题目内容

已知椭圆C:
x2
a2
+
y2
b2
=1
(a>b>0)的左、右焦点分别为F1和F2,下顶点为A,直线AF1与椭圆的另一个交点为B,△ABF2的周长为8,直线AF1被圆O:x2+y2=b2截得的弦长为3.
(I)求椭圆C的方程;
(II)若过点P(1,3)的动直线l与圆O相交于不同的两点C,D,在线段CD上取一点Q满足:
CP
=-λ
PD
CQ
QD
,λ≠0且λ≠±1
.求证:点Q总在某定直线上.
(I)∵△ABF2的周长为8,∴4a=8,∴a=2
∵F1(-c,0),A(0,-b),∴直线AF1的方程为
x
-c
+
y
-b
=1
,即bx+cy+bc=0
∵直线AF1被圆O:x2+y2=b2截得的弦长为3,O到直线AF1的距离d=
bc
b2+c2
=
bc
2

(
bc
2
)2+
9
4
=b2

∴b2c2+9=4b2
∵c2=4-b2,∴b2=3
∴椭圆C的方程为
x2
4
+
y2
3
=1

(II)证明:设C(x1,y1),D(x2,y2),Q(x,y),
CP
=-λ
PD
,∴(1-x1,3-y1)=-λ(x2-1,y2-3)
1-x1=-λ(x2-1)
3-y1=-λ(y2-3)
,即
x1x2=1-λ(1)
y1y2=3(1-λ)(2)

同理
x1x2=(1+λ)x(3)
y1y2=(1+λ)y(4)

(1)×(3),得
x21
-λ2
x22
=(1-λ2)x(5)
(2)×(4),得
y21
-λ2
y22
=3(1-λ2)y(6)
(5)+(6),得
x21
+
y21
-λ2(
x22
+
y22
)
=(1-λ2)(x+3y)
∵C,D在圆O上,∴
x21
+
y21
=3,
x22
+
y22
=3

∴3(1-λ2)=(1-λ2)(x+3y)
∵λ≠±1,∴x+3y=3
∴点Q总在定直线x+3y-3=0上.
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