问题 解答题
设x、y∈R,
i
j
为直角坐标平面内x、y轴正方向上的单位向量,
a
=x
i
+(y+2)
j
b
=x
i
+(y-2)
j
,且|
a
|+|
b
|=8.
(1)求点M(x,y)的轨迹C的方程;
(2)过点(0,3)作直线l与曲线C交于A、B两点,设
OP
=
OA
+
OB
,是否存在这样的直线l,使得四边形OAPB是矩形?若存在,求出直线l的方程;若不存在,试说明理由.
答案

(1)∵

a
=xi+(y+2)j,
b
=xi+(y-2)j,且|
a
|+|
b
|=8,

∴点M(x,y)到两个定点F1(0,-2),F2(0,2)的距离之和为8.

c=2,a=4,则b=

16-4
=2
3

∴轨迹C为以F1、F2为焦点的椭圆,方程为

x2
12
+
y2
16
=1.

(2)∵l过y轴上的点(0,3),

若直线l是y轴,则A、B两点是椭圆的顶点.

OP
=
OA
+
OB
=0,

∴P与O重合,与四边形OAPB是矩形矛盾.

∴直线l的斜率存在.设l方程为y=kx+3,A(x1,y1),B(x2,y2),

由y=kx+3,

x2
12
+
y2
16
=1,消y得(4+3k2)x2+18kx-21=0.

此时,△=(18k2)-4(4+3k2)>0恒成立且x1+x2=-

18k
4+3k2
,x1x2=-
21
4+3k2

OP
=
OA
+
OB

∴四边形OAPB是平行四边形.若存在直线l,使得四边形OAPB是矩形,则OA⊥OB,即

OA
OB
=0.

OA
=(x1,y1),
OB
=(x2,y2),

OA
OB
=x1x2+y1y2=0,

即(1+k2)x1x2+3k(x1+x2)+9=0,

即(1+k2)•(-

21
4+3k2
)+3k•(-
18k
4+3k2
)+9=0,即k2=
5
16
,得k=±
5
4

∴存在直线l:y=±

5
4
x+3,使得四边形OAPB是矩形.

单项选择题
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