题目内容

给定椭圆C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0),称圆心在原点O、半径是
a2+b2
的圆为椭圆C的“准圆”.已知椭圆C的一个焦点为F(
2
,0),其短轴的一个端点到点F的距离为
3
.
(Ⅰ)求椭圆C及其“准圆”的方程
(Ⅱ)若点A是椭圆C的“准圆”与x轴正半轴的交点,B,D是椭圆C上的相异两点,且BD⊥x轴,求
AB
•
AD
的取值范围;
(Ⅲ)在椭圆C的“准圆”上任取一点P(1,
3
),过点P作两条直线l1,l2,使得l1,l2与椭圆C都只有一个公共点,且l1,l2分别与椭圆的“准圆”交于M,N两点.证明:直线MN过原点O.
考点:直线与圆锥曲线的综合问题
专题:圆锥曲线中的最值与范围问题
分析:(Ⅰ)由题意知c=
2
,a=
b2+c2
=
3
,由此能求出椭圆C的方程和其“准圆”.
(Ⅱ)由题意,设B(m,n),D(m,-n),(-
3
<m<
3
,则有
m2
3
+n2=1
,又A点坐标为(2,0),故
AB
=(m-2,n)
,
AD
=(m-2,-n)
,由此能求出
AB
•
AD
的取值范围.
(Ⅲ)由已知条件证明l1⊥l2,由此得到MN是准圆的直径,从而能证明直线MN过原点O.
解答: (Ⅰ)解:由题意知c=
2
,a=
b2+c2
=
3
,解得b=1,
∴椭圆C的方程为
x2
3
+y2=1
,其“准圆”为x2+y2=4.
(Ⅱ)解:由题意,设B(m,n),D(m,-n),(-
3
<m<
3
,则有
m2
3
+n2=1
,
又A点坐标为(2,0),故
AB
=(m-2,n)
,
AD
=(m-2,-n)
,
∴
AB
•
AD
=(m-2)2-n2=m2-4m+4-(1-
m2
3
)

=
4
3
m2-4m+3
=
4
3
(m-
3
2
)2
,
又-
3
<m<
3
,∴
4
3
(m-
3
2
)2
∈[0,7+4
3
).
∴
AB
•
AD
的取值范围是[0,7+4
3
).
(Ⅲ)设P(s,t),则s2+t2=4,
当s=±
3
时,t=±1,则l1,l2其中之一斜率不存在,另一条斜率为0,
∴l1⊥l2.
当t≠±
3
时,设过P(s,t)且与有一个公共点的直线l的斜率为k,
则l的方程为y-t=k(x-s),代入椭圆C的方程,得:
x2+3[k(x-s)+t]2=3,即(3k2+1)x2-6k(t-ks)x+3(t-kt)2-3=0,
由△=36k2(t-ks)2-4(3k2+1)[3(t-kt)2-3]=0,
得(3-t2)k2+2stk+t2-3=0,其中3-t2≠0,
设l1,l2的斜率分别为k1,k2,则k1,k2分别是上述方程的两个根,
∴k1k2=-1,∴l1⊥l2.
综上所述,l1⊥l2,
∴MN是准圆的直径,∴直线MN过原点O.
点评:本题主要考查了椭圆的标准方程、直线与圆锥曲线的综合问题,突出考查了数形结合、分类讨论、函数与方程、等价转化等数学思想方法,要求考生分析问题和解决问题的能力、计算能力较高.
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