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17解析几何★★★★☆
如图,已知椭圆的中心在坐标原点,焦点 F1F_{1},F2F_{2} 在 xx 轴上,长轴 A1A2A_{1}A_{2} 的长为 44,左准线 ll 与 xx 轴的交点为 MM,∣MA1∣:∣A1F1∣=2:1|MA_{1}|: |A_{1}F_{1}| = 2:1.
(1) 求椭圆的方程; (2) 若直线 l1:x=ml_{1}: x = m(∣m∣>1|m| > 1),PP 为 l1l_{1} 上的动点,使 ∠F1PF2\angle F_{1}PF_{2} 最大的点 PP 记为 QQ,求点 QQ 的坐标.(用 mm 表示)
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设椭圆的长半轴为 aa,半焦距为 cc. 由长轴长为 44,得 a=2a=2. 左顶点为 A1=(−2,0)A_1=(-2,0),左焦点为 F1=(−c,0)F_1=(-c,0),左准线为 x=−a2c=−4cx=-\frac{a^2}{c}=-\frac4c. 因为 MM 在左准线上,且 MM 位于 A1A_1 左侧,所以 ∣MA1∣=4c−2|MA_1|=\frac4c-2,∣A1F1∣=2−c|A_1F_1|=2-c. 由比例条件
4c−2=2(2−c)\frac4c-2=2(2-c)
得 2c2−6c+4=02c^2-6c+4=0,⟹\Longrightarrow,(c−1)(c−2)=0(c-1)(c-2)=0. 因椭圆要求 0<c<a=20<c<a=2,故 c=1c=1. 于是 b2=a2−c2=3b^2=a^2-c^2=3,椭圆方程为
x24+y23=1\frac{x^2}{4}+\frac{y^2}{3}=1
\item 由上问,F1=(−1,0)F_1=(-1,0),F2=(1,0)F_2=(1,0). 设 P=(m,y)P=(m,y),令 u=∣y∣u=|y|. 从 PP 指向两焦点的两个向量的内积为
(m2−1)+y2=m2+u2−1(m^2-1)+y^2=m^2+u^2-1
其行列式的绝对值为 2u2u. 因为 ∣m∣>1|m|>1,所成角 θ=∠F1PF2\theta=\angle F_1PF_2 为锐角,故
tan⁡θ=2um2+u2−1\tan\theta=\frac{2u}{m^2+u^2-1}
对 u⩾0u\geqslant0 求导,得
(2um2+u2−1)′=2(m2−1−u2)(m2+u2−1)2\left(\frac{2u}{m^2+u^2-1}\right)' =\frac{2(m^2-1-u^2)}{(m^2+u^2-1)^2}
所以当 u=m2−1u=\sqrt{m^2-1} 时该比值取得最大值,角 θ\theta 也取得最大值. 因此
Q(m,±m2−1)Q\left(m,\pm\sqrt{m^2-1}\right)
\end{enumerate} \end{solution}

2005 · 浙江 · 理 · 第 17 题 · 解答题

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