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19解析几何★★★★☆
已知椭圆 C:x2a2+y2b2=1C: \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1 (a>b>0a > b > 0)的一个顶点为 A(2,0)A(2, 0),离心率为 22\frac{\sqrt{2}}{2},直线 y=k(x−1)y = k(x - 1) 与椭圆 CC 交于不同的两点 MM,NN.
(1) 求椭圆 CC 的方程; (2) 当 △AMN\triangle AMN 的面积为 103\frac{\sqrt{10}}{3} 时,求 kk 的值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 由于 A(2,0)A(2,0) 是长轴顶点,所以 a=2a=2. 设焦半距为 cc,由离心率 e=ca=22e=\frac{c}{a}=\frac{\sqrt{2}}{2} 得 c=2c=\sqrt{2}. 再由 b2=a2−c2b^2=a^2-c^2,得 b2=4−2=2b^2=4-2=2. 所以椭圆方程为 x24+y22=1\frac{x^2}{4}+\frac{y^2}{2}=1.
\item 令 M(x1,y1)M(x_1,y_1),N(x2,y2)N(x_2,y_2). 将 y=k(x−1)y=k(x-1) 代入椭圆方程,得到
(1+2k2)x2−4k2x+2k2−4=0(1+2k^2)x^2-4k^2x+2k^2-4=0
因此
∣x1−x2∣=(−4k2)2−4(1+2k2)(2k2−4)1+2k2=26k2+41+2k2|x_1-x_2|=\frac{\sqrt{(-4k^2)^2-4(1+2k^2)(2k^2-4)}}{1+2k^2} =\frac{2\sqrt{6k^2+4}}{1+2k^2}
线段 MNMN 在直线 y=k(x−1)y=k(x-1) 上,所以 ∣MN∣=∣x1−x2∣1+k2|MN|=|x_1-x_2|\sqrt{1+k^2}. 点 A(2,0)A(2,0) 到该直线的距离为 ∣2k−k∣1+k2=∣k∣1+k2\dfrac{|2k-k|}{\sqrt{1+k^2}}=\dfrac{|k|}{\sqrt{1+k^2}}. 从而
[△AMN]=12∣MN∣⋅∣k∣1+k2=∣k∣6k2+41+2k2[\triangle AMN]=\frac{1}{2}|MN|\cdot\frac{|k|}{\sqrt{1+k^2}} =\frac{|k|\sqrt{6k^2+4}}{1+2k^2}
令 u=k2u=k^2,由题设面积得
u(6u+4)(1+2u)2=109\frac{u(6u+4)}{(1+2u)^2}=\frac{10}{9}
即 7u2−2u−5=07u^2-2u-5=0. 因而 u=1u=1 或 u=−57u=-\frac{5}{7}. 因为 u=k2⩾0u=k^2\geqslant0,所以 u=1u=1,故 k=±1k=\pm1. \end{enumerate} \end{solution}

2012 · 北京 · 文 · 第 19 题 · 解答题

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19解析几何★★★★☆
已知椭圆 G:x24+y2=1G: \frac{x^2}{4} + y^2 = 1. 过点 (m,0)(m, 0) 作圆 x2+y2=1x^2 + y^2 = 1 的切线 ll,交椭圆 GG 于 AA,BB 两点.
(1) 求椭圆 GG 的焦点坐标和离心率; (2) 将 ∣AB∣\left|AB\right| 表示为 mm 的函数,并求 ∣AB∣\left|AB\right| 的最大值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 椭圆的标准方程为 x2a2+y2b2=1\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1,所以 a=2a=2,b=1b=1. 由 c2=a2−b2=3c^2=a^2-b^2=3,得 c=3c=\sqrt3. 因此焦点为 (−3,0)(-\sqrt3,0)、(3,0)(\sqrt3,0),离心率为 e=ca=32e=\dfrac ca=\dfrac{\sqrt3}{2}. \item 过 (m,0)(m,0) 的圆 x2+y2=1x^2+y^2=1 的切线存在的条件是 ∣m∣⩾1|m|\geqslant1. 先处理边界情形:当 m=1m=1 时,切线为 x=1x=1,与椭圆的交点为 (1,32)\left(1,\dfrac{\sqrt3}{2}\right)、(1,−32)\left(1,-\dfrac{\sqrt3}{2}\right),所以 ∣AB∣=3|AB|=\sqrt3;当 m=−1m=-1 时,切线为 x=−1x=-1,与椭圆的交点为 (−1,32)\left(-1,\dfrac{\sqrt3}{2}\right)、(−1,−32)\left(-1,-\dfrac{\sqrt3}{2}\right),所以 ∣AB∣=3|AB|=\sqrt3.
当 ∣m∣>1|m|>1 时,设切线写成 x+λy=mx+\lambda y=m,则其到原点的距离为 11,故 1+λ2=m21+\lambda^2=m^2. 代入椭圆方程,令 x=m−λyx=m-\lambda y,得 (λ2+4)y2−2mλy+m2−4=0(\lambda^2+4)y^2-2m\lambda y+m^2-4=0. 该方程关于 yy 的判别式为 Δ=4m2λ2−4(λ2+4)(m2−4)=48\Delta=4m^2\lambda^2-4(\lambda^2+4)(m^2-4)=48,所以两交点的纵坐标之差为 43λ2+4=43m2+3\dfrac{4\sqrt3}{\lambda^2+4}=\dfrac{4\sqrt3}{m^2+3}. 又直线方向向量可取 (λ,−1)(\lambda,-1),其长度为 1+λ2=∣m∣\sqrt{1+\lambda^2}=|m|,故 ∣AB∣=43∣m∣m2+3\displaystyle\left|AB\right|=\frac{4\sqrt{3}\left|m\right|}{m^2+3}.
结合 m=±1m=\pm1 时的结果,∣AB∣=43∣m∣m2+3|AB|=\dfrac{4\sqrt3|m|}{m^2+3},其中 m∈(−∞,−1]∪[1,+∞)m\in(-\infty,-1]\cup[1,+\infty). 令 r=∣m∣⩾1r=|m|\geqslant1,则 ∣AB∣=g(r)=43rr2+3|AB|=g(r)=\dfrac{4\sqrt3r}{r^2+3},且 g′(r)=43(3−r2)(r2+3)2g'(r)=\dfrac{4\sqrt3(3-r^2)}{(r^2+3)^2}. 所以 gg 在 [1,3][1,\sqrt3] 上递增,在 [3,+∞)[\sqrt3,+\infty) 上递减,最大值在 r=3r=\sqrt3 处取得,为 g(3)=2g(\sqrt3)=2. \end{enumerate} \end{solution}

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