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21解析几何★★★★☆
已知 m>1m > 1,直线 l:x−my−m22=0l: x - my - \frac{m^2}{2} = 0,椭圆 CC:x2m2+y2=1\frac{x^2}{m^2} + y^2 = 1,F1F_1,F2F_2 分别为椭圆 CC 的左、右焦点.
(1) 当直线 ll 过右焦点 F2F_2 时,求直线 ll 的方程; (2) 设直线 ll 与椭圆 CC 交于 AA,BB 两点,△AF1F2\triangle AF_1F_2,△BF1F2\triangle BF_1F_2 的重心分别为 GG,HH. 若原点 OO 在以线段 GHGH 为直径的圆内,求实数 mm 的取值范围.
\begin{solution} 椭圆的焦点为 F1=(−m2−1,0)F_1=(-\sqrt{m^2-1},0),F2=(m2−1,0)F_2=(\sqrt{m^2-1},0).
\begin{enumerate} \item 直线经过 F2F_2,所以
m2−1−m22=0\sqrt{m^2-1}-\frac{m^2}{2}=0
令 t=m2t=m^2,则 t>1t>1,且 t−1=t2\sqrt{t-1}=\frac t2. 平方得 t−1=t24t-1=\frac{t^2}{4},(t−2)2=0(t-2)^2=0. 所以 m=2m=\sqrt2,直线方程为
l:x−2y−1=0l:x-\sqrt2y-1=0
\item 设 A=(x1,y1)A=(x_1,y_1),B=(x2,y2)B=(x_2,y_2). 由直线方程
x=my+m22x=my+\frac{m^2}{2}
代入椭圆方程,得
2y2+my+m24−1=02y^2+my+\frac{m^2}{4}-1=0
因此 y1+y2=−m2y_1+y_2=-\frac m2,y1y2=m28−12y_1y_2=\frac{m^2}{8}-\frac12. 由于 F1F_1,F2F_2 的中点为原点,两个三角形的重心分别为 G=(x13,y13)G=\left(\frac{x_1}{3},\frac{y_1}{3}\right),H=(x23,y23)H=\left(\frac{x_2}{3},\frac{y_2}{3}\right). 原点在以 GHGH 为直径的圆内,当且仅当
OG→⋅OH→<0\overrightarrow{OG}\cdot\overrightarrow{OH}<0
即
x1x2+y1y2<0x_1x_2+y_1y_2<0
利用 xi=myi+m22x_i=my_i+\frac{m^2}{2},有
x1x2+y1y2=(m2+1)y1y2+m32(y1+y2)+m44=(m2+1)(m28−12)−m44+m44=(m2+1)(m2−4)8.\begin{aligned} x_1x_2+y_1y_2 &=(m^2+1)y_1y_2+\frac{m^3}{2}(y_1+y_2)+\frac{m^4}{4}\\ &=(m^2+1)\left(\frac{m^2}{8}-\frac12\right)-\frac{m^4}{4}+\frac{m^4}{4}\\ &=\frac{(m^2+1)(m^2-4)}8. \end{aligned}
因 m2+1>0m^2+1>0,上式小于零等价于 m2<4m^2<4. 结合 m>1m>1,得
1<m<21<m<2
此时交点确为两个不同点,因为二次方程判别式 8−m2>08-m^2>0. \end{enumerate} \end{solution}

2010 · 浙江 · 理 · 第 21 题 · 解答题

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