在平面直角坐标系
xOy 中,点
P(a,b)(
a>b>0)为动点,
F1,
F2 分别为椭圆
a2x2+b2y2=1 的左、右焦点. 已知
△F1PF2 为等腰三角形.
(1) 求椭圆的离心率
e;
(2) 设直线
PF2 与椭圆相交于
A,
B 两点,
M 是直线
PF2 上的点,满足
AM⋅BM=−2,求点
M 的轨迹方程.
\begin{solution}
设椭圆焦距的一半为
c,则
c2=a2−b2,
e=ac,
F1=(−c,0),
F2=(c,0).
由于
P=(a,b),且
b2=a2−c2,有
PF12=(a+c)2+b2=2a(a+c)
PF22=(a−c)2+b2=2a(a−c)
从而
PF1>PF2. 又
F1F2=2c.
\begin{enumerate}
\item 三角形等腰时,若
PF1=F1F2,则
2a(a+c)=4c2⟺2e2−e−1=0
其根为
e=1 或
e=−21,均不满足
0<e<1. 因而只能有
PF2=F1F2,即
2a(a−c)=4c2⟺2e2+e−1=0
由
0<e<1,得
e=21. 所以
a=2c,
b=3c.
\item 此时椭圆方程为
4c2x2+3c2y2=1
且直线
PF2 经过
F2=(c,0) 和
P=(2c,3c),故
PF2: y=3(x−c)
将直线上的点参数化为
X(t)=(c+t,3t)
代入椭圆方程,交点参数
t1,
t2 满足
5t2+2ct−3c2=0
因此
t1+t2=−52c,
t1t2=−53c2.
设
M=X(m). 直线方向向量为
(1,3),其模的平方为
4,所以
AM⋅BM=4(m−t1)(m−t2)=−2
整理得
20m2+8cm−12c2+10=0
又
m=3y,且
c=x−3y. 代入并化简,得到
18x2−163xy−15=0
还需确定范围. 将上式与
c=x−3y 联立,可得
c=16x5(2x2+1)
由于
c>0,必有
x>0. 所以点
M 的轨迹方程为
18x2−163xy−15=0,
x>0.
\end{enumerate}
\end{solution}