问题 解答题
已知椭圆M:
x2
a2
+
y2
b2
=1  (a>b>0)
的四个顶点恰好是一边长为2,一内角为60°的菱形的四个顶点.
(Ⅰ)求椭圆M的方程;
(Ⅱ)直线l与椭圆M交于A,B两点,且线段AB的垂直平分线经过点(0,  -
1
2
)
,求△AOB(O为原点)面积的最大值.
答案

(Ⅰ)因为椭圆

x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的四个顶点恰好是一边长为2,一内角为60°的菱形的四个顶点,

∴a=

3
,b=1,椭圆M的方程为:
x2
3
+y2=1…4分

(Ⅱ)设A(x1,y1),B(x2,y2),因为AB的垂直平分线经过点(0,-

1
2
),显然直线AB有斜率,

当直线AB的斜率为0时,AB的垂直平分线为y轴,则x1=-x2,y1=y2

所以S△AOB=

1
2
|2x1||y1|=|x1||y1|=|x1|•
1-
x12
3
=
x12(1-
x12
3
)
=
1
3
x
1
2
(1-x12)

x12(3-x12)
x12+(3-x12)
2
=
3
2

∴S△AOB

3
2
,当且仅不当|x1|=
6
2
时,S△AOB取得最大值为
3
2
…7分

当直线AB的斜率不为0时,则设AB的方程为y=kx+t,

所以

y=kx+t
x2
3
+y2=1
,代入得到(3k2+1)x2+6ktx+3t2-3=0,

当△=4(9k2+3-3t2)>0,即3k2+1>t2①,方程有两个不同的实数解;

又x1+x2=

-6kt
3k2+1
x1+x2
2
=
-3kt
3k2+1
…8分

所以

y1+y2
2
=
t
3k2+1
,又
y1+y2
2
+
1
2
0-
x1+x2
2
=-
1
k
,化简得到3k2+1=4t②

代入①,得到0<t<4,…10分

又原点到直线的距离为d=

|t|
k2+1

|AB|=

1+k2
|x1-x2|=
1+k2
4(9k2+3-3t2)
3k2+1

所以S△AOB=

1
2
|AB||d|=
1
2
|t|
k2+1
1+k2
4(9k2+3-3t2)
3k2+1

化简得:S△AOB=

1
4
3(4t-t2)
…12分

∵0<t<4,所以当t=2时,即k=±

7
3
时,S△AOB取得最大值为
3
2

综上,S△AOB取得最大值为

3
2
…14分

综合
问答题