已知椭圆
a2x2+b2y2=1 (
a>b>0)经过点
(0,3),离心率为
21,左右焦点分别为
F1(−c,0),
F2(c,0).
(1) 求椭圆的方程.
(2) 若直线
l:y=−21x+m 与椭圆交于
A,
B 两点,与以
F1F2 为直径的圆交于
C,
D 两点,且满足
∣CD∣∣AB∣=453,求直线
l 的方程.
\begin{solution}
\begin{enumerate}
\item 因为椭圆经过
(0,3),所以
b23=1,即
b2=3. 又离心率
e=ac=21,且
c2=a2−b2,故
4a2=a2−3,即
a2=4.
因此椭圆方程为
4x2+3y2=1
\item 以
y=−21x+m 代入椭圆方程,得
4x2+3(−21x+m)2=1
即
x2−mx+m2−3=0
设两交点的横坐标为
x1,
x2,则
x1+x2=m,
x1x2=m2−3,
(x1−x2)2=3(4−m2).
所以弦
AB 的长度为
∣AB∣=1+(−21)2∣x1−x2∣=2154−m2
由
c2=a2−b2=1,以
F1F2 为直径的圆为
x2+y2=1. 直线
l 到原点的距离为
d=52∣m∣,故弦
CD 的长度为
∣CD∣=21−d2=525−4m2
由题设,
∣CD∣∣AB∣=4535−4m24−m2=453
由于
A、
B 和
C、
D 均为两个交点,需有
4−m2>0 且
5−4m2>0. 从而
4−m2=5−4m2,即
m2=31,所得两个值均满足上述相交条件,故
m=±33
所求直线为
y=−21x+33 或
y=−21x−33.
\end{enumerate}
\end{solution}