题目内容
7.已知F1,F2是椭圆E:$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0)左右焦点,过F1的直线交椭圆于C,D两点,△CDF2的周长为8,椭圆的离心率为$\frac{1}{2}$.(Ⅰ)求椭圆E的方程;
(Ⅱ)若直线l与椭圆E交于A,B且$\overrightarrow{OA}$⊥$\overrightarrow{OB}$,求证原点O到直线l的距离为定值.
分析 (Ⅰ)由F1,F2是椭圆左右焦点,过F1的直线交椭圆于C,D两点,△CDF2的周长为8,椭圆的离心率为$\frac{1}{2}$,列出方程组求出a,b,由此能求出椭圆E的方程.
(Ⅱ)设A(x1,y1),B(x2,y2),当直线AB斜率不存在时,由椭圆的对称性可知x1=x2,y1=-y2,由$\overrightarrow{OA}⊥\overrightarrow{OB}$,得x12-y12=0,从而求出原点O到直线l的距离为d=|x1|=$\frac{2\sqrt{21}}{7}$;当直线AB斜率存在时,设直线AB的方程为y=kx+m,代入椭圆方程,得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,由此利用韦达定理、点到直线距离公式、向量数量积,结合已知条件推导出点O到直线AB的距离为定值.
解答 解:(Ⅰ)∵F1,F2是椭圆E:$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0)左右焦点,过F1的直线交椭圆于C,D两点,
△CDF2的周长为8,椭圆的离心率为$\frac{1}{2}$,
∴$\left\{\begin{array}{l}{4a=8}\\{e=\frac{c}{a}=\frac{1}{2}}\\{{a}^{2}={b}^{2}+{c}^{2}}\end{array}\right.$,解得a=2,b=$\sqrt{3}$,
∴椭圆E的方程为$\frac{{x}^{2}}{4}+\frac{{y}^{2}}{3}$=1.
证明:(Ⅱ)设A(x1,y1),B(x2,y2),
①当直线AB斜率不存在时,由椭圆的对称性可知x1=x2,y1=-y2,
∵$\overrightarrow{OA}⊥\overrightarrow{OB}$,∴$\overrightarrow{OA}•\overrightarrow{OB}$=0,
∴x1x2+y1y2=0,∴x12-y12=0
∵3x12+4y12=12,∴|x1|=|y1|=$\frac{2\sqrt{21}}{7}$,
∴原点O到直线l的距离为d=|x1|=$\frac{2\sqrt{21}}{7}$.
②当直线AB斜率存在时,设直线AB的方程为y=kx+m,代入椭圆方程,
消元可得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0
∴x1+x2=-$\frac{8km}{3+4{k}^{2}}$,x1x2=$\frac{4{m}^{2}-12}{3+4{k}^{2}}$,y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+km(x1+x2)+m2,
∵$\overrightarrow{OA}⊥\overrightarrow{OB}$,∴$\overrightarrow{OA}•\overrightarrow{OB}$=0,
∴x1x2+y1y2=0,∴(1+k2)×$\frac{4{m}^{2}-12}{3+4{k}^{2}}$-km×$\frac{8km}{3+4{k}^{2}}$+m2=0
∴7m2=12(k2+1)
∴原点O到直线的距离为d=$\frac{|m|}{\sqrt{{k}^{2}+1}}$=$\frac{|m|}{\sqrt{\frac{7{m}^{2}}{12}}}$=$\frac{2\sqrt{21}}{7}$.
综上,点O到直线AB的距离为定值$\frac{2\sqrt{21}}{7}$.
点评 本题考查椭圆方程的求法,考查点到直线的距离的求法,是中档题,解题时要认真审题,注意韦达定理、点到直线距离公式、向量数量积、椭圆性质的合理运用.
| A. | $\overrightarrow{AB}$+$\overrightarrow{AD}$=0 | B. | $\overrightarrow{AB}$-$\overrightarrow{AD}$=0 | C. | ABCD为矩形 | D. | ABCD为菱形 |
| A. | $\frac{a+b}{2}$ | B. | ab | C. | 2$\sqrt{ab}$ | D. | $\frac{{a}^{2}+{b}^{2}}{2}$ |