问题 解答题
已知抛物线 x2=4y的焦点是椭圆 C:
x2
n2
+
y2
b2
=1(a>b>0)
一个顶点,椭圆C的离心率为
3
2
.另有一圆O圆心在坐标原点,半径为
a2+b2

(I)求椭圆C和圆O的方程;
(Ⅱ)已知过点P(0,
a2+b2
)的直线l与椭圆C在第一象限内只有一个公共点,求直线l被圆O截得的弦长;
(Ⅲ)已知M(x0,y0)是圆O上任意一点,过M点作直线l1,l2,使得l1,l2与椭圆C都只有一个公共点,求证:l1⊥l2
答案

(I)由x2=4y可得抛物线焦点坐标为(0,1),∴b=1,

又∵e=

3
2
,∴
c2
a2
=
3
4
,∵a2=b2+c2,∴a2=4,

a2+b2
=
5

∴椭圆C的方程为

x2
4
+y2=1,圆O的方程为x2+y2=5.

(Ⅱ)∵过点P(0,

5
)的直线l与椭圆C在第一象限内只有一个公共点,

∴直线l的斜率存在,设l的方程为y=kx+

5
,k<0

y=kx+
5
x2
4
+y2=1
,得x2+4(kx+
5
)2=4

即(1+4k2)x2+8

5
kx+16=0,

△=(8

5
k)2-64(1+4k2)=0,

∴k2=1,又k<0,k=-1,

∴直线l方程为y=-x+

5

圆心O到直线l方程为y=-x+

5

圆心O到直线l的距离d=

5
2
=
10
2

∴直线l被圆O截得的弦长为2

5-(
10
2
)2
=
10

 (Ⅲ)证明:若点M的坐标为(2,1),(2,-1),(-2,-1),(-2,1),

则过这四点分别作满足条件的直线l1,l2

若一条直线斜率为0,则另一条斜率不存在,则l1⊥l2

若直线l1,l2斜率都存在,则设过M与椭圆只有一个公共点的直线方程为y-y0=k(x-x0),

y=kx+(y0-kx0)
x2
4
+y2=1
,得x2+4[kx+(y0-kx0)]2=4,

即(1+4k2)x2+8k(y0-kx0)•x+4(y0-kx0)2-4=0,

则△=[8k(y0-kx0)]2-4(1+4k2)[4(y0-kx02-4]=0,

化简得(4-x02)k2+2x0y0k+1-y02=0,

x02+y02=5

∴(4-x02)k2+2x0yk+x02-4=0,

设l1,l2的斜率分别为k1,k2,因为l1,l2与椭圆都只有一个公共点,

所以k1,k2满足(4-x02)k2+2x0yk+x02-4=0,

∴k1•k2=

x02-4
4-x02
=-1,

∴l1⊥l2

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