题目内容

12.已知椭圆$C:\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1(a>b>0)$离心率为$e=\frac{{\sqrt{3}}}{2}$,以原点为圆心,以椭圆C的短半轴长为半径的圆O与直线l1:$y=x+\sqrt{2}$相切.
(1)求椭圆C的方程;
(2)设不过原点O的直线l2与该椭圆交于P、Q两点,满足直线OP,PQ,OQ的斜率依次成等比数列,求△OPQ面积的取值范围.

分析 (1)由直线与圆相切,求出b=1,由$e=\frac{c}{a}=\frac{{\sqrt{3}}}{2}$,得 $c=\frac{{\sqrt{3}}}{2}a$,由此能求出椭圆C的方程.
(2)由题意可知,直线l2的斜率存在且不为0,故可设直线l的方程为y=kx+m(m≠0),代入椭圆方程,得(1+4k2)x2+8kmx+4(m2-1)=0,由此利用根的判别式、韦达定理、等比数列性质、弦长公式,结合已知条件,能求出△OPQ面积的取值范围.

解答 解:(1)由直线l1:$x-y+\sqrt{2}=0$与圆x2+y2=b2相切,
得:$d=\frac{{|0+0+\sqrt{2}|}}{{\sqrt{{1^2}+{{(-1)}^2}}}}=1=b$,…(2分)
由$e=\frac{c}{a}=\frac{{\sqrt{3}}}{2}$,得 $c=\frac{{\sqrt{3}}}{2}a$,…(3分)
又a2=b2+c2,∴${a^2}={1^2}+\frac{3}{4}{a^2}$,∴a2=4,…(4分)
椭圆C的方程为$\frac{x^2}{4}+{y^2}=1$…(5分)
(2)由题意可知,直线l2的斜率存在且不为0,故可设直线l的方程为
y=kx+m(m≠0),P(x1,y1),Q(x2,y2),
由$\left\{\begin{array}{l}{y=kx+m}\\{{x}^{2}+4{y}^{2}-4=0}\end{array}\right.$,消去y得(1+4k2)x2+8kmx+4(m2-1)=0,…(6分)
则△=64k2m2-16(1+4k2)(m2-1)=16(4k2-m2+1)>0,
且x1+x2=$\frac{-8km}{1+4{k}^{2}}$,x1x2=$\frac{4({m}^{2}-1)}{1+4{k}^{2}}$.…(7分)
故y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+km(x1+x2)+m2.
∵直线OP,PQ,OQ的斜率依次成等比数列,
∴$\frac{{y}_{1}}{{x}_{1}}•\frac{{y}_{2}}{{x}_{2}}$=$\frac{{k}^{2}{x}_{1}{x}_{2}+km({x}_{1}+{x}_{2})+{m}^{2}}{{x}_{1}{x}_{2}}$=k2,…(8分)
即$\frac{-8{k}^{2}{m}^{2}}{1+4{k}^{2}}$+m2=0,又m≠0,所以k2=$\frac{1}{4}$,即k=±$\frac{1}{2}$.…(9分)
由△>0,及直线OP,OQ的斜率存在,得0<m2<2且m2≠1.…(10分)
S△OPQ=$\frac{1}{2}$|x1-x2||m|=$\sqrt{{m}^{2}(2-{m}^{2})}$=$\sqrt{1-{{({m^2}-1)}^2}}$,…(11分)
∴S△OPQ的取值范围为(0,1).…(12分)

点评 本题考查椭圆方程的求法,考查三角形面积的求法,是中档题,解题时要认真审题,注意根的判别式、韦达定理、等比数列性质、弦长公式的合理运用.

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