题目内容

14.如题图,椭圆$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}$=1(a>b>0)的左右焦点分别为F1,F2,且过F2的直线交椭圆于P,Q两点,且PQ⊥PF1.
(Ⅰ)若|PF1|=2+$\sqrt{2}$,|PF2|=2-$\sqrt{2}$,求椭圆的标准方程.
(Ⅱ)若|PQ|=λ|PF1|,且$\frac{3}{4}$≤λ<$\frac{4}{3}$,试确定椭圆离心率e的取值范围.

分析 (I)由椭圆的定义可得:2a=|PF1|+|PF2|,解得a.设椭圆的半焦距为c,由于PQ⊥PF1,利用勾股定理可得2c=|F1F2|=$\sqrt{|P{F}_{1}{|}^{2}+|P{F}_{2}{|}^{2}}$,解得c.利用b2=a2-c2.即可得出椭圆的标准方程.
(II)如图所示,由PQ⊥PF1,|PQ|=λ|PF1|,可得|QF1|=$\sqrt{1+{λ}^{2}}|P{F}_{1}|$,由椭圆的定义可得:|PF1|+|PQ|+|QF1|=4a,解得|PF1|=$\frac{4a}{1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}}$.|PF2|=2a-|PF1|,由勾股定理可得:2c=|F1F2|=$\sqrt{|P{F}_{1}{|}^{2}+|P{F}_{2}{|}^{2}}$,代入化简.令t=1+λ$+\sqrt{1+{λ}^{2}}$,则上式化为e2=$8(\frac{1}{t}-\frac{1}{4})^{2}+\frac{1}{2}$,解出即可.

解答 解:(I)由椭圆的定义可得:2a=|PF1|+|PF2|=(2+$\sqrt{2}$)+(2-$\sqrt{2}$)=4,解得a=2.
设椭圆的半焦距为c,∵PQ⊥PF1,
∴2c=|F1F2|=$\sqrt{|P{F}_{1}{|}^{2}+|P{F}_{2}{|}^{2}}$=$\sqrt{(2+\sqrt{2})^{2}+(2-\sqrt{2})^{2}}$=2$\sqrt{3}$,
∴c=$\sqrt{3}$.
∴b2=a2-c2=1.
∴椭圆的标准方程为$\frac{{x}^{2}}{4}+{y}^{2}=1$.
(II)如图所示,由PQ⊥PF1,|PQ|=λ|PF1|,
∴|QF1|=$\sqrt{|P{F}_{1}{|}^{2}+|PQ{|}^{2}}$=$\sqrt{1+{λ}^{2}}|P{F}_{1}|$,
由椭圆的定义可得:2a=|PF1|+|PF2|=|QF1|+|QF2|,
∴|PF1|+|PQ|+|QF1|=4a,
∴$(1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}})$|PF1|=4a,解得|PF1|=$\frac{4a}{1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}}$.
|PF2|=2a-|PF1|=$\frac{2a(λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}-1)}{1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}}$,
由勾股定理可得:2c=|F1F2|=$\sqrt{|P{F}_{1}{|}^{2}+|P{F}_{2}{|}^{2}}$,
∴$(\frac{4a}{1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}})^{2}$+$[\frac{2a(λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}-1)}{1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}}]^{2}$=4c2,
∴$\frac{4}{(1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}})^{2}}$+$\frac{(λ+\sqrt{1+{λ}^{2}}-1)^{2}}{(1+λ+\sqrt{1+{λ}^{2}})^{2}}$=e2.
令t=1+λ$+\sqrt{1+{λ}^{2}}$,则上式化为${e}^{2}=\frac{4+(t-2)^{2}}{{t}^{2}}$=$8(\frac{1}{t}-\frac{1}{4})^{2}+\frac{1}{2}$,
∵t=1+λ$+\sqrt{1+{λ}^{2}}$,且$\frac{3}{4}$≤λ<$\frac{4}{3}$,
∴t关于λ单调递增,∴3≤t<4.∴$\frac{1}{4}<\frac{1}{t}≤\frac{1}{3}$,
∴$\frac{1}{2}<{e}^{2}≤\frac{5}{9}$,解得$\frac{\sqrt{2}}{2}<e≤\frac{\sqrt{5}}{3}$.
∴椭圆离心率的取值范围是$(\frac{\sqrt{2}}{2},\frac{\sqrt{5}}{3}]$.

点评 本题考查了椭圆的定义标准方程及其性质、勾股定理、不等式的性质、“换元法”,考查了推理能力与计算能力,属于中档题.

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