问题 解答题
已知离心率为
2
2
的椭圆E:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的焦距为4.
(1)求椭圆E的方程;
(2)若某圆的圆心为坐标原点O,该圆的任意一条切线与椭圆E恒有两个交点A,B,且
OA
OB
,求该圆的方程,并求|AB|的最大值.
答案

(1)由题意,2c=4,

c
a
=
2
2
,∴c=2,a=2
2

∴b2=a2-c2=4,∴椭圆E的方程为

x2
8
+
y2
4
=1;

(2)假设存在圆心在原点的圆,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

设该圆的切线方程为y=kx+m,A(x1,y1),B(x2,y2).

y=kx+m
x2
8
+
y2
4
=1
,可得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-8=0,则△=8(8k2-m2+4)>0,∴8k2-m2+4>0

x1+x2=-

4km
1+2k2
,x1x2=
2m2-8
1+2k2

∴y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+km(x1+x2)+m2=

m2-8k2
1+2k2

要使

OA
OB
,只需x1x2+y1y2=0,即
2m2-8
1+2k2
+
m2-8k2
1+2k2
=0
,所以3m2-8k2-8=0,

所以k2=

3m2-8
8
≥0

又8k2-m2+4>0,所以

m2>2
3m2≥8
,所以m2
8
3
,即m≥
2
6
3
m≤-
2
6
3

因为直线y=kx+m为圆心在原点的圆的一条切线,所以圆的半径为r2=

m2
1+k2
=
8
3

所以所求的圆为x2+y2=

8
3
,此时圆的切线y=kx+m都满足m≥
2
6
3
m≤-
2
6
3

当切线的斜率不存在时切线为x=±

2
6
3
与椭圆
x2
8
+
y2
4
=1的两个交点为(
2
6
3
,±
2
6
3
)或(-
2
6
3
,±
2
6
3
)满足
OA
OB

综上,存在圆心在原点的圆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

因为x1+x2=-

4km
1+2k2
,x1x2=
2m2-8
1+2k2

所以|AB|=

1+k2
|x1-x2|=
32
3
(1+
k2
4k4+4k2+1
)

当k≠0时,|AB|=

32
3
(1+
1
4k2+
1
k2
+4

因为4k2+

1
k2
+4≥8,所以0<
1
4k2+
1
k2
+4
1
8
,所以|AB|≤2
3

当k=0时,或斜率不存在时,计算得|AB|=

4
6
3

综上可得|AB|max=2

3

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