题目内容

13.已知椭圆C:$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0)的离心率为e=$\frac{1}{2}$,且过点($\frac{1}{3}$,$\frac{\sqrt{13}}{2}$)
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知A、B是椭圆上的两点,点M的坐标为(1,0),当A、B两点不关于x轴对称时,试探求△MAB能否为等边三角形,并说明理由.

分析 (1)由椭圆C的离心率为e=$\frac{1}{2}$,且过点($\frac{1}{3}$,$\frac{\sqrt{13}}{2}$),可得$\left\{\begin{array}{l}{\frac{c}{a}=\frac{1}{2}}\\{{a}^{2}={b}^{2}+{c}^{2}}\\{\frac{1}{9{a}^{2}}+\frac{13}{4{b}^{2}}=1}\end{array}\right.$,解得即可;
(2))(i)当AB∥x轴时,与椭圆方程联立可得两个△MAB为等边三角形;
(ii)当AB与x轴不平行也不垂直时,设直线AB的方程为y=kx+m,设A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB的中点N(x0,y0),直线方程与椭圆方程联立可得:(9+12k2)x2+24kmx+12m2-40=0,由△>0,得到9m2<30+40k2.利用根与系数的关系可得:N$(\frac{-12km}{9+12{k}^{2}},\frac{9m}{9+12{k}^{2}})$.又M(0,1),若△MAB为等边三角形,则kMN•k=-1,化为m=-3-4k2.代入△>0,化为144k4+176k2+51<0,看此方程是否有解即可.

解答 解:(1)∵椭圆C的离心率为e=$\frac{1}{2}$,且过点($\frac{1}{3}$,$\frac{\sqrt{13}}{2}$),
∴$\left\{\begin{array}{l}{\frac{c}{a}=\frac{1}{2}}\\{{a}^{2}={b}^{2}+{c}^{2}}\\{\frac{1}{9{a}^{2}}+\frac{13}{4{b}^{2}}=1}\end{array}\right.$,解得b2=$\frac{10}{3}$,a2=$\frac{40}{9}$.
∴椭圆C的方程为:$\frac{9{x}^{2}}{40}+\frac{3{y}^{2}}{10}=1$.
(2)(i)当AB∥x轴时,直线AM的斜率为$\sqrt{3}$,方程为y=$\sqrt{3}$x+1,与椭圆方程联立可得两个△MAB为等边三角形;
(ii)当AB与x轴不平行也不垂直时,设直线AB的方程为y=kx+m,
设A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB的中点N(x0,y0),
联立$\left\{\begin{array}{l}{\frac{9{x}^{2}}{40}+\frac{3{y}^{2}}{10}=1}\\{y=kx+m}\end{array}\right.$,消去y可得:(9+12k2)x2+24kmx+12m2-40=0,由△>0,得到9m2<30+40k2.
∴x1+x2=$\frac{-24km}{9+12{k}^{2}}$,y1+y2=k(x1+x2)+2m=$\frac{18m}{9+12{k}^{2}}$,
解得N$(\frac{-12km}{9+12{k}^{2}},\frac{9m}{9+12{k}^{2}})$.又M(0,1),
若△MAB为等边三角形,则kMN•k=-1,
∴$\frac{\frac{9m}{9+12{k}^{2}}-1}{\frac{-12km}{9+12{k}^{2}}-0}$×k=-1,化为m=-3-4k2.
代入△>0,化为144k4+176k2+51<0,
但是${k}_{1}^{2}+{k}_{2}^{2}$=-$\frac{176}{144}$,因此无解.
综上可得:只有当AB∥x轴时,与椭圆方程联立可得两个△MAB为等边三角形.

点评 本题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可得△>0及其根与系数的关系、等边三角形的性质,考查了推理能力与计算能力,属于难题.

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