题目内容
1.已知椭圆C:$\frac{{x}^{2}}{{a}^{2}}$+$\frac{{y}^{2}}{{b}^{2}}$=1(a>b>0)的焦距为4,其短轴的两个端点与长轴的一个端点构成正三角形(Ⅰ)求椭圆C的标准方程;
(Ⅱ)设F为椭圆C的左焦点,M为直线x=-3上任意一点,过F作MF的垂线交椭圆C于点P,Q
(i)证明:OM平分线段PQ(其中O为坐标原点);
(ii)当$\frac{|MF|}{|PQ|}$最小时,求点M的坐标.
分析 (I)由椭圆C的焦距为4,及等边三角形的性质和a2=b2+c2,求得a,b,即可求椭圆C的标准方程;
(Ⅱ)(i)设M(-3,m),P(x1,y1),Q(x2,y2),PQ的中点为N(x0,y0),kMF=-m,设直线PQ的方程为x=my-2,代入椭圆方程,运用韦达定理和中点坐标公式,结合三点共线的方法:斜率相等,即可得证;
(ii)利用两点间距离公式及弦长公式将$\frac{|MF|}{|PQ|}$表示出来,由换元法和基本不等式,可得$\frac{|MF|}{|PQ|}$取最小值时的条件获得等量关系,从而确定点M的坐标.
解答 解:(Ⅰ)由题意可得c=2,
短轴的两个端点与长轴的一个端点构成正三角形,可得
a=$\frac{\sqrt{3}}{2}$•2b,即有a=$\sqrt{3}$b,a2-b2=4,
解得a=$\sqrt{6}$,b=$\sqrt{2}$,
则椭圆方程为$\frac{{x}^{2}}{6}$+$\frac{{y}^{2}}{2}$=1;
(Ⅱ)设M(-3,m),P(x1,y1),Q(x2,y2),
PQ的中点为N(x0,y0),kMF=-m,
(i)证明:由F(-2,0),可设直线PQ的方程为x=my-2,
代入椭圆方程可得(m2+3)y2-4my-2=0,
∴y1+y2=$\frac{4m}{3+{m}^{2}}$,y1y2=-$\frac{2}{3+{m}^{2}}$,
于是N(-$\frac{6}{3+{m}^{2}}$,$\frac{2m}{3+{m}^{2}}$),
则直线ON的斜率kON=-$\frac{m}{3}$,
又kOM=-$\frac{m}{3}$,
∴kOM=kON,
∴O,N,M三点共线,即有OM平分线段PQ;
(ii)由两点间距离公式得|MF|=$\sqrt{1+{m}^{2}}$,
由弦长公式得|PQ|=$\sqrt{1+{m}^{2}}$•|y1-y2|
=$\sqrt{1+{m}^{2}}$•$\sqrt{({y}_{1}+{y}_{2})^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}}$=$\sqrt{1+{m}^{2}}$•$\frac{\sqrt{24({m}^{2}+1)}}{3+{m}^{2}}$,
∴$\frac{|MF|}{|PQ|}$=$\frac{3+{m}^{2}}{2\sqrt{6}•\sqrt{1+{m}^{2}}}$,
令t=$\sqrt{1+{m}^{2}}$(t≥1),
则$\frac{|MF|}{|PQ|}$=$\frac{{t}^{2}+2}{2\sqrt{6}t}$=$\frac{1}{2\sqrt{6}}$(t+$\frac{2}{t}$)≥$\frac{1}{2\sqrt{6}}$•2$\sqrt{2}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$(当且仅当t2=2时,取“=”号),
∴当$\frac{|MF|}{|PQ|}$最小时,由t2=2=m2+1,得m=1或m=-1,
此时点M的坐标为(-3,1)或(-3,-1).
点评 本题考查椭圆的方程和性质,主要考查椭圆方程的运用,注意联立直线方程,运用韦达定理和中点坐标公式,同时考查弦长公式和基本不等式的运用,属于中档题.
| A. | $\frac{1}{a}$>$\frac{1}{b}$ | B. | ac>bc | C. | $\sqrt{a}$>$\sqrt{b}$ | D. | $\frac{a}{c}$>$\frac{b}{c}$ |
| A. | 充分不必要条件 | B. | 必要不充分条件 | ||
| C. | 充要条件 | D. | 既非充分也分必要条件 |
| A. | $\frac{13π}{2}+\sqrt{3}$ | B. | $\frac{(12+\sqrt{3})π}{6}$ | C. | $\frac{15π}{2}$ | D. | $\frac{(6+\sqrt{3})π}{3}$ |
| A. | ¬p | B. | p∧q | C. | ¬p∨q | D. | ¬p∨¬q |