设直线 $l$ 与抛物线 $y^2=4x$ 相交于 $A$,$B$ 两点,与圆 $\left(x-5\right)^2+y^2=r^2$($r>0$)相切于点 $M$,且 $M$ 为线段 $AB$ 的中点.若这样的直线 $l$ 恰有 $4$ 条,则 $r$ 的取值范围是 \((\qquad)\)
【难度】
【出处】
无
【标注】
【答案】
D
【解析】
题目中涉及了中点弦,可以尝试利用点差法来得到中点 $M$ 与直线 $l$ 斜率有关的式子,根据 $M$ 是切点,又可以结合圆心得到中点 $M$ 与直线 $l$ 斜率相关的式子,联立整理后可以借助几何直观考虑.设 $ A\left(x_1,y_1\right)$,$ B\left(x_2,y_2\right) $,$ M\left(x_0,y_0\right) $,则 $\begin{cases}y_1^2=4x_1,\\y_2^2=4x_2, \end{cases} $ 由点差法,得\[ \left(y_1+y_2\right)\left(y_1-y_2\right)=4\left(x_1-x_2\right) \cdots *.\]① 当 $ x_1=x_2$,$ r<5 $,即直线 $ l$ 斜率不存在时,此时一定存在 $ 2$ 条满足题意的直线,如图:
② 当 $ x_1\ne x_2 $ 时,设直线 $l$ 的斜率为 $k $,$ * $ 式化为 $ 2y_0\cdot \dfrac{y_1-y_2}{x_1-x_2}=4 $,即 $ky_0=2 $.
由直线与圆相切得 $\dfrac{y_0-0}{x_0-5}\cdot k=-1 $,即 $ ky_0=5-x_0=2$,所以 $ x_0=3 $,即点 $ M $ 在直线 $ x=3 $ 上.而 $ x=3 $ 与抛物线交点为 $N\left( 3,\pm 2\sqrt 3\right)$,与 $x$ 轴的交点为 $P\left(3,0\right)$,圆心到 $N$、$P$ 的距离分别为 $ 4$、$2 $.当 $r=4$ 时,点 $N$ 在圆上,没有对应的直线满足要求;当 $r=2$ 时,点 $M$ 在 $x$ 轴上,没有对应有直线满足要求;当 $2<r<4$ 时,过点 $M$ 作圆的切线即可满足要求,如图所示:
这样的切线恰有两条,从而直线 $l$ 恰有 $4$ 条,则 $ 2<r<4 $.

由直线与圆相切得 $\dfrac{y_0-0}{x_0-5}\cdot k=-1 $,即 $ ky_0=5-x_0=2$,所以 $ x_0=3 $,即点 $ M $ 在直线 $ x=3 $ 上.而 $ x=3 $ 与抛物线交点为 $N\left( 3,\pm 2\sqrt 3\right)$,与 $x$ 轴的交点为 $P\left(3,0\right)$,圆心到 $N$、$P$ 的距离分别为 $ 4$、$2 $.当 $r=4$ 时,点 $N$ 在圆上,没有对应的直线满足要求;当 $r=2$ 时,点 $M$ 在 $x$ 轴上,没有对应有直线满足要求;当 $2<r<4$ 时,过点 $M$ 作圆的切线即可满足要求,如图所示:

题目
答案
解析
备注