问题 解答题
已知椭圆E:
x2
a2
+
y2
b2
=1
(a,b>0)与双曲线G:x2-y2=4,若椭圆E的顶点恰为双曲线G的焦点,椭圆E的焦点恰为双曲线G的顶点.
(Ⅰ)求椭圆E的方程;
(Ⅱ)是否存在一个以原点为圆心的圆,使得该圆的任意一条切线与椭圆E恒有两个交点A、B,且
OA
OB
?若存在请求出该圆的方程,若不存在请说明理由.
答案

(1)由双曲线G:x2-y2=4,得焦点(±2

2
,0),顶点(±2,0).

∵椭圆E的顶点恰为双曲线G的焦点,∴a2=(2

2
)2=8,c2=22=4,∴b2=8-4=4.

∴椭圆E的方程为

x2
8
+
y2
4
=1;

(2)假设存在一个以原点O为圆心的圆x2+y2=r2,使得该圆的任意一条切线与椭圆E恒有两个交点A、B,且

OA
OB

当切线l的斜率存在时,设l的方程为y=kx+t,与椭圆的两个交点A(x1,y1),B(x2,y2).

联立

y=kx+t
x2
8
+
y2
4
=1
,消去y得到关于x的方程(1+2k2)x2+4ktx+2t2-8=0,

必须满足△=16k2t2-4(1+2k2)(2t2-8)>0,即8k2+4>t2(*).

∴x1+x2=-

4kt
1+2k2
x1x2=
2t2-8
1+2k2
.(**)

∵直线l与圆x2+y2=r2,∴

|t|
1+k2
=r,化为t2=r2(1+k2).①

OA
OB
,∴x1x2+y1y2=0.

又y1=kx1+t,y2=kx2+t.

代入上式得(1+k2)x1x2+kt(x1+x2)+t2=0

把(**)代入上式得

(1+k2)(2t2-8)
1+2k2
-
4k2t2
1+2k2
+t2=0,

化为3t2=8(k2+1),②满足(*)式.

由①②可得r2=

8
3

因此此时存在满足条件的圆为x2+y2=

8
3

当切线l的斜率不存在时,也满足上述方程.

综上可知:存在一个以原点O为圆心的圆x2+y2=

8
3
,使得该圆的任意一条切线与椭圆E恒有两个交点A、B,且
OA
OB

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