问题 解答题

平面内与两定点A1(-a,0),A2(a,0)(a>0)连线的斜率之积等于非零常数m的点的轨迹,加上A1、A2两点所成的曲线C可以是圆、椭圆成双曲线.

(Ⅰ)求曲线C的方程,并讨论C的形状与m值的关系;

(Ⅱ)当m=-1时,对应的曲线为C1;对给定的m∈(-1,0)∪(0,+∞),对应的曲线为C2,设F1、F2是C2的两个焦点.试问:在C1上,是否存在点N,使得△F1NF2的面积S=|m|a2.若存在,求tanF1NF2的值;若不存在,请说明理由.

答案

(Ⅰ)设动点为M,其坐标为(x,y),

当x≠±a时,由条件可得kMA1kMA2=

y
x-a
y
x+a
=m,

即mx2-y2=ma2(x≠±a),

又A1(-a,0),A2(a,0)的坐标满足mx2-y2=ma2

当m<-1时,曲线C的方程为

x2
a2
+
y2
-ma2
 =1,C是焦点在y轴上的椭圆;

当m=-1时,曲线C的方程为x2+y2=a2,C是圆心在原点的圆;

当-1<m<0时,曲线C的方程为

x2
a2
+
y2
-ma2
=1,C是焦点在x轴上的椭圆;

当m>0时,曲线C的方程为

x2
a2
-
y2
ma2
=1,C是焦点在x轴上的双曲线;

(Ⅱ)由(I)知,当m=-1时,C1方程为x2+y2=a2

当m∈(-1,0)∪(0,+∞)时,C2的焦点分别为F1(-a

1+m
,0),F2(a
1+m
,0),

对于给定的m∈(-1,0)∪(0,+∞),C1上存在点N(x0,y0)(y0≠0),使得△F1NF2的面积S=|m|a2

的充要条件为

x02+y02=a2
1
2
2a
1+m
|y0|=|m|a2  ②

由①得0<|y0|≤a,由②得|y0|=

|m|a
1+m

当0<

|m|a
1+m
≤a,即
1-
5
2
≤m<0
,或0<m≤
1+
5
2
时,

存在点N,使S=|m|a2

|m|a
1+m
>a,即-1<m<
1-
5
2
,或m>
1+
5
2
时,不存在满足条件的点N.

当m∈[

1-
5
2
,0)∪(0,
1+
5
2
]时,由
NF1
=(-a
1+m
-x0,-y0),
NF2
=(a
1+m
-x0,-y0),

可得

NF1
NF2
=x02-(1+m)a2+y02=-ma2

|

NF1
|=r1,|
NF2
|=r2,∠F1NF2=θ,

则由

NF1
NF2
=r1r2cosθ=-ma2,可得r1r2=-
ma2
cosθ

从而s=

1
2
r1r2sinθ=-
ma2sinθ
2cosθ
=-
1
2
ma2tanθ
,于是由S=|m|a2

可得-

1
2
ma2tanθ=|m|a2,即tanθ=-
2|m|
m

综上可得:当m∈[

1-
5
2
,0)时,在C1上存在点N,使得△F1NF2的面积S=|m|a2,且tanθ=2;

当m∈(0,

1+
5
2
]时,在C1上存在点N,使得△F1NF2的面积S=|m|a2,且tanθ=-2;

(-1,

1-
5
2
)∪(
1+
5
2
,+∞)时,不存在满足条件的点N.

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