题目内容

在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆E:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)
的离心率为
2
2
,左焦点为F,过原点的直线l交椭圆于M,N两点,△FMN面积的最大值为1.
(1)求椭圆E的方程;
(2)设P,A,B是椭圆E上异于顶点的三点,Q(m,n)是单位圆x2+y2=1上任一点,使
OP
=m
OA
+n
OB

①求证:直线OA与OB的斜率之积为定值;
②求OA2+OB2的值.
(1)由椭圆的离心率为
2
2
,得
c
a
=
2
2
①,
又△FMN面积S=
1
2
×c×|yM-yN|=c|yM|≤cb
,所以cb=1②,
由①②及a2=b2+c2可解得:a2=2,b2=c2=1,
故椭圆E的方程是
x2
2
+y2=1

(2)①设P(x,y),A(x1,y1),B(x2,y2),
x21
2
+
y21
=1
③,
x22
2
+
y22
=1
④,
又m2+n2=1⑤,
OP
=m
OA
+n
OB
,故
x=mx1+nx2
y=my1+ny2.

因P在椭圆上,故
(mx1+nx2)2
2
+(my1+ny2)2=1

整理得(
x21
2
+
y21
)m2+(
x22
2
+
y22
)n2+2(
x1x2
2
+y1y2)mn=1

将③④⑤代入上式,并注意点Q(m,n)的任意性,得:
x1x2
2
+y1y2=0

所以,kOAkOB=
y1y2
x1x2
=-
1
2
为定值.
(y1y2)2=(-
x1x2
2
)2=
x21
2
x22
2
=(1-
y21
)(1-
y22
)=1-(
y21
+
y22
)+
y21
y22

y21
+
y22
=1

(
x21
2
+
y21
)+(
x22
2
+
y22
)=2
,故
x21
+
x22
=2
.所以OA2+OB2=
x21
+
y21
+
x22
+
y22
=3.
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