问题 解答题
设x,y∈R,
i
j
,为直角坐标平面内x轴,y轴正方向上的单位向量,若向量
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为菱形?若存在,求出直线l的方程;若不存在,请说明理由.
答案

(1)∵

a
=x
i
+(y+2)
j
b
=x
i
+(y-2)
j

∴|

a
|=
x2+(y+2)2
,|
b
|=
x2+(y-2)2

设F1(0,-2),F2(0,2),动点M(x,y),可得|

a
|、|
b
|分别表示点M到F1、F2的距离.

∵|

a
|+|
b
|=8,即M到F1、F2的距离之和等于8,

∴点M(x,y)的轨迹C是以F1(0,-2),F2(0,2)为焦点,长轴长为8的椭圆,

可得a=4,c=2,b2=a2-c2=12,

可得椭圆方程为

y2
16
+
x2
12
=1,即为点M(x,y)的轨迹C的方程;

(2)由于直线l过点(0,3),故

①当直线l为y轴时,A、B为椭圆的顶点,可得

OP
=
OA
+
OB
=
0

此时点P与原点重合,不符合题意;

②当直线l与x轴不垂直时,设方程为y=kx+3,A(x1,y1),B(x2,y2

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

此时△=(18k)2-4(4+3k2)•(-21)=576k2+336>0恒成立

x1+x2=

-18k
4+3k2
,代入直线得y1+y2=k(x1+x2)+6=
24
4+3k2

OP
=
OA
+
OB
,∴四边形OAPB是平行四边形,

若四边形OAPB是菱形,则|

OA
|=|
OB
|

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

x12+y12=x22+y22,化简得(x1+x2)(x1-x2)+(y1+y2)(y1-y2)=0

 可得l的斜率k=

y1-y2
x1-x2
=-
x1+x2
y1+y2
=-
-18k
4+3k2
24
4+3k2
=-
3k
4

解之得k=0,因此存在直线y=3,使得四边形OAPB为菱形.

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