Let the mid point of the chords be ( x 1 , y 1 ) \left({x}_{1}, {y}_{1}\right) ( x 1 , y 1 ) .
The given equation of circle is x 2 + ( y − 1 ) 2 = 1 {x}^{2} + {\left(y - 1\right)}^{2} = 1 x 2 + ( y − 1 ) 2 = 1 .
⇒ x 2 + y 2 − 2 y = 0 ⇒ {x}^{2} + {y}^{2} - 2y = 0 ⇒ x 2 + y 2 − 2 y = 0
⇒ x x 1 + y y 1 − ( y + y 1 ) = x 1 2 + y 1 2 − 2 y 1 ⇒ x{x}_{1} + y{y}_{1} - \left(y + {y}_{1}\right) = {{x}_{1}}^{2} + {{y}_{1}}^{2} - 2{y}_{1} ⇒ x x 1 + y y 1 − ( y + y 1 ) = x 1 2 + y 1 2 − 2 y 1
This locus passes through the origin,
⇒ 0 + 0 − ( 0 + y 1 ) = x 1 2 + y 1 2 − 2 y 1 ⇒ 0 + 0 - \left(0 + {y}_{1}\right) = {{x}_{1}}^{2} + {{y}_{1}}^{2} - 2{y}_{1} ⇒ 0 + 0 − ( 0 + y 1 ) = x 1 2 + y 1 2 − 2 y 1
⇒ − y 1 = x 1 2 + y 1 2 − 2 y 1 ⇒ - {y}_{1} = {{x}_{1}}^{2} + {{y}_{1}}^{2} - 2{y}_{1} ⇒ − y 1 = x 1 2 + y 1 2 − 2 y 1
⇒ x 1 2 + y 1 2 − y 1 = 0 ⇒ {{x}_{1}}^{2} + {{y}_{1}}^{2} - {y}_{1} = 0 ⇒ x 1 2 + y 1 2 − y 1 = 0
So, the locus is x 2 + y 2 − y = 0 {x}^{2} + {y}^{2} - y = 0 x 2 + y 2 − y = 0
It intersects with the line x + y = 1 x + y = 1 x + y = 1 .
⇒ ( 1 − y ) 2 + y 2 − y = 0 ⇒ {\left(1 - y\right)}^{2} + {y}^{2} - y = 0 ⇒ ( 1 − y ) 2 + y 2 − y = 0
⇒ 1 + y 2 − 2 y + y 2 − y = 0 ⇒ 1 + {y}^{2} - 2y + {y}^{2} - y = 0 ⇒ 1 + y 2 − 2 y + y 2 − y = 0
⇒ 2 y 2 − 2 y − y + 1 = 0 ⇒ 2{y}^{2} - 2y - y + 1 = 0 ⇒ 2 y 2 − 2 y − y + 1 = 0
⇒ 2 y ( y − 1 ) − ( y − 1 ) = 0 ⇒ 2y\left(y - 1\right) - \left(y - 1\right) = 0 ⇒ 2 y ( y − 1 ) − ( y − 1 ) = 0
⇒ ( 2 y − 1 ) ( y − 1 ) = 0 ⇒ \left(2y - 1\right)\left(y - 1\right) = 0 ⇒ ( 2 y − 1 ) ( y − 1 ) = 0
⇒ y = 1 , 1 2 ⇒ y = 1, \dfrac{1}{2} ⇒ y = 1 , 2 1
⇒ P ≡ ( 0 , 1 ) and Q ( 1 2 , 1 2 ) ⇒ P ≡ \left(0, 1\right)\text{and}Q\left(\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{2}\right) ⇒ P ≡ ( 0 , 1 ) and Q ( 2 1 , 2 1 )
⇒ P Q = ( 0 − 1 2 ) 2 + ( 1 − 1 2 ) 2 ⇒ PQ = \sqrt{{\left(0 - \dfrac{1}{2}\right)}^{2} + {\left(1 - \dfrac{1}{2}\right)}^{2}} ⇒ PQ = ( 0 − 2 1 ) 2 + ( 1 − 2 1 ) 2
⇒ P Q = 1 4 + 1 4 ⇒ PQ = \sqrt{\dfrac{1}{4} + \dfrac{1}{4}} ⇒ PQ = 4 1 + 4 1
⇒ P Q = 1 2 ⇒ PQ = \dfrac{1}{\sqrt{2}} ⇒ PQ = 2 1