问题 解答题
已知椭圆C的中心在原点,离心率等于
2
3
,右焦点F是圆(x-1)2+y2=1的圆心,过椭圆上位于y轴左侧的一动点P作该圆的两条切线分别交y轴于M、N两点.
(Ⅰ)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)求线段MN的长的最大值,并求出此时点P的坐标.
答案

(I)设椭圆C的方程为

x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)

∵椭圆C的右焦点F是圆(x-1)2+y2=1的圆心F(1,0),

∴c=1,结合离心率e=

c
a
=
2
3
,得a=
3
2

因此,b2=a2-c2=

5
4
,得椭圆C的方程为
x2
9
4
+
y2
5
4
=1

(II)设P(x0,y0),M(0,m),N(0,n),

可得直线PM的方程:y-m=

y0-m
x0
x,

化简得(y0-m)x-x0y+x0m=0.

又圆心(1,0)到直线PM的距离为1,

|y0-m+x0m|
(y0-m)2+x02
=1,

平方化简得(y0-m)2+x02=(y0-m)2+2x0m(y0-m)+x02m2

整理可得(x0-2)m2+2y0m-x0=0,同理可得(x0-2)n2+2y0n-x0=0.

因此,m、n是方程(x0-2)t2+2y0t-x0=0的两个不相等的实数根

∴m+n=

-2y0
x0-2
,mn=
-x0
x0-2

∴|MN|=|m-n|=

(m+n)2-4mn
=
4x02+4y02-8x0
(x0-2)2

∵P(x0,y0)是椭圆

x2
9
4
+
y2
5
4
=1上的点,

x02
9
4
+
y02
5
4
=1,可得y02=
5
4
(1-
x02
9
4
)
=
5
4
-
5
9
x02

因此,|MN|=

4x02+(5-
20
9
x02)-8x0
(x0-2)2
=
16
9
x02-8x0+5
(x0-2)2

记F(x0)=

16
9
x02-8x0+5
(x0-2)2
,得F'(x)=
8
9
x0+6
(x0-2)3

∵椭圆上动点P位于y轴左侧,可得x0∈[-

3
2
,0),而-
3
2
≤x0<0时F'(x)=
8
9
x0+6
(x0-2)3
<0

∴F(x0)是上的减函数,可得F(x0)的最大值为F(-

3
2
)=
12
7
,此时|MN|=
2
21
7

因此线段MN的长的最大值为

2
21
7
,出此时点P的坐标为(-
3
2
,0).

问答题
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