题目内容

已知椭圆的离心率为,且椭圆上的点到两个焦点的距离和为2.斜率为k(k≠0)的直线l过椭圆的上焦点且与椭圆相交于P,Q两点,线段PQ的垂直平分线与y轴相交于点M(0,m).
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)求m的取值范围;
(Ⅲ)试用m表示△MPQ的面积,并求面积的最大值.
【答案】分析:(Ⅰ)  根据椭圆的定义,椭圆上的点到两个焦点的距离之和等于长轴长,就可求出a,再根据椭圆的离心率e=,就可求出c值,再结合椭圆中a,b,c的关系式求出b值,就可得到椭圆方程.
(Ⅱ)因为直线l斜率为k(k≠0)且过椭圆的上焦点,就可得到直线l的方程为y=kx+1,与椭圆方程联立,解得P,Q两点的横坐标之和,纵坐标之和,均用含k的式子表示,线段PQ的垂直平分线斜率等于直线l斜率的负倒数且过线段PQ的中点,就可以k为参数求出垂直平分线的点斜式方程,令x=0,解出M点的坐标,把m用含k的式子表示,根据k的范围求出m的范围.
(Ⅲ)y轴把△PQM分成了两个三角形,△PMF1和△QMF1所以△PQM的面积就是△PMF1和△QMF1的面积之和.△PMF1和△QMF1都可看做以MF1为底,高分别为P点和Q点的横坐标的绝对值,利用(Ⅱ)中得到的x1+x2,x1x2的值,就可把△PQM的面积用含m的式子表示,再利用导数求出最大值即可.
解答:解:(Ⅰ)椭圆上的点到两个焦点的距离和为2,即2a=2,∴a=
椭圆的离心率为,即e=
∵e=,∴,
∴c=1
又∵a2=b2+c2,∴b=1.
又斜率为k(k≠0)的直线l过椭圆的上焦点,即椭圆的焦点在Y轴上
∴椭圆方程为.
(Ⅱ)设直线l的方程为y=kx+1,由可得(k2+2)x2+2kx-1=0.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),则△=8k2+8>0
,.
.
设线段PQ中点为N,则点N的坐标为,
∵M(0,m),∴直线MN的斜率kMN=
∵直线MN为PQ的垂直平分线,∴kMN•k=-1,
可得.即,
又k≠0,∴k2+2>2,
∴,即.
(Ⅲ)设椭圆上焦点为F,
∵y轴把△PQM分成了△PMF和△QMF,
∴=|FM||x1|+|FM||x2|=|FM|(|x1|+|x2|)
∵P,Q在y轴两侧,∴|x1|+|x2|=||(x1-x2)
∴,
∵,
由,可得.
∴.
又∵|FM|=1-m,∴.
∴△MPQ的面积为().
设f(m)=m(1-m)3,则f'(m)=(1-m)2(1-4m).
可知f(m)在区间单调递增,在区间单调递减.
∴f(m)=m(1-m)3有最大值.此时∴△MPQ的面积为×=
∴△MPQ的面积有最大值.
点评:本题(Ⅰ)考查了椭圆定义的应用和椭圆性质的应用求椭圆方程,(Ⅱ)考查了直线与椭圆位置关系的判断,以及韦达定理的应用,(Ⅲ)考查了应用导数求最值.本题综合性强,须认真分析,正确作答.
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