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.
(Ⅰ)设动点为M,其坐标为(x,y),
当x≠±a时,由条件可得kMA1•kMA2=•=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+ =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+=1,C是焦点在x轴上的椭圆;
当m>0时,曲线C的方程为-=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,0),F2(a,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=a2① | 2a|y0|=|m|a2 ② |
| |
由①得0<|y0|≤a,由②得|y0|=,
当0<≤a,即≤m<0,或0<m≤时,
存在点N,使S=|m|a2,
当>a,即-1<m<,或m>时,不存在满足条件的点N.
当m∈[,0)∪(0,]时,由=(-a-x0,-y0),=(a-x0,-y0),
可得•=x02-(1+m)a2+y02=-ma2.
令||=r1,||=r2,∠F1NF2=θ,
则由•=r1r2cosθ=-ma2,可得r1r2=-,
从而s=r1r2sinθ=-=-ma2tanθ,于是由S=|m|a2,
可得-ma2tanθ=|m|a2,即tanθ=-,
综上可得:当m∈[,0)时,在C1上存在点N,使得△F1NF2的面积S=|m|a2,且tanθ=2;
当m∈(0,]时,在C1上存在点N,使得△F1NF2的面积S=|m|a2,且tanθ=-2;
当(-1,)∪(,+∞)时,不存在满足条件的点N.