题目内容

设椭圆的中心为原点O,长轴在x轴上,上顶点为A,左、右焦点分别为F1、F2,线段OF1、OF2的中点分别为B1、B2,且△AB1B2是面积为4的直角三角形.过B1作直线l交椭圆于P、Q两点.
(1)求该椭圆的标准方程;
(2)若PB2⊥QB2,求直线l的方程;
(3)设直线l与圆O:x2+y2=8相交于M、N两点,令|MN|的长度为t,若t∈[4,],求△B2PQ的面积S的取值范围.
【答案】分析:(1)设所求椭圆的标准方程为,右焦点为F2(c,0).已知△AB1B2是直角三角形,又|AB1|=|AB2|,故∠B1AB2=90°,可得c=2b,在Rt△AB1B2中,,从而a2=b2+c2=20.即可得到椭圆的方程.
(2)由(1)得B1(-2,0),可设直线l的方程为x=my-2,代入椭圆的方程,得到根与系数的关系,利用PB2⊥QB2,?,即可得到m.
(3)当斜率不存在时,直线l:x=-2,此时|MN|=4,,当斜率存在时,设直线l:y=k(x+2),利用点到直线的距离公式可得圆心O到直线l的距离,可得t=,得k的取值范围;把直线l的方程代入椭圆的方程点到根与系数的关系,代入|B1B2|×|y1-y2|,再通过换元,利用二次函数的单调性即可得出S的取值范围.
解答:解:(1)设所求椭圆的标准方程为,右焦点为F2(c,0).
因△AB1B2是直角三角形,又|AB1|=|AB2|,故∠B1AB2=90°,得c=2b,
在Rt△AB1B2中,,从而a2=b2+c2=20.
因此所求椭圆的标准方程为:.
(2)由(1)得B1(-2,0),可设直线l的方程为x=my-2,代入椭圆的方程.化为(5+m2)y2-4my-16=0.
设P(x1,y1)、Q(x2,y2),则,,
又,B2P⊥B2Q,
所以=(m2+1)y1y2-4m(y1+y2)+16===0,
∴m2=4,解得m=±2;
所以满足条件的直线有两条,其方程分别为:x+2y+2=0和x-2y+2=0.
(3)当斜率不存在时,直线l:x=-2,此时|MN|=4,,
当斜率存在时,设直线l:y=k(x+2),则圆心O到直线l的距离,
因此t=,得,
联立方程组:得(1+5k2)y2-4ky-16k2=0,
由韦达定理知,,
所以,
因此.
设,所以,所以,
综上所述:△B2PQ的面积.
点评:本题综合考查了椭圆的标准方程及其性质、直线与椭圆相交问题转化为方程联立得到根与系数的关系、弦长公式、三角形的面积计算公式、点到直线的距离公式、二次函数的单调性等基础知识与基本技能,考查了推理能力、计算能力.
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