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问题: 直线与圆的关系

自点A(-3,3)发出的光线L射到x轴上,被x轴反射,其反射光线所在直线与圆x2+y2-4x-4y+7=0相切,求光线L所在的直线的方程。

解答:

自点A(-3,3)发出的光线L射到x轴上,被x轴反射,其反射光线所在直线与圆x2+y2-4x-4y+7=0相切,求光线L所在的直线的方程。

圆的方程为:x^2+y^2-4x-4y+7=0
即:(x-2)^2+(y-2)^2=1
它表示的是圆心在点(2,2),半径为1的圆
设过A点的光线L的方程为:y=k(x-m),它与x轴的交点为(m,0)
入射光线L的斜率k=(0-3)/(m+3)=-3/(m+3)
由于入射光线与反射光线关于直线x=m对称,所以反射光线必定经过点A(-3,3)关于x=m的对称点A'(2m+3,3)
那么,反射光线的斜率为k'=(3-0)/(2m+3-m)=3/(m+3)
所以,反射光线的方程为:y-0=k'(x-m)
即:y=[3/(m+3)]*(x-m)
由于反射光线与圆相切,那么圆心到反射光线的距离等于圆的半径,所以:
直线方程标准式为:3x-(m+3)y-3m=0
则:
d=|3*2-(m+3)*2-3m|/√[9+(m+3)^2]
=|-5m|/√[18+6m+m^2]=1
解得:
m1=-3/4
m2=1
所以,k1=-3/(m+3)=-3/[(-3/4)+3]=-4/3
k2=-3/(m+3)=-3/(1+3)=-3/4
那么,入射光线L的方程为:
y1=(-4/3)[x+(3/4)]=(-4/3)x+1
y2=(-3/4)[x-1]=(-3/4)x+(3/4)