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20解析几何★★★★☆
如图,设椭圆的中心为原点 OO,长轴在 xx 轴上,上顶点为 AA,左,右焦点分别为 F1F_{1},F2F_{2},线段 OF1OF_{1},OF2OF_{2} 的中点分别为 B1B_{1},B2B_{2},且 △AB1B2\triangle AB_{1}B_{2} 是面积为 4 的直角三角形.
(1) 求该椭圆的离心率和标准方程; (2) 过 B1B_{1} 作直线 ll 交椭圆于 PP,QQ 两点,使 PB2⊥QB2PB_{2} \perp QB_{2},求直线 ll 的方程.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设椭圆方程为 x2a2+y2b2=1\frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1,a>b>0a>b>0 焦点为 F1(−c,0)F_{1}(-c,0),F2(c,0)F_{2}(c,0),其中 c2=a2−b2c^{2}=a^{2}-b^{2}. 则 A=(0,b)A=(0,b),B1=(−c2,0)B_{1}=\left(-\frac c2,0\right),B2=(c2,0)B_{2}=\left(\frac c2,0\right) 三角形 AB1B2AB_{1}B_{2} 为等腰三角形,直角只能在顶点 AA,所以
AB1→⋅AB2→=(−c2,−b)⋅(c2,−b)=b2−c24=0\overrightarrow{AB_{1}}\cdot\overrightarrow{AB_{2}} =\left(-\frac c2,-b\right)\cdot\left(\frac c2,-b\right) =b^{2}-\frac{c^{2}}4=0
故 c2=4b2c^{2}=4b^{2},从而 a2=b2+c2=5b2a^{2}=b^{2}+c^{2}=5b^{2}. 又
4=S△AB1B2=12∣B1B2∣⋅∣OA∣=12cb=12⋅2b2=b24=S_{\triangle AB_{1}B_{2}}=\frac12|B_{1}B_{2}|\cdot|OA| =\frac12 cb=\frac12\cdot2b^{2}=b^{2}
所以 b2=4b^{2}=4,c=4c=4,a2=20a^{2}=20. 因而离心率为
e=ca=425=25e=\frac ca=\frac4{2\sqrt5}=\frac2{\sqrt5}
椭圆的标准方程为
x220+y24=1\frac{x^{2}}{20}+\frac{y^{2}}4=1
\item 由上问,B1=(−2,0)B_{1}=(-2,0),B2=(2,0)B_{2}=(2,0). 直线 ll 不能为 xx 轴,否则不满足垂直条件,故设 l:l:,x=my−2x=my-2 将其代入椭圆方程,得 (my−2)220+y24=1\frac{(my-2)^{2}}{20}+\frac{y^{2}}4=1,(m2+5)y2−4my−16=0(m^{2}+5)y^{2}-4my-16=0 设交点 P(x1,y1)P(x_{1},y_{1}),Q(x2,y2)Q(x_{2},y_{2}),则 y1y_{1},y2y_{2} 是上式的两根,所以 y1+y2=4mm2+5y_{1}+y_{2}=\frac{4m}{m^{2}+5},y1y2=−16m2+5y_{1}y_{2}=-\frac{16}{m^{2}+5} 由 xi=myi−2x_{i}=my_{i}-2,有 B2P→=(my1−4,y1)\overrightarrow{B_{2}P}=(my_{1}-4,y_{1}),B2Q→=(my2−4,y2)\overrightarrow{B_{2}Q}=(my_{2}-4,y_{2}) 条件 PB2⊥QB2PB_{2}\perp QB_{2} 等价于
0=B2P→⋅B2Q→=(m2+1)y1y2−4m(y1+y2)+16=16(4−m2)m2+50=\overrightarrow{B_{2}P}\cdot\overrightarrow{B_{2}Q} =(m^{2}+1)y_{1}y_{2}-4m(y_{1}+y_{2})+16 =\frac{16(4-m^{2})}{m^{2}+5}
所以 m=±2m=\pm2. 于是直线 ll 为
x−2y+2=0或x+2y+2=0x-2y+2=0\quad\text{或}\quad x+2y+2=0
\end{enumerate} \end{solution}

2012 · 重庆 · 理 · 第 20 题 · 解答题

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