故焦點坐標為 $\left(-\dfrac{1}{5}, \dfrac{53}{5}\right)$。

題目來源:大學入學考試中心公開試題。

解析狀態:本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。