题目内容

19.已知点P在椭圆C:$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0)上,以P为圆心的圆与x轴相切于椭圆的右焦点F2,且$\overrightarrow{OP}$•$\overrightarrow{O{F}_{2}}$=2,tan∠OPF2=$\sqrt{2}$,其中O为坐标原点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知点M(-1,0),设Q是椭圆C上的一点,过Q、M两点的直线l交y轴于点N,若$\overrightarrow{NQ}$=2$\overrightarrow{QM}$,求直线l的方程;
(3)作直线l1与椭圆D:$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1交于不同的两点S,T,其中S点的坐标为(-2,0),若点G(0,t)是线段ST垂直平分线上一点,且满足$\overrightarrow{GS}$•$\overrightarrow{GT}$=4,求实数t的值.

分析 (1)由题意根据向量数量积坐标运算,即可求得c的值及P点坐标,代入椭圆方程,即可求得椭圆方程;
(2)设直线方程,根据向量数列的坐标运算,即可求得k的值;
(3)设直线l的方程,代入椭圆方程,利用韦达定理及中点坐标公式,求得线段ST的中点坐标,分类讨论,当k=0时,即可求得求得t的值,当k≠0时,根据向量的坐标运算,即可取得t的值.

解答 解:(1)由题意知,在△OPF2中,PF2⊥OF2,由tan∠OPF2=$\sqrt{2}$,得:cos∠POF2=$\frac{\sqrt{6}}{3}$,
设r为圆P的半径,c为椭圆的半焦距,
∵$\overrightarrow{OP}$•$\overrightarrow{O{F}_{2}}$=2,丨$\overrightarrow{OP}$丨•丨$\overrightarrow{O{F}_{2}}$丨cos∠POF2=2,∴$\sqrt{{c}^{2}+{r}^{2}}$•c•$\frac{\sqrt{6}}{3}$=2,
又,tan∠OPF2=$\frac{c}{r}$=$\sqrt{2}$,解得:c=$\sqrt{2}$,r=1,
∴点P的坐标为(±$\sqrt{2}$,1),
∵点P在椭圆C:$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0)上,∴$\frac{2}{{a}^{2}}+\frac{1}{{b}^{2}}=1$,
又a2-b2=c2=2,解得:a2=4,b2=2,
∴椭圆C的方程为$\frac{{x}^{2}}{4}+\frac{{y}^{2}}{2}=1$;
(2)由(1)知椭圆C的方程为$\frac{{x}^{2}}{4}+\frac{{y}^{2}}{2}=1$,
由题意知直线l的斜率存在,故设其斜率为k,
则其方程为y=k(x+1),N(0,k),
设Q(x1,y1),∵$\overrightarrow{NQ}$=2$\overrightarrow{QM}$,
∴(x1,y1-k)=2(-1-x1,-y1),
∴x1=-$\frac{2}{3}$,y1=$\frac{k}{3}$,
又∵Q是椭圆C上的一点,∴$\frac{(-\frac{2}{3})^{2}}{4}+\frac{(\frac{k}{3})^{2}}{2}=1$,
解得k=±4,
∴直线l的方程为4x-y+4=0或4x+y+4=0.
(3)由题意知椭圆D:$\frac{{x}^{2}}{4}+{y}^{2}=1$,
由S(-2,0),设T(x1,y1),
根据题意可知直线l1的斜率存在,
设直线斜率为k,则直线l1的方程为y=k(x+2),
把它代入椭圆D的方程,消去y,整理得:(1+4k2)x2+16k2x+(16k2-4)=0,
由韦达定理得-2+x1=-$\frac{16{k}^{2}}{1+4{k}^{2}}$,
则x1=$\frac{2-8{k}^{2}}{1+4{k}^{2}}$,y1=k(x1+2)=$\frac{4k}{1+4{k}^{2}}$,
所以线段ST的中点坐标为(-$\frac{8{k}^{2}}{1+4{k}^{2}}$,$\frac{2k}{1+4{k}^{2}}$),
①当k=0时,则有T(2,0),线段ST垂直平分线为y轴,
∴$\overrightarrow{GS}$=(-2,-t),$\overrightarrow{GT}$=(2,-t),
由$\overrightarrow{GS}$•$\overrightarrow{GT}$=-4+t2=4,解得:t=±2$\sqrt{2}$.
②当k≠0时,则线段ST垂直平分线的方程为y-$\frac{2k}{1+4{k}^{2}}$=-$\frac{1}{k}$(x+$\frac{8{k}^{2}}{1+4{k}^{2}}$),
∵点G(0,t)是线段ST垂直平分线的一点,
令x=0,得:t=-$\frac{6k}{1+4{k}^{2}}$,
∴$\overrightarrow{GS}$=(-2,-t),$\overrightarrow{GT}$=(x1,y1-t),
由$\overrightarrow{GS}$•$\overrightarrow{GT}$=-2x1-t(y1-t)=$\frac{4(16{k}^{4}+15{k}^{2}-1)}{(1+4{k}^{2})^{2}}$=4,解得:k=±$\frac{\sqrt{14}}{7}$,
代入t=-$\frac{6k}{1+4{k}^{2}}$,解得:t=±$\frac{2\sqrt{14}}{5}$,
综上,满足条件的实数t的值为t=±2$\sqrt{2}$或t=±$\frac{2\sqrt{14}}{5}$.

点评 本题考查椭圆的标准方程,直线与椭圆的位置关系,考查韦达定理,中点坐标公式,向量的坐标运算,考查计算能力,属于中档题.

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