点 $P$ 在曲线 $C$:$\dfrac{x^2}{4}+y^2=1$ 上,若存在过 $P$ 的直线交曲线 $C$ 于 $A$ 点,交直线 $l$:$x=4$ 于 $B$ 点,满足 $\left|PA\right |=\left|AB\right |$ 或 $\left|PA\right |=\left|PB\right |$,则称点 $P$ 为“$D$ 点”,那么下列结论正确的是 \((\qquad)\)
A: 曲线 $C$ 上的所有点都是“$D$ 点”
B: 曲线 $C$ 上仅有有限个点是“$D$ 点”
C: 曲线 $C$ 上的所有点都不是“$D$ 点”
D: 曲线 $C$ 上有无穷多个点(但不是所有点)是“$D$ 点”
【难度】
【出处】
【标注】
  • 题型
    >
    解析几何
    >
    解析几何创新题
  • 方法
    >
    思考方式
    >
    构造状态量
【答案】
D
【解析】
在这个问题中,$P,A,B$ 都是动点,其中 $P,A$ 在椭圆上运动,$B$ 在直线上运动,为了便于思考,我们先固定一个点,看看其它两个点的变化情况,这有些类似于多参数问题中先固定一个参数.
思路一先固定点 $A$,考虑当点 $B$ 在直线上运动时,$P$ 点形成的轨迹(先不管“点 $P$ 在椭圆上”这个条件),再让点 $A$ 在椭圆上运动起来,考虑所有满足条件的点 $P$ 形成的轨迹,看看这个轨迹与椭圆的关系.
记点集$$I_1=\left\{P|A\in C,B\in l,\left|PA\right |=\left|PB\right |\right\},$$点集$$I_2=\left\{P|A\in C,B\in l,\left|PA\right |=\left|AB\right |\right\}.$$对于点集 $I_1$,固定点 $A$,让点 $B$ 在直线 $l$ 上运动时,满足条件的 $P$ 形成的集合即直线 $l$ 关于点 $A$ 缩放 $\dfrac 12$ 的直线 $l'$.因此,当点 $A$ 在椭圆上移动时,直线 $l'$ 也会随之平行移动,如下:$l'$ 扫过的区域是如图的带状区域:对于点集 $I_2$,当固定点 $A$,让 $B$ 在直线上运动时,$P$ 点形成的轨迹即直线 $l$ 关于点 $A$ 对称的直线 $l'$.因此,当点 $A$ 在椭圆上运动时,$l'$ 扫过的区域为如下的带状区域:接下来考虑 $U=\{P|P\in C\}$ 与 $I_1\cup I_2$ 的关系,显然,椭圆上有无穷多个“$D$ 点”,但不是所有点都是“$D$ 点”,椭圆上不在两个带状区域内的点不是“$D$ 点”,即横坐标在 $(0,1)$ 之间的椭圆上的点不是“$D$ 点”,故选D.
思路二在椭圆上任取一点 $P(x_0,y_0)$,我们直接考查能否找到满足条件的 $A,B$ 点.因为 $P,A,B$ 三点共线,所以只需要考虑横坐标即可.若存在 $A,B$ 满足 $\left|PA\right|=\left|PB\right |$,当点 $A$ 从 $P$ 开始运动时,一开始有 $|PA|<|PB|$,当点 $A$ 为椭圆的左顶点时,若有 $|PA|\geqslant |PB|$,则 $A,B$ 存在,即$$x_0-(-2)\geqslant 4-x_0,$$解得 $x_0\geqslant 1.$ 同理,若存在 $A,B$ 满足 $\left|PA\right |=\left|AB\right |$,当点 $A$ 从 $P$ 开始运动时,一开始有 $|PA|<|AB|$,当点 $A$ 为椭圆的右顶点时,若有 $|PA|\geqslant |AB|$,则 $A,B$ 存在,即$$2-x_0\geqslant 4-2,$$解得 $x_0\leqslant 0$,故选D.综上知,当 $x_0\leqslant 0\lor x_0\geqslant 1$ 时,$P$ 点为“$D$ 点”.
思路三本题也可以纯从代数角度考虑,根据横坐标的关系得到“$D$ 点”的横坐标范围.
设 $P(x_0,y_0)$,因为 $P,A,B$ 三点共线,所以条件 $\left|PA\right |=\left|PB\right |$,当且仅当$$x_A=2x_0-4,$$而 $x_A\in[-2,2]$,解得$$x_0\in [1,3].$$同理条件 $\left|PA\right |=\left|AB\right |$,当且仅当$$x_A=\dfrac {x_0+4}{2},$$由 $x_A\in[-2,2]$,解得$$x_0\in [-8,0].$$综上知,当 $x_0\in[-2,0]\cup [1,2]$ 时,$P$ 点为“$D$ 点”,故选D.
题目 答案 解析 备注
0.112055s