题目内容

6.如图,已知椭圆$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1({a>b>0})$的离心率为$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$,F1、F2为其左、右焦点,过F1的直线l交椭圆于A、B两点,△F1AF2的周长为$2(\sqrt{2}+1)$.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)求△AOB面积的最大值(O为坐标原点);
(3)直线m也过F1与且与椭圆交于C、D两点,且l⊥m,设线段AB、CD的中点分别为M、N两点,试问:直线MN是否过定点?若是,求出定点坐标;若不是,请说明理由.

分析 (1)设椭圆的半焦距为c,利用离心率以及△F1AF2的周长,解得a,c,然后求解椭圆的标准方程.
(2)设直线l的方程为:x=ky-1,与$\frac{x^2}{2}+{y^2}=1$联立,消x,整理得:(k2+2)y2-2ky-1=0求出A,B的纵坐标,表示出三角形的面积公式,化简整理,通过基本不等式求出最值.
(3)过定点$({-\frac{2}{3},0})$可通过特殊情形猜想,若有定点,则在x 轴上.在k≠0,k≠±1的情况下,设直线l的方程为:x=ky-1,直线m的方程为:$x=-\frac{1}{k}y-1$,求出M坐标,可得直线MN的方程,利用直线系推出结果即可.

解答 解:(1)设椭圆的半焦距为c,则$\frac{c}{a}=\frac{{\sqrt{2}}}{2}$,由题意知 $2({a+c})=2({\sqrt{2}+1})$,
二者联立解得$a=\sqrt{2}$,c=1,则b2=1,所以椭圆的标准方程为$\frac{x^2}{2}+{y^2}=1$.….(4分)
(2)设直线l的方程为:x=ky-1,与$\frac{x^2}{2}+{y^2}=1$联立,消x,整理得:(k2+2)y2-2ky-1=0,△=(-2k)2+4(k2+2)=8k2+8>0,${y_1}=\frac{{2k+\sqrt{8{k^2}+8}}}{{2({{k^2}+1})}}$,${y_2}=\frac{{2k-\sqrt{8{k^2}+8}}}{{2({{k^2}+1})}}$,…(6分)
所以${S_{△AOB}}={S_{△AOF}}+{S_{△BOF}}=\frac{1}{2}|{O{F_1}}||{{y_1}-{y_2}}|$=$\frac{1}{2}|{{y_1}-{y_2}}|$=$\frac{1}{2}\frac{{\sqrt{8{k^2}+8}}}{{{k^2}+2}}$=$\sqrt{2}\frac{{\sqrt{{k^2}+1}}}{{{k^2}+2}}$,…(7分)=$\sqrt{2}\sqrt{\frac{{{k^2}+1}}{{{{({{k^2}+2})}^2}}}}$=$\sqrt{2}\sqrt{\frac{{{k^2}+1}}{{{{[{({{k^2}+1})+1}]}^2}}}}$=$\sqrt{2}\sqrt{\frac{{{k^2}+1}}{{{{({{k^2}+1})}^2}+2({{k^2}+1})+1}}}$=$\sqrt{2}\sqrt{\frac{1}{{({{k^2}+1})+\frac{1}{{{k^2}+1}}+2}}}$$≤\sqrt{2}\sqrt{\frac{1}{2+2}}=\frac{{\sqrt{2}}}{2}$(当且仅当${k^2}+1=\frac{1}{{{k^2}+1}}$,
即k=0时等号成立),所以△AOB面积的最大值为$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$….(10分)
(3)过定点$({-\frac{2}{3},0})$可通过特殊情形猜想,若有定点,则在x 轴上.
在k≠0,k≠±1的情况下,设直线l的方程为:x=ky-1,
直线m的方程为:$x=-\frac{1}{k}y-1$,
由(2)得,${y_M}=\frac{{{y_1}+{y_2}}}{2}=\frac{k}{{{k^2}+2}}$,
故${x_M}=k\frac{k}{{{k^2}+2}}-1=\frac{-2}{{{k^2}+2}}$,即$M({\frac{-2}{{{k^2}+2}},\frac{k}{{{k^2}+2}}})$,
则$N({\frac{{-2{k^2}}}{{2{k^2}+1}},\frac{-k}{{2{k^2}+1}}})$….(12分)
可得直线MN的方程:$y+\frac{k}{{2{k^2}+1}}=\frac{{\frac{k}{{{k^2}+2}}-\frac{-k}{{2{k^2}+1}}}}{{\frac{-2}{{{k^2}+2}}-\frac{{-2{k^2}}}{{2{k^2}+1}}}}({x+\frac{{2{k^2}}}{{2{k^2}+1}}})$,
即$y+\frac{k}{{2{k^2}+1}}=\frac{3k}{{2({{k^2}-1})}}({x+\frac{{2{k^2}}}{{2{k^2}+1}}})$,则$y=\frac{3k}{{2({{k^2}-1})}}({x+\frac{{2{k^2}}}{{2{k^2}+1}}})-\frac{k}{{2{k^2}+1}}$$y=\frac{3k}{{2({{k^2}-1})}}[{x+\frac{{2{k^2}}}{{2{k^2}+1}}-\frac{k}{{2{k^2}+1}}•\frac{{2({{k^2}-1})}}{3k}}]$,即$y=\frac{3k}{{2({{k^2}-1})}}({x+\frac{2}{3}})$,
故直线MN过定点$({-\frac{2}{3},0})$(或令y=0,即得$x=-\frac{2}{3}$)
易验证当k=0,k=±1时,结论仍成立.
综上,直线MN过定点$({-\frac{2}{3},0})$…(14分)

点评 本题考查直线与椭圆的位置关系的综合应用,椭圆方程的求法,基本不等式在最值中的应用,考查分析问题解决问题的能力以及计算能力.

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