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19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 4,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) 若点 PP 为 ll 上的动点,求 ∠F1PF2\angle F_1PF_2 的最大值.
\begin{solution} \begin{enumerate} \item 设椭圆的半长轴为 aa,半焦距为 cc,半短轴为 bb,则 2a=42a=4,a2=b2+c2a^2=b^2+c^2,所以 a=2a=2. 左准线方程为 x=−a2c=−4cx=-\frac{a^2}{c}=-\frac{4}{c},故 M(−4c,0)M\left(-\frac{4}{c},0\right),A1(−2,0)A_{1}(-2,0),F1(−c,0)F_{1}(-c,0). 由题意,0<c<20<c<2,且 ∣MA1∣∣A1F1∣=4c−22−c=2\frac{|MA_{1}|}{|A_{1}F_{1}|}=\frac{\frac{4}{c}-2}{2-c}=2. 化简得 2(2−c)c(2−c)=2\frac{2(2-c)}{c(2-c)}=2,所以 c=1c=1. 于是 b2=a2−c2=4−1=3b^2=a^2-c^2=4-1=3,椭圆的方程为 x24+y23=1\frac{x^2}{4}+\frac{y^2}{3}=1.
\item 由第(1)问,F1(−1,0)F_{1}(-1,0),F2(1,0)F_{2}(1,0),且直线 ll 的方程为 x=−4x=-4. 设动点 P(−4,t)P\left(-4,t\right),令 u=∣t∣u=|t|. 此时 PF1→=(3,−t)\overrightarrow{PF_{1}}=(3,-t),PF2→=(5,−t)\overrightarrow{PF_{2}}=(5,-t),两向量的数量积为 t2+15>0t^2+15>0,故 θ=∠F1PF2\theta=\angle F_{1}PF_{2} 为锐角,并且
tan⁡θ=∣3(−t)−(−t)5∣3⋅5+(−t)(−t)=2uu2+15\tan\theta=\frac{\left|3(-t)-(-t)5\right|}{3\cdot5+(-t)(-t)}=\frac{2u}{u^2+15}
由基本不等式 u2+15⩾215 uu^2+15\geqslant2\sqrt{15}\,u,得 tan⁡θ=2uu2+15⩽115\tan\theta=\frac{2u}{u^2+15}\leqslant\frac{1}{\sqrt{15}}. 当且仅当 u=15u=\sqrt{15},即 P(−4,15)P\left(-4,\sqrt{15}\right) 或 P(−4,−15)P\left(-4,-\sqrt{15}\right) 时等号成立. 因为 θ\theta 为锐角,所以其最大值为 arctan⁡115\arctan\frac{1}{\sqrt{15}}. \end{enumerate} \end{solution}

2005 · 浙江 · 文 · 第 19 题 · 解答题

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