题目内容

15.已知椭圆$\frac{x^2}{a^2}$+$\frac{y^2}{b^2}$=1(a>b>0})的左顶点为(-$\sqrt{5}$,0),其离心率等于$\frac{{2\sqrt{5}}}{5}$.
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)若椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,O为坐标原点,点O关于直线x+y-2=0的对称点为F,以F为圆心,经过F2的圆记为F,经过原点的直线l交椭圆和圆F所得的弦长分别为m,n,求当mn取最大值时,直线l的方程.

分析 (I)由题意可得:$\left\{\begin{array}{l}{a=\sqrt{5}}\\{\frac{c}{a}=\frac{2\sqrt{5}}{5}}\\{{a}^{2}={b}^{2}+{c}^{2}}\end{array}\right.$,解出即可得出.
(II)F1(-2,0),F2(2,0).设点O关于直线x+y-2=0的对称点为F(s,t),利用垂直平分线的性质可得:F(2,2).可得⊙F的方程为:(x-2)2+(y-2)2=4.
设直线l的方程为:y=kx,与椭圆相交于点M(x1,y1),N(x2,y2);与⊙F相交于G,H.与椭圆方程联立可得:${x}_{M}^{2}$=$\frac{5}{1+{5k}^{2}}$,${y}_{M}^{2}$=$\frac{5{k}^{2}}{1+5{k}^{2}}$,可得|MN|2=4(${x}_{M}^{2}$+${y}_{M}^{2}$).圆心F到直线l的距离d=$\frac{|2k-2|}{\sqrt{{k}^{2}+1}}$,可得|GH|2=4(R2-d2).可得(mn)2=$\frac{640k}{1+5{k}^{2}}$,利用基本不等式的性质即可得出.

解答 解:(I)由题意可得:$\left\{\begin{array}{l}{a=\sqrt{5}}\\{\frac{c}{a}=\frac{2\sqrt{5}}{5}}\\{{a}^{2}={b}^{2}+{c}^{2}}\end{array}\right.$,解得$a=\sqrt{5}$,c=2,b=1.
∴椭圆的方程为$\frac{{x}^{2}}{5}+{y}^{2}=1$.
(II)F1(-2,0),F2(2,0).
设点O关于直线x+y-2=0的对称点为F(s,t),
则$\left\{\begin{array}{l}{\frac{t}{s}=1}\\{\frac{s}{2}+\frac{t}{2}-2=0}\end{array}\right.$,解得s=t=2.
∴F(2,2).
|FF2|=2.
∴⊙F的方程为:(x-2)2+(y-2)2=4.
设直线l的方程为:y=kx,(k>0).与椭圆相交于点M(x1,y1),N(x2,y2);与⊙F相交于G,H.
联立$\left\{\begin{array}{l}{y=kx}\\{{x}^{2}+5{y}^{2}=5}\end{array}\right.$,解得${x}_{M}^{2}$=$\frac{5}{1+{5k}^{2}}$,${y}_{M}^{2}$=$\frac{5{k}^{2}}{1+5{k}^{2}}$,
∴|MN|2=4(${x}_{M}^{2}$+${y}_{M}^{2}$)=4($\frac{5}{1+{5k}^{2}}$+$\frac{5{k}^{2}}{1+5{k}^{2}}$)=$\frac{20(1+{k}^{2})}{1+5{k}^{2}}$.
圆心F到直线l的距离d=$\frac{|2k-2|}{\sqrt{{k}^{2}+1}}$,
∴|GH|2=4(R2-d2)=4$(4-\frac{(2k-2)^{2}}{{k}^{2}+1})$=$\frac{32k}{1+{k}^{2}}$.
∴(mn)2=$\frac{20(1+{k}^{2})}{1+5{k}^{2}}$×$\frac{32k}{1+{k}^{2}}$=$\frac{640k}{1+5{k}^{2}}$=$\frac{640}{\frac{1}{k}+5k}$$≤\frac{640}{2\sqrt{5}}$=64$\sqrt{5}$,当且仅当k=$\frac{\sqrt{5}}{5}$时取等号.
∴直线l的方程为:y=$\frac{\sqrt{5}}{5}x$.

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根与系数的关系、弦长公式、圆的性质、两点之间的距离公式、点到直线的距离公式,考查了推理能力与计算能力,属于难题.

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