问题 解答题
在直角坐标系xOy中,点P到两点(0,-
3
)
(0,
3
)
的距离之和等于4,设点P的轨迹为C.
(1)求曲线C的方程;
(2)过点(0,
3
)
作两条互相垂直的直线l1,l2分别与曲线C交于A,B和CD.
①以线段AB为直径的圆过能否过坐标原点,若能求出此时的k值,若不能说明理由;
②求四边形ABCD面积的取值范围.
答案

(1)设P(x,y),由椭圆定义可知,点P的轨迹C是以(0,-

3
),(0,
3
)为焦点,长半轴为2的椭圆.它的短半轴b=
22-(
3
)
2
=1
,故曲线C的方程为x2+
y2
4
=1

(2)①设直线l1:y=kx+

3
,A(x1,y1),B(x2,y2),其坐标满足
x2+
y2
4
=1
y=kx+
3
.

消去y并整理得(k2+4)x2+2

3
kx-1=0,

x1+x2=-

2
3
k
k2+4
x1x2=-
1
k2+4

以线段AB为直径的圆过坐标原点,则

OA
OB
,即x1x2+y1y2=0.

y1y2=k2x1x2+

3
k(x1+x2)+3,

于是x1x2+y1y2=-

1
k2+4
-
k2
k2+4
-
6k2
k2+4
+3=0,

化简得-4k2+11=0,所以k2=

11
4

②由①,|AB|=

1+k2
|x1-x2|=
1+k2
(x1+x2)2-4x1x2
=
1+k2
4
k2+1
k2+4
=
4(k2+1)
k2+4

将上式中的k换为-

1
k
|CD|=
4(k2+1)
4k2+1

由于AB⊥CD,故四边形ABCD的面积为S=

1
2
|AB||CD|=
8(1+k2)2
(k2+4)(4k2+1)

令k2+1=t,则S=

8t2
(t+3)(4t-3)
=
8t2
4t2+9t-9
=
8
-9(
1
t
)
2
+9(
1
t
)+4
=
8
-9(
1
t
-
1
2
)
2
+
25
4

1
t
∈(0,1),故4<-9(
1
t
-
1
2
)2+
25
4
25
4
,故
32
25
≤S<2

当直线l1或l2的斜率有一个不存在时,另一个斜率为0,不难验证此时四边形ABCD的面积为2,

故四边形ABCD面积的取值范围是[

32
25
,2].

单项选择题
问答题