题目内容
设椭圆C:
(a>b>0)的一个顶点坐标为A(
),且其右焦点到直线
的距离为3.
(1)求椭圆C的轨迹方程;
(2)若A、B是椭圆C上的不同两点,弦AB(不平行于y轴)的垂直平分线与x轴相交于点M,则称弦AB是点M的一条“相关弦”,如果点M的坐标为M(
),求证:点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线上;
(3)对于问题(2),如果点M坐标为M(t,0),当t满足什么条件时,点M(t,0)存在无穷多条“相关弦”,并判断点M的所有“相关弦”的中点是否在同一条直线上.
解:(1)∵
,a=2
∴椭圆C的标准方程:
(2)解法一:设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0)
,
由于
,所以
(Ⅰ)
则x12+2y12①x22+2y22②.
由①②两式相减得:x12-x22+2y12-2y22=0
即(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0(Ⅱ)
由(Ⅰ),(Ⅱ)得:x0=1
因此:点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=1上.
解法二:设直线AB的方程为y=kx+b,k≠0,设AB中点为P0(x0,y0)A(x1,y1)B(x2,y2)
消去y得(2k2+1)x2+4kbx+2b2-4=0
直线AB的中垂线方程为
把点
代入得
可知
所以Q的横坐标
即“相关弦”AB的中点在同一直线x=1上.
(3)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0)
,
由于
,所以(x2-x1)(t-x0)+(y2-y1)(-y0)=0(Ⅰ)
则x12+2y12①x22+2y22②.
由①②两式相减得:x12-x22+2y12-2y22=0
即(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0(Ⅱ)
由(Ⅰ),(Ⅱ)得:x0=2t-2<2t<2
因此:当-1<t<1点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=2t上.
分析:(1)由
,a=2,能求出椭圆C的标准方程.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0),
,
,由于
,所以
,则x12+2y12,x22+2y22.所以(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0,由此能导出点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=1上.
另解:设直线AB的方程为y=kx+b,k≠0,设AB中点为P0(x0,y0)A(x1,y1)B(x2,y2),
消去y得(2k2+1)x2+4kbx+2b2-4=0,
,直线AB的中垂线方程为
.由此能导出“相关弦”AB的中点在同一直线x=1上.
(3)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0),
,
由于
,所以(x2-x1)(t-x0)+(y2-y1)(-y0)=0,则x12+2y12①x22+2y22.所以(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0.由此能导出当-1<t<1点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=2t上.
点评:本题主要考查直线与圆锥曲线的综合应用能力,具体涉及到轨迹方程的求法及直线与椭圆的相关知识,解题时要注意合理地进行等价转化.
∴椭圆C的标准方程:
(2)解法一:设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0)
由于
则x12+2y12①x22+2y22②.
由①②两式相减得:x12-x22+2y12-2y22=0
即(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0(Ⅱ)
由(Ⅰ),(Ⅱ)得:x0=1
因此:点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=1上.
解法二:设直线AB的方程为y=kx+b,k≠0,设AB中点为P0(x0,y0)A(x1,y1)B(x2,y2)
直线AB的中垂线方程为
把点
可知
所以Q的横坐标
即“相关弦”AB的中点在同一直线x=1上.
(3)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0)
由于
则x12+2y12①x22+2y22②.
由①②两式相减得:x12-x22+2y12-2y22=0
即(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0(Ⅱ)
由(Ⅰ),(Ⅱ)得:x0=2t-2<2t<2
因此:当-1<t<1点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=2t上.
分析:(1)由
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0),
另解:设直线AB的方程为y=kx+b,k≠0,设AB中点为P0(x0,y0)A(x1,y1)B(x2,y2),
(3)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0),
由于
点评:本题主要考查直线与圆锥曲线的综合应用能力,具体涉及到轨迹方程的求法及直线与椭圆的相关知识,解题时要注意合理地进行等价转化.
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