内容正文:
专题02 与圆有关的轨迹问题
题型梳理
题型方法
题型一 直接法求轨迹问题
题型二 定义法求轨迹问题
题型三 相关点法求轨迹问题
题型方法
【题型一】直接法求轨迹问题
【例1】(24-25高二下·陕西西安·期末)已知,,平面内一动点满足,设动点的轨迹为.求的方程;
【答案】
【分析】设动点,根据结合两点间距离公式运算求解;
【详解】设动点,
因为,则,
整理可得,即,
所以动点的轨迹为的方程为.
【举一反三】【变式1】(24-25高二上·广东佛山·期中)已知动点到点和点的距离的平方和为定值6,那么点的轨迹方程为 .
【答案】
【分析】运用直接法,设点,依题意列出方程,化简即得.
【详解】设点,依题意,,
代入点的坐标,可得:,
化简得:.
即点的轨迹方程为.
故答案为:.
【变式2】(24-25高二上·安徽阜阳·期中)已知两个定点、,动点满足,设动点的轨迹为曲线,求曲线的方程;
【答案】
【分析】设点的坐标为,由结合平面内两点间的距离公式化简可得出曲线的方程;
【详解】设点的坐标为,由,得,
化简得,故曲线的方程为.
【变式3】(24-25高二上·江西上饶·期末)已知,动点满足.求动点的轨迹的方程;
【答案】
【分析】设,由,整理可得;
【详解】
设动点,则,
即,整理得,
故动点的轨迹的方程为,该轨迹是以为圆心,以为半径的圆.
【题型二】定义法求轨迹问题
【例2】7.(24-25高二下·安徽·开学考试)在平面直角坐标系中,已知圆的方程为,点为圆上一点.若点为的中点,求动点的轨迹的方程;
【答案】
【分析】根据圆的定义可得动点的轨迹的方程;
【详解】由题意得,圆,
故,所以,
故动点的轨迹的方程为.
【举一反三】【变式1】(24-25高二下·河南周口·阶段练习)已知直线与圆交于两点,设弦的中点为,为坐标原点,则的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【分析】首先求出圆心坐标与半径,再求出直线过定点坐标,由圆的几何性质得点的轨迹是以为直径的圆,从而求出动点的轨迹方程,再求出圆心到坐标原点的距离,从而求出的取值范围.
【详解】
圆的标准方程为,则圆心为,半径,
直线恒过定点,记为,且点在圆内,轴,
又直线的斜率不为0,所以点的轨迹是以为直径的圆,且不为点,所以点轨迹方程为,.
圆的圆心为,半径,
又,所以,
即,即的取值范围为.
故选:D.
【变式2】(24-25高二上·湖南永州·阶段练习)已知圆过点,圆心在直线上,截轴弦长为.
(1)求圆的方程;
(2)若圆半径小于,点在该圆上运动,点,记为过、两点的弦的中点,求的轨迹方程;
【答案】(1)或
(2)
【分析】(1)设圆心为,设圆的半径为,根据圆的几何性质可得出关于、的方程组,解出这两个量的值,即可得出圆的方程;
(2)利用圆的几何性质得,利用数量积的坐标运算求得动点的轨迹方程.
【详解】(1)因为圆心在直线上,设圆心为,设圆的半径为,
圆心到轴的距离为,且圆截轴弦长为,则,①
且有②,
联立①②可得或,
所以,圆的方程为或.
(2)因为半径小于,则圆的方程为,
由圆的几何性质得即,所以,
设,则,
所以,即的轨迹方程是.
【点睛】关键点点睛:本题关键在于利用向量方法解决几何问题.
【题型三】相关点法求轨迹问题
【例3】(24-25高二上·山西·阶段练习)已知线段的端点B的坐标是,端点A在圆上运动,M是线段的中点,且直线l过定点.求点M的轨迹方程;
【答案】
【分析】利用相关点法,代入圆方程即可得解.
【详解】设,,
是线段中点,,整理可得,
在圆上,,
整理可得点轨迹方程为:.
【举一反三】【变式1】(24-25高二上·河北沧州·期末)已知圆,点为圆上一动点,点,线段的中点为,点的轨迹为曲线.求曲线的方程;
【答案】
【分析】利用相关点法求解轨迹方程即可.
【详解】设,,因为为线段的中点,
,所以得
又因为点在圆上,所以,
所以,化简得,
所以曲线的方程为.
【变式2】(24-25高二上·山西长治·阶段练习)已知圆经过点,,且圆恒被直线平分.
(1)求圆的一般方程:
(2)设,是圆上的动点,求线段的中点的轨迹方程,并说明表示何曲线?
【答案】(1)
(2),的轨迹是一个圆
【分析】(1)根据条件,直接求出圆心和半径,即可求解;
(2)画出图形,运用相关点法求解即可.
【详解】(1)直线恒过点.
因为圆恒被直线平分,所以恒过圆心,
所以圆心坐标为,又圆经过点,
所以圆的半径,所以圆的方程为,即.
(2)设,因为为线段的中点,所以,
因为点是圆上的动点,所以,
即,
所以的轨迹是一个圆.
【变式3】(24-25高二上·四川绵阳·期中)已知圆,直线过点
(1)当直线与圆相切时,求直线的方程;
(2)线段的端点在圆上运动,求线段的中点的轨迹方程.
【答案】(1)或
(2)
【知识点】轨迹问题——圆、由直线与圆的位置关系求参数
【分析】(1)利用点到直线的距离为半径可求切线方程,注意就斜率是否存在分类讨论;
(2)利用动点转移法可求点的轨迹方程.
【详解】(1)若直线的斜率不存在,则,圆心到直线的距离为半径,
故直线为圆的切线;
若直线的斜率存在,设切线方程为,
则,故,此时切线方程为,
综上,切线的方程为或.
(2)设点则,由点是的中点得,
所以① ,因为在圆上运动,所以②,
①代入②得 化简得点的轨迹方程是.
好题必刷
一、单选题
1.(24-25高二上·安徽·期末)已知点,,点满足,同时满足,则点到轴的距离为( )
A. B. C.1 D.
【答案】D
【分析】设,利用平面向量数量积的坐标运算求出点的轨迹方程,可知点的轨迹为圆;再由点满足,得到轨迹方程为圆,点是两个曲线的公共点,联立求出直线方程,得解.
【详解】根据题意可知,点满足,设,
因为,所以可得,计算可得,,
又因为点满足,所以,
计算可得,,所以点是两个曲线的公共点,
联立两式相减可得,
代入圆可得,,所以点到轴的距离为.
故选:D.
2.(24-25高二上·安徽·阶段练习)已知圆是圆上的动点,且是线段的中点,则当取得最大值时,( )
A. B. C. D.
【答案】A
【分析】根据给定条件,借助圆的弦长公式求出点的轨迹方程,利用几何图形确定取得最大值时的点位置,进而求出长.
【详解】圆的圆心,半径,
由是圆的弦中点,得,而,
则,
即,设,,
整理得,因此点的轨迹是圆,
当直线与圆相切且点在点的右侧时,取得最大值,
连接,,
所以.
故选:A
3.(24-25高二上·云南保山·期末)古希腊著名数学家阿波罗尼斯发现:平面内到两个定点的距离之比为常数(且)的点的轨迹是圆,此圆称为“阿波罗尼斯圆”,简称“阿氏圆”.已知在平面直角坐标系中,,,动点满足,则的最小值为( )
A. B.6 C. D.9
【答案】A
【分析】根据两点距离公式计算可得根据圆的方程与两点距离公式,根据三角形三边关系求最值即可.
【详解】化简整理得
∴点P的轨迹是以点为圆心,为半径的圆;
而表示的是圆上的动点与圆外一定点间的距离,
∴的最小值即为的最小值,
而,∴的最小值为.
故选:A.
4.(2025高三·全国·专题练习)在平面直角坐标系xOy中,,若对任意实数k,直线上总存在点M使得,则b的取值范围是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【分析】先计算得出点M的轨迹,再根据直线求出定点,最后把恒成立问题得出定点在圆的内部或圆上计算即可求参.
【详解】设,因为,所以,
由定义得动点M的轨迹为阿氏圆.
直线恒过点,原问题可等价于对任意实数k,
直线与圆C恒有公共点,则点在圆C的内部或圆上,
所以,所以,所以b的取值范围为.
故选:C.
二、多选题
5.(24-25高二上·福建泉州·期中)已知直角坐标系中,,满足的点的轨迹为,则下列结论正确的是( )
A.上的点到直线的最小距离为
B.若点在上,则的最小值是
C.若点在上,则的最小值是
D.圆与有且只有两条公切线,则的取值范围是
【答案】ABD
【分析】设,由条件可求得轨迹为是为圆心,半径的圆,对于A,求出到直线的距离,可知为所求;对于B,令,求出到直线的距离,由求解即可;对于C,令,求出到直线的距离,由求解即可;对于D,记圆,由条件可知两圆相交,所以,求解即可.
【详解】设,又,,且,
,
化简得:,,
轨迹为是为圆心,半径的圆,
对于A,到直线的距离为,
所以上的点到直线的最小距离为,故A正确;
对于B,令,即,
到直线的距离为,
由题意,即,解得,
的最小值是,故B正确;
对于C,令,即,
到直线的距离为,
由题意,即,解得,
的最小值是,故C错误;
对于D,记圆,其圆心为,半径为,
圆与有且只有两条公切线,两圆相交,
所以,即,解得,故D正确.
故选:ABD.
三、填空题
6.(24-25高二上·山东泰安·期中)已知,,点C,D满足,,则D点的轨迹方程为 .
【答案】
【分析】根据题意设的坐标,利用平面向量线性运算与模的坐标表示,结合求轨迹的相关点法即可得解.
【详解】依题意,设,又,,
则,,,
因为,所以,
则,故,
因为,所以,
所以,则,
所以D点的轨迹方程为.
故答案为:.
7.(23-24高二上·海南三亚·期中)已知点,,若直线:上存在点,使得,则实数的取值范围为 .
【答案】
【分析】由点到的轨迹为圆,问题转换成直线与圆有交点即可求解;
【详解】解:设点,
点,,,
,整理得,即点在圆 上,
又直线上存在点使得,
圆与直线有公共点,
圆心到直线的距离,解得,
即.
故答案为:
四、解答题
8.(24-25高二上·广东深圳·期中)已知圆的圆心为直线与直线的交点,且圆过点A.
(1)求圆的标准方程;
(2)若为圆上任意一点,,点满足,求点的轨迹方程.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)先求得两条直线的交点坐标,也即求得圆心,进而求得圆的半径,可求圆的方程;
(2)设,根据向量共线列方程,然后利用代入法求得点的轨迹方程.
【详解】(1)由,解得,则圆心为
,
圆的标准方程为
(2)设.由,可得,
则,
又点在圆上,所以,即,
化简得,
点的轨迹方程为.
9.(24-25高二上·湖南长沙·期末)已知长为2的线段的两个端点和分别在x轴和y轴上滑动,线段的中点的轨迹为曲线C,
(1)求曲线C的轨迹方程;
(2)若是直线上的动点,过点向曲线C引两条切线,切点分别为、,求四边形的面积的最小值.
【答案】(1)
(2)1
【分析】(1)利用两点间距离公式及中点坐标公式列式化简即得.
(2)利用切线长定理,结合面积公式列出函数关系,进而求出最小值.
【详解】(1)设,,由,得,设的中点为,
依题意,,则,即;
所以所求曲线C的方程为.
(2)由、为圆的两条切线,得,,
则四边形的面积,
设,,则,
所以四边形的面积的最小值为1.
10.(24-25高二上·湖北武汉·期末)已知线段AB的端点B的坐标是,端点A在圆上运动.
(1)求线段AB的中点P的轨迹的方程;
(2)设圆与曲线的交点为M、N,求线段MN的长.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)根据题意,分别设出点与点的坐标,由中点坐标公式结合圆的方程,代入计算,即可得到结果;
(2)根据题意,先得到两圆的公共弦方程,再由弦长公式代入计算,即可得到结果.
【详解】(1)设点P的坐标为,点A的坐标为,
由于点B的坐标为,且点P是线段AB的中点,所以,,
于是有①,
因为点A在圆上运动,即:②,
把①代入②,得,整理,得,
所以点P的轨迹的方程为.
(2)将圆与圆的方程相减得: ,
由圆的圆心为,半径为1,
且到直线的距离,
则.
11.(24-25高二上·湖北武汉·期末)已知线段AB的端点B的坐标是,端点A在圆上运动.
(1)求线段AB的中点P的轨迹的方程;
(2)设圆与曲线的交点为M、N,求线段MN的长.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)根据题意,分别设出点与点的坐标,由中点坐标公式结合圆的方程,代入计算,即可得到结果;
(2)根据题意,先得到两圆的公共弦方程,再由弦长公式代入计算,即可得到结果.
【详解】(1)设点P的坐标为,点A的坐标为,
由于点B的坐标为,且点P是线段AB的中点,所以,,
于是有①,
因为点A在圆上运动,即:②,
把①代入②,得,整理,得,
所以点P的轨迹的方程为.
(2)将圆与圆的方程相减得: ,
由圆的圆心为,半径为1,
且到直线的距离,
则.
12.(24-25高二上·江苏苏州·期末)已知圆,直线l过点.
(1)当直线l与圆C相切时,求直线l的方程;
(2)设线段AB的端点B在圆C上运动,求线段AB的中点M的轨迹方程.
【答案】(1)或
(2)
【分析】(1)分直线斜率是否存在两种情况讨论可求切线的方程;
(2)设点,可得,利用点B在圆C上运动,可求点M的轨迹方程.
【详解】(1)已知圆C的圆心是,半径是2,
当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为,符合题意;
当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为,即,
则圆心O到直线l的距离为=2,解得,故直线l的方程为.
综上,直线l的方程为或.
(2)设点,则由点M是线段AB的中点得,所以①,
因为点B在圆C上运动,所以②,将①代入②得,
化简得点M的轨迹方程是.
13.(24-25高二上·四川凉山·期末)平面内一动点到点与的距离之比为.
(1)求动点的轨迹方程;
(2)斜率为1的直线与曲线交于、两点,且,求直线的方程.
【答案】(1)
(2)
【知识点】轨迹问题——圆、已知圆的弦长求方程或参数
【分析】(1)设动点,根据结合两点间距离公式运算求解;
(2)设直线,根据垂径定理可得圆心到直线的距离,列式求解即可.
【详解】(1)设动点,
因为,则,
整理可得,
所以动点的轨迹方程为.
(2)由(1)可知:曲线是以圆心为,半径的圆,
设直线,即,
由题意可得:圆心到直线的距离,
则,解得,
所以直线的方程为.
14.(24-25高二上·山东德州·阶段练习)平面内到两个定点、的距离之比为定值的点所形成的图形是圆.后来,人们将这个圆以他的名字命名,称为阿波罗尼斯圆,简称阿氏圆.已知在平面直角坐标系中,,点满足.
(1)求点的轨迹方程;
(2)求过点且与圆相切的直线的方程.
【答案】(1)
(2)或
【知识点】轨迹问题——圆、过圆外一点的圆的切线方程
【分析】(1)设,结合题意,利用两点间距离公式计算并化简即可得;
(2)由(1)可得该圆方程,即可得该圆圆心及其半径,再结合切线性质计算即可得.
【详解】(1)设,则,
化简得,,即.
(2)由圆为,则其圆心为,半径为,
由点到的距离为,故是该圆切线;
若直线斜率存在,设直线为,即,
圆心到直线的距离,
解得,则直线为,
综上,切线为或.
15.(24-25高二上·重庆·阶段练习)古希腊数学家阿波罗尼斯证明过这样一个命题:平面内到两定点距离之比为常数(且)的点的轨迹是圆.后人将这个圆称为阿波罗尼斯圆.在平面直角坐标系中,,动点满足,设动点的轨迹为曲线.
(1)求曲线的轨迹方程;
(2)若直线与曲线交于两点,求.
【答案】(1)
(2)
【分析】(1)设,由题意,利用两点间的距离公式即可求解;
(2)先求出圆心到直线的距离,然后根据弦长公式即可求解.
【详解】(1)设,因为,满足,即,
即,整理得,
所以曲线的轨迹方程为.
(2)圆心到直线的距离,
所以.
16.(24-25高二下·上海浦东新·期中)过圆外一点任意作一条割线交圆于、两点.
(1)若割线的方程为,求的值;
(2)求弦的中点的轨迹.
【答案】(1)
(2)答案见解析
【分析】(1)求出圆心到直线的距离,利用勾股定理可求得的值;
(2)设点,由化简可得出点的轨迹方程,结合实际条件可得出点的轨迹.
【详解】(1)圆的圆心为原点,半径为,
圆心到直线的距离为,所以.
(2)设点,当直线不过原点时,连接,则,
且,,
由题意可得,化简得,
当直线过原点时,点与点重合,此时点的坐标也满足方程,
所以点的轨迹是点为圆心,半径为,且位于圆内的一段弧.
17.(24-25高二上·安徽淮南·期中)已知动点与两个定点,的距离的比为,动点的轨迹为曲线.
(1)求的轨迹方程,并说明其形状;
(2)过直线上的动点分别作的两条切线,(、为切点),,交于点.
(i)证明:直线过定点,并求该定点坐标;
(ii)是否存在点,使的面积最大?若存在,求出点坐标;若不存在,请说明理由.
【答案】(1),曲线是以为圆心,2为半径的圆
(2)(i)证明见解析,;(ii)存在,
【分析】(1)根据已知条件列方程,化简求得轨迹的方程;(2)(i)先判断出点、在以为直径的圆上,然后根据两个圆的位置关系来证得结论成立;(ii)求得的面积的表达式,进而求得的面积最大值以及此时点的坐标.
【详解】(1)设,由题意得,化简整理得①,
故曲线是以为圆心,2为半径的圆;
(2)如图:
(i)证明:因为,,所以点、在以为直径的圆上,
可求得圆的方程为②,
所以直线为圆与圆的公共弦所在的直线,
由,整理得,即直线的方程为,
故直线恒过定点;
(ii)当时,点、重合,
当时,因为,点、在直线上,所以,
综上,点在以为直径的圆上,圆方程为,
因为,又,
所以当时,的面积最大,此时,
又由,,三点共线,得,即,,
所以存在点,使的面积最大,此时点坐标为.
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专题02 与圆有关的轨迹问题
题型梳理
题型方法
题型一 直接法求轨迹问题
题型二 定义法求轨迹问题
题型三 相关点法求轨迹问题
题型方法
【题型一】直接法求轨迹问题
【例1】(24-25高二下·陕西西安·期末)已知,,平面内一动点满足,设动点的轨迹为.求的方程;
【举一反三】【变式1】(24-25高二上·广东佛山·期中)已知动点到点和点的距离的平方和为定值6,那么点的轨迹方程为 .
【变式2】(24-25高二上·安徽阜阳·期中)已知两个定点、,动点满足,设动点的轨迹为曲线,求曲线的方程;
【变式3】(24-25高二上·江西上饶·期末)已知,动点满足.求动点的轨迹的方程;
【题型二】定义法求轨迹问题
【例2】7.(24-25高二下·安徽·开学考试)在平面直角坐标系中,已知圆的方程为,点为圆上一点.若点为的中点,求动点的轨迹的方程;
【举一反三】【变式1】(24-25高二下·河南周口·阶段练习)已知直线与圆交于两点,设弦的中点为,为坐标原点,则的取值范围为( )
A. B.
C. D.
【变式2】(24-25高二上·湖南永州·阶段练习)已知圆过点,圆心在直线上,截轴弦长为.
(1)求圆的方程;
(2)若圆半径小于,点在该圆上运动,点,记为过、两点的弦的中点,求的轨迹方程;
【题型三】相关点法求轨迹问题
【例3】(24-25高二上·山西·阶段练习)已知线段的端点B的坐标是,端点A在圆上运动,M是线段的中点,且直线l过定点.求点M的轨迹方程;
【举一反三】【变式1】(24-25高二上·河北沧州·期末)已知圆,点为圆上一动点,点,线段的中点为,点的轨迹为曲线.求曲线的方程;
【变式2】(24-25高二上·山西长治·阶段练习)已知圆经过点,,且圆恒被直线平分.
(1)求圆的一般方程:
(2)设,是圆上的动点,求线段的中点的轨迹方程,并说明表示何曲线?
【变式3】(24-25高二上·四川绵阳·期中)已知圆,直线过点
(1)当直线与圆相切时,求直线的方程;
(2)线段的端点在圆上运动,求线段的中点的轨迹方程.
好题必刷
一、单选题
1.(24-25高二上·安徽·期末)已知点,,点满足,同时满足,则点到轴的距离为( )
A. B. C.1 D.
2.(24-25高二上·安徽·阶段练习)已知圆是圆上的动点,且是线段的中点,则当取得最大值时,( )
A. B. C. D.
3.(24-25高二上·云南保山·期末)古希腊著名数学家阿波罗尼斯发现:平面内到两个定点的距离之比为常数(且)的点的轨迹是圆,此圆称为“阿波罗尼斯圆”,简称“阿氏圆”.已知在平面直角坐标系中,,,动点满足,则的最小值为( )
A. B.6 C. D.9
4.(2025高三·全国·专题练习)在平面直角坐标系xOy中,,若对任意实数k,直线上总存在点M使得,则b的取值范围是( )
A. B.
C. D.
二、多选题
5.(24-25高二上·福建泉州·期中)已知直角坐标系中,,满足的点的轨迹为,则下列结论正确的是( )
A.上的点到直线的最小距离为
B.若点在上,则的最小值是
C.若点在上,则的最小值是
D.圆与有且只有两条公切线,则的取值范围是
三、填空题
6.(24-25高二上·山东泰安·期中)已知,,点C,D满足,,则D点的轨迹方程为 .
7.(23-24高二上·海南三亚·期中)已知点,,若直线:上存在点,使得,则实数的取值范围为 .
四、解答题
8.(24-25高二上·广东深圳·期中)已知圆的圆心为直线与直线的交点,且圆过点A.
(1)求圆的标准方程;
(2)若为圆上任意一点,,点满足,求点的轨迹方程.
9.(24-25高二上·湖南长沙·期末)已知长为2的线段的两个端点和分别在x轴和y轴上滑动,线段的中点的轨迹为曲线C,
(1)求曲线C的轨迹方程;
(2)若是直线上的动点,过点向曲线C引两条切线,切点分别为、,求四边形的面积的最小值.
10.(24-25高二上·湖北武汉·期末)已知线段AB的端点B的坐标是,端点A在圆上运动.
(1)求线段AB的中点P的轨迹的方程;
(2)设圆与曲线的交点为M、N,求线段MN的长.
11.(24-25高二上·湖北武汉·期末)已知线段AB的端点B的坐标是,端点A在圆上运动.
(1)求线段AB的中点P的轨迹的方程;
(2)设圆与曲线的交点为M、N,求线段MN的长.
12.(24-25高二上·江苏苏州·期末)已知圆,直线l过点.
(1)当直线l与圆C相切时,求直线l的方程;
(2)设线段AB的端点B在圆C上运动,求线段AB的中点M的轨迹方程.
13.(24-25高二上·四川凉山·期末)平面内一动点到点与的距离之比为.
(1)求动点的轨迹方程;
(2)斜率为1的直线与曲线交于、两点,且,求直线的方程.
14.(24-25高二上·山东德州·阶段练习)平面内到两个定点、的距离之比为定值的点所形成的图形是圆.后来,人们将这个圆以他的名字命名,称为阿波罗尼斯圆,简称阿氏圆.已知在平面直角坐标系中,,点满足.
(1)求点的轨迹方程;
(2)求过点且与圆相切的直线的方程.
15.(24-25高二上·重庆·阶段练习)古希腊数学家阿波罗尼斯证明过这样一个命题:平面内到两定点距离之比为常数(且)的点的轨迹是圆.后人将这个圆称为阿波罗尼斯圆.在平面直角坐标系中,,动点满足,设动点的轨迹为曲线.
(1)求曲线的轨迹方程;
(2)若直线与曲线交于两点,求.
16.(24-25高二下·上海浦东新·期中)过圆外一点任意作一条割线交圆于、两点.
(1)若割线的方程为,求的值;
(2)求弦的中点的轨迹.
17.(24-25高二上·安徽淮南·期中)已知动点与两个定点,的距离的比为,动点的轨迹为曲线.
(1)求的轨迹方程,并说明其形状;
(2)过直线上的动点分别作的两条切线,(、为切点),,交于点.
(i)证明:直线过定点,并求该定点坐标;
(ii)是否存在点,使的面积最大?若存在,求出点坐标;若不存在,请说明理由.
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