问题 解答题
已知P、Q、M、N四点都在中心为坐标原点,离心率为
2
2
,左焦点为F(-1,0)的椭圆C上,已知
PF
FQ
共线,
MF
FN
共线,
PF
MF
=0.
(1)求椭圆C的方程;
(2)试用直线PQ的斜率k(k≠0)表示四边形PMQN的面积S,求S的最小值.
答案

(1)设椭圆方程为

x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0),则a2=b2+c2

c=1,

c
a
=
2
2

∴a=

2
,b=1

∴椭圆的方程为

x2
2
+y2=1;

(2)由题意,PQ与MN垂直于F,设PQ的方程为y=k(x+1),与椭圆方程联立,可得

(1+2k2)x2+4k2x+2k2-2=0

设点P(x1,y1),Q(x2,y2),则x1+x2=-

4k2
1+2k2
x1x2=
2k2-2
1+2k2

∴|PQ|=

1+k2
|x1-x2|=
2
2
(1+k2)
1+2k2

同理,|MN|=

2
2
(1+k2)
2+k2

∴SPMQN=

1
2
|PQ||MN|=2-
2k2
2k4+5k2+2
=2-
2
2k2+
2
k2
+5
16
9

当且仅当k=±1时,取等号

∴四边形PMQN的面积的最小值为

16
9

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