题目内容
17.已知椭圆$C:\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1({a>b>0})$的一个焦点与抛物线y2=4x的焦点相同,F1,F2为椭圆的左、右焦点.M为椭圆上任意一点,△MF1F2面积的最大值为1.(1)求椭圆C的方程;
(2)直线l:y=kx+m(m≠0)交椭圆C于A,B两点.
①若x轴上任意一点到直线AF2与BF2距离相等,求证:直线l过定点,并求出该定点的坐标;
若直线l的斜率是直线OA,OB斜率的等比中项,求△AOB面积的取值范围.
分析 (1)由y2=4x焦点为(1,0),则c=1,当点M为椭圆的短轴端点时,△MF1F2面积最大,此时$S=\frac{1}{2}×2c×b=1$,a2=b2+c2=2,即可求得椭圆的标准方程;
(2)①将直线方程代入椭圆方程,由韦达定理及直线的斜率公式求得m=-2k,直线l的方程为y=k(x-2),因此直线l恒过定点,该定点坐标为(2,0).②直线l的斜率是直线OA,OB斜率的等比中项,${k_{OA}}•{k_{OB}}={k^2}$,整理可知:$-\frac{{4{k^2}{m^2}}}{{1+2{k^2}}}+{m^2}=0$,又m≠0,由弦长公式求得丨AB丨,点O到直线AB的距离为d,则三角形的面积公式及基本不等式的性质,即可求得求△AOB面积的取值范围.
解答 解:(1)由抛物线的方程y2=4x得其焦点为(1,0),则椭圆中c=1,
当点M为椭圆的短轴端点时,△MF1F2面积最大,此时$S=\frac{1}{2}×2c×b=1$,
∴b=1,F1,F2为椭圆的左、右焦点,M为椭圆上任意一点,△MF1F2面积的最大值为1,
a2=b2+c2=2,
∴椭圆的方程为$\frac{x^2}{2}+{y^2}=1$;
(2)联立$\left\{{\begin{array}{l}{\frac{x^2}{2}+{y^2}=1}\\{y=kx+m}\end{array}}\right.$,得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-2=0,
由△=16k2m2-4(2k2+1)(2m2-2)=8(2k2-m2+1)>0,得1+2k2>m2(*)
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则${x_1}+{x_2}=-\frac{4km}{{1+2{k^2}}},{x_1}{x_2}=\frac{{2{m^2}-2}}{{1+2{k^2}}}$,
①${k_1}=\frac{y_1}{{{x_1}-1}}=\frac{{k{x_1}+m}}{{{x_1}-1}},{k_2}=\frac{y_2}{{{x_2}-1}}=\frac{{k{x_2}+m}}{{{x_2}-1}}$,由k1+k2=0,得$\frac{{k{x_1}+m}}{{{x_1}-1}}+\frac{{k{x_2}+m}}{{{x_2}-1}}=0$,
所以2kx1x2+(m-k)(x1+x2)-2m=0,即$2k•\frac{{2{m^2}-2}}{{1+2{k^2}}}+({m-k})({-\frac{4km}{{1+2{k^2}}}})-2m=0$,得m=-2k,
∴直线l的方程为y=k(x-2),
因此直线l恒过定点,该定点坐标为(2,0).
②∵直线l的斜率是直线OA,OB斜率的等比中项,
∴${k_{OA}}•{k_{OB}}={k^2}$,即$\frac{{{y_1}{y_2}}}{{{x_1}{x_2}}}={k^2}$,得$\frac{{({k{x_1}+m})({k{x_2}+m})}}{{{x_1}{x_2}}}={k^2}$,得$km({{x_1}+{x_2}})+{m^2}=0$,
∴$-\frac{{4{k^2}{m^2}}}{{1+2{k^2}}}+{m^2}=0$,又m≠0,
∴${k^2}=\frac{1}{2}$,代入(*),得0<m2<2.
$|{AB}|=\sqrt{1+{k^2}}|{{x_1}-{x_2}}|=\sqrt{3({2-{m^2}})}$.
设点O到直线AB的距离为d,则$d=\frac{|m|}{{\sqrt{1+{k^2}}}}=\frac{{\sqrt{2}|m|}}{{\sqrt{3}}}$,
∴${S_{△AOB}}=\frac{1}{2}|{AB}|•d=\frac{1}{2}\sqrt{3{{({2-m})}^2}}\frac{{\sqrt{2}|m|}}{{\sqrt{3}}}=\frac{{\sqrt{2}}}{2}\sqrt{{m^2}({2-{m^2}})}≤\frac{{\sqrt{2}}}{2}\sqrt{{{({\frac{{{m^2}+2-{m^2}}}{2}})}^2}}=\frac{{\sqrt{2}}}{2}$,
当且仅当m2=2-m2,即m2=1∈(0,2)时,△AOB面积取最大值$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$.
故△AOB面积的取值范围为$({0,\frac{{\sqrt{2}}}{2}}]$.
点评 本题考查椭圆的简单几何性质,直线与椭圆的位置关系,考查直线的斜率公式,韦达定理,点到直线的距离公式及基本不等式的性质的应用,考查计算能力,属于难题.
| A. | -1,-2 | B. | -1,-2i | C. | -2,-1 | D. | -2,-i |
| A. | $6\sqrt{2}$ | B. | $4\sqrt{5}$ | C. | $2\sqrt{34}$ | D. | 72 |
| A. | 充分不必要条件 | B. | 必要不充分条件 | ||
| C. | 既不充分也不必要条件 | D. | 充要条件 |
| A. | $\frac{27\sqrt{3}}{4}$ | B. | $\frac{9\sqrt{3}}{4}$ | C. | $\frac{3\sqrt{3}}{4}$ | D. | $\frac{\sqrt{3}}{4}$ |
| A. | 56x3 | B. | 84x3 | C. | 56x4 | D. | 84x4 |
| A. | -$\frac{1}{2}$ | B. | -$\frac{\sqrt{2}}{2}$ | C. | 1-2$\sqrt{2}$ | D. | 1-$\sqrt{2}$ |