题目内容

设A(x1,y1),B(x2,y2)是椭圆
x2
b2
+
y2
a2
=1
,(a>b>0)上的两点,已知向量
m
=(
x1
b
y1
a
),
n
=(
x2
b
y2
a
),且
m
n
=0
,若椭圆的离心率e=
3
2
,短轴长为2,O为坐标原点:
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)若直线AB过椭圆的焦点F(0,c),(c为半焦距),求直线AB的斜率k的值;
(Ⅲ)试问:△AOB的面积是否为定值?如果是,请给予证明;如果不是,请说明理由.
(Ⅰ)2b=2.b=1,e=
c
a
=
a2-b2
a
=
3
2
?a=2,c=
3

椭圆的方程为
y2
4
+x2=1

(Ⅱ)由题意,设AB的方程为y=kx+
3
y=kx+
3
y2
4
+x2=1
?(k2+4)x2+2
3
kx-1=0

x1+x2=
-2
3
k
k2+4
x1x2=
-1
k2+4

由已知
m
n
=0得:
x1x2
b2
+
y1y2
a2
=x1x2+
1
4
(kx1+
3
)(kx2+
3
)

=(1+
k2
4
)x1x2+
3
k
4
(x1+x2)+
3
4

k2+4
4
(-
1
k2+4
)+
3
k
4
-2
3
k
k2+4
+
3
4
=0
,解得k=±
2

(Ⅲ)(1)当直线AB斜率不存时,即x1=x2,y1=-y2
m
n
=0,则x12-
y12
4
=0?y12=4x12

又A(x1,y1)在椭圆上,所以x12+
4x12
4
=1?|x1|=
2
2
,|y1|=
2

S=
1
2
|x1||y1-y2|=
1
2
|x1|2|y1|=1

所以三角形的面积为定值
(2)当直线AB斜率存在时,设AB的方程为y=kx+b
y=kx+b
y2
4
+x2=1
?(k2+4)x2+2kbx+b2-4=0

得到x1+x2=
-2kb
k2+4
x1x2=
b2-4
k2+4

x1x2+
y1y2
4
=0?x1x2+
(kx1+b)(kx2+b)
4
=0
代入整理得:
2b2-k2=4
S=
1
2
|b|
1+k2
|AB|=
1
2
|b|
(x1+x2)2-4x1x2
=
|b|
4k2-4b2+16
k2+4
=
4b2
2|b|
=1

所以三角形的面积为定值
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