题目内容

在椭圆中,称过焦点且垂直于长轴的直线被椭圆所截得的弦为椭圆的“通径”.已知椭圆C:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1、F2,其离心率为
1
2
,通径长为3.
(1)求椭圆C的方程;
(2)如图所示,过点F1的直线与椭圆交于A、B两点,I1、I2分别为△F1BF2、△F1AF2的内心,延长BF2与椭圆交于点M,求四边形F1I2F2I1的面积与△AF2B的面积的比值;
(3)在x轴上是否存在定点P,使得
PM
•
PB
为定值?若存在,求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
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:(1)由题意可知:e=
c
a
=
1
2
,通径为2
b2
a
=3
,由此能求出椭圆C的方程.
(2)由于I1、I2分别为△F1BF2、△F1AF2的内心,根据内心的性质和等面积法,得点△F1BF2内切圆的半径r1=
S△F1BF2
1
2
(F1B+F1F2+F2B)
=
S△F1BF2
a+c
,点△F1AF2内切圆的半径r2=
S△F1AF2
1
2
(F1B+F1F2+F2B)
=
S△F1AF2
a+c
,由此能求出四边形F1I2F2I1的面积与△AF2B的面积的比值.
(3)若存在点P,使得
PM
,
PB
为定值,设点P(x0,0),lBM的方程为y=k(x-1),联立
x2
4
+
y2
3
=1
y=k(x-1)
,得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0,由此利用韦达定理结合已知条件能求出
PM
•
PB
为定值-
135
64
.
解答: 解:(1)由题意可知:e=
c
a
=
1
2
,通径为2
b2
a
=3
,
解得:a=2,b=
3

故椭圆C的方程为:
x2
4
+
y2
3
=1
.(3分)
(2)由于I1、I2分别为△F1BF2、△F1AF2的内心,
根据内心的性质和等面积法可知:
点△F1BF2内切圆的半径r1=
S△F1BF2
1
2
(F1B+F1F2+F2B)
=
S△F1BF2
a+c
,
同理可得:点△F1AF2内切圆的半径:
r2=
S△F1AF2
1
2
(F1B+F1F2+F2B)
=
S△F1AF2
a+c
,(5分)
∴四边形F1I2F2I1的面积与△AF2B的面积的比值:
SF1I2F1I1
S△AF1B
=
SF1I1F2+SF1I2F2
S△F1BE+S△F1AF2

=
1
2
(r1+r2)•2c
S△F1BF1+S△F1AF2
=
c
a+c
=
1
3
.
(3)若存在点P,使得
PM
,
PB
为定值,设点P(x0,0),
若直线BM的斜率不存在,lBM的方程为:x=1,B(1,
3
2
),M(1,-
3
2
),
则
PM
•
PB
=(x0-1)2-
9
4
,
若直线BM的斜率存在,lBM的方程为y=k(x-1),
点B(x1,y1),点M(x2,y2),
联立
x2
4
+
y2
3
=1
y=k(x-1)
,得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0,
根据韦达定理可得:x1+x2=
8k2
4k2+3
,x1x2=
4k2-12
4k2+3
,
由于
PM
=(x2-x0,y2)
,
PB
=(x1-x0,y1)

则
PM
•
PB
=x1x2-(x1+x2)x0+
x
2
0
+y1y2=(k2+1)x1x2-(x0+k2)(x1+x2)+k2+
x
2
0
,
整理可得:
(4
x
2
0
-8x0-5)k2+3
x
2
0
-12
4k2+3
=λ
(λ为常数),(10分)
则(4
x
2
0
-8x0-5-4λ)k2+3
x
2
0
-12-3λ=0
对?k∈R恒成立,
故
4x02-8x0-5-4λ=0
3x02-12-3λ=0
,解得
x0=
11
8
λ=-
135
64
,(12分)
经验证直线BM的斜率不存在时,
PM
•
PB
=(x0-1)2-
9
4
=-
135
64
,
∴存在点P(
11
8
,0),使得
PM
•
PB
=(x0-1 )2-
9
4
=-
135
64
,
∴存在点P(
11
8
,0),使得
PM
•
PB
为定值-
135
64
.(13分)
点评:本题考查椭圆方程的求法,考查四边形与三角形面积比值的求法,考查向量的数量积为定值的求法,解题时要认真审题,注意函数与方程思想的合理运用.
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