题目内容

已知椭圆C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0),椭圆的左顶点和上顶点分别为A,B,O为坐标轴原点,且△AOB面积为
2
,椭圆C的离心率与双曲线
x2
a2
-
y2
a2
=1离心率互为倒数.
(1)求椭圆C的方程
(2)求过点P(
2
3
,-
1
3
)而不过点Q(
2
,1)的动直线l交椭圆C于M,N两点.求∠MQN.
考点:直线与圆锥曲线的综合问题
专题:圆锥曲线中的最值与范围问题
分析:(1)由题意知S△AOB=
1
2
ab
=
2
,e=
c
a
=
2
2
,由此能求出椭圆C的方程.
(2)①直线斜率不存在时,能求出∠MQN=90°;若直线l的斜率存在,设它的方程为y=kx+b,由已知条件推导出b=-(
2
3
k+
1
3
)
,联立
y=kx+b
x2
4
+
y2
2
=1
,得(2k2+1)x2+4kbx+2b2-4=0,由此利用韦达定理结合已知条件推导出∠MQN=90°.
解答: 解:(1)由题意知S△AOB=
1
2
ab
=
2
,
双曲线
x2
a2
-
y2
a2
=1
离心率为
2
,
因为椭圆C的离心率与双曲线
x2
a2
-
y2
a2
=1离心率互为倒数,
所以椭圆的离心率为
2
2
,e=
c
a
=
2
2
,
解得a=2,b=
2
,
所以椭圆C的方程为
x2
4
+
y2
2
=1
.
(2)①如果直线斜率不存在时M,N两点坐标为(
2
3
,±
17
3
)
,
∵点Q(
2
,1),∴∠MQN=90°.
②若直线l的斜率存在,设它的方程为y=kx+b,
因为点P(
2
3
,-
1
3
)
在直线l上,
所以-
1
3
=
2
3
k+b
,故b=-(
2
3
k+
1
3
)
,
联立直线l和椭圆方程
y=kx+b
x2
4
+
y2
2
=1
,
消去y,得(2k2+1)x2+4kbx+2b2-4=0,
设M(x1,y1)N(x2,y2),则x1+x2=-
4kb
(2k2+1)
,x1x2=-
2b2-4
(2k2+1)
,
y1+y2=k(x1+x2)+2b=-
4kb2
2k2+1
+2b
=
2b
2k2+1
,
y1y2=(kx1+b)(kx2+b)=k2x1x2+kb(x1+x2)+b2,
所以y1y2=
b2-4k2
2k2+1
,
因为
QM
=(x1-
2,
y1-1)
,
QN
=(x2-
2,
y2-1)
,
所以
QM
•
QN
=(x1-
2,
y1-1)•(x2-
2,
y2-1)

=x1x2-
2
(x1+x2)+2+y1y2-(y1+y2)+1

=-
2b2-4
2k2+1
-
2
(-
4kb
2k2+1
)+2+
b2-4k2
2k2+1
-
2b
2k2+1
+1

=
1
2k2+1
[3b2+2k2+2b(2
2
k-1)-1]

=
1
2k2+1
[
1
3
(
2
k+1)2+2k2-
2
3
(
2
k+1)(2
2
k-1)-1]
=0,
所以∠MQN=90°.
综上所述,∠MQN=90°.
点评:本题考查椭圆方程的求法,考查角的大小的求法,解题时要认真审题,注意等价转化思想和函数与方程思想的合理运用.
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