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18解析几何★★★★☆
在平面直角坐标系 xOyxOy 中,点 P(a,b)P(a,b)(a>b>0a>b>0)为动点,F1F_{1},F2F_{2} 分别为椭圆 x2a2+y2b2=1\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1 的左、右焦点. 已知 △F1PF2\triangle F_1PF_2 为等腰三角形.
(1) 求椭圆的离心率 ee; (2) 设直线 PF2PF_{2} 与椭圆相交于 AA,BB 两点,MM 是直线 PF2PF_{2} 上的点,满足 AM→⋅BM→=−2\overrightarrow{AM}\cdot\overrightarrow{BM}=-2,求点 MM 的轨迹方程.
\begin{solution} 设椭圆焦距的一半为 cc,则 c2=a2−b2c^2=a^2-b^2,e=cae=\frac ca,F1=(−c,0)F_1=(-c,0),F2=(c,0)F_2=(c,0). 由于 P=(a,b)P=(a,b),且 b2=a2−c2b^2=a^2-c^2,有
PF12=(a+c)2+b2=2a(a+c)PF_1^2=(a+c)^2+b^2=2a(a+c)
PF22=(a−c)2+b2=2a(a−c)PF_2^2=(a-c)^2+b^2=2a(a-c)
从而 PF1>PF2PF_1>PF_2. 又 F1F2=2cF_1F_2=2c.
\begin{enumerate} \item 三角形等腰时,若 PF1=F1F2PF_1=F_1F_2,则
2a(a+c)=4c2⟺2e2−e−1=02a(a+c)=4c^2 \quad\Longleftrightarrow\quad 2e^2-e-1=0
其根为 e=1e=1 或 e=−12e=-\frac{1}{2},均不满足 0<e<10<e<1. 因而只能有 PF2=F1F2PF_2=F_1F_2,即
2a(a−c)=4c2⟺2e2+e−1=02a(a-c)=4c^2 \quad\Longleftrightarrow\quad 2e^2+e-1=0
由 0<e<10<e<1,得 e=12e=\frac{1}{2}. 所以 a=2ca=2c,b=3cb=\sqrt3c.
\item 此时椭圆方程为
x24c2+y23c2=1\frac{x^2}{4c^2}+\frac{y^2}{3c^2}=1
且直线 PF2PF_2 经过 F2=(c,0)F_2=(c,0) 和 P=(2c,3c)P=(2c,\sqrt3c),故
PF2: y=3(x−c)PF_2:\ y=\sqrt3(x-c)
将直线上的点参数化为
X(t)=(c+t,3t)X(t)=(c+t,\sqrt3t)
代入椭圆方程,交点参数 t1t_1,t2t_2 满足
5t2+2ct−3c2=05t^2+2ct-3c^2=0
因此 t1+t2=−2c5t_1+t_2=-\frac{2c}{5},t1t2=−3c25t_1t_2=-\frac{3c^2}{5}. 设 M=X(m)M=X(m). 直线方向向量为 (1,3)(1,\sqrt3),其模的平方为 44,所以
AM→⋅BM→=4(m−t1)(m−t2)=−2\overrightarrow{AM}\cdot\overrightarrow{BM} =4(m-t_1)(m-t_2)=-2
整理得
20m2+8cm−12c2+10=020m^2+8cm-12c^2+10=0
又 m=y3m=\frac{y}{\sqrt3},且 c=x−y3c=x-\frac{y}{\sqrt3}. 代入并化简,得到
18x2−163xy−15=018x^2-16\sqrt3xy-15=0
还需确定范围. 将上式与 c=x−y3c=x-\frac{y}{\sqrt3} 联立,可得
c=5(2x2+1)16xc=\frac{5(2x^2+1)}{16x}
由于 c>0c>0,必有 x>0x>0. 所以点 MM 的轨迹方程为 18x2−163xy−15=018x^2-16\sqrt3xy-15=0,x>0x>0. \end{enumerate} \end{solution}

2011 · 天津 · 理 · 第 18 题 · 解答题

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