问题 解答题
已知椭圆E:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)
的长轴长是短轴长的两倍,且过点C(2,1),点C关于原点O的对称点为点D.
(I)求椭圆E的方程;
(Ⅱ)点P在椭圆E上,直线CP和DP的斜率都存在且不为0,试问直线CP和DP的斜率之积是否为定值?若是,求此定值;若不是,请说明理由:
(Ⅲ)平行于CD的直线l交椭圆E于M,N两点,求△CMN面积的最大值,并求此时直线l的方程.
答案

(Ⅰ)∵2a=2•2b,∴a=2b.

设椭圆方程为

x2
2b2
+
y2
b2
=1.

椭圆E过点C(2,1),

代入椭圆方程得

22
4b2
+
1
b2
=1,解得b=
2
,则a=2
2

所以所求椭圆E的方程为

x2
8
+
y2
2
=1;

(Ⅱ)依题意得D(-2,-1)在椭圆E上.

CP和DP的斜率KCP和KDP均存在.

设P(x,y),则kCP=

y-1
x-2
kDP=
y+1
x+2

kCPkDP=

y-1
x-2
y+1
x+2
=
y2-1
x2-4

又∵点P在椭圆E上,

x2
8
+
y2
2
=1,∴x2=8-4y2,代入①得,

kCPkDP=

y2-1
x2-4
=
y2-1
8-4y2-4
=-
1
4

所以CP和DP的斜率KCP和KDP之积为定值-

1
4

(Ⅲ)CD的斜率为

1
2
,∵CD平行于直线l,∴设直线l的方程为y=
1
2
x+t

y=
1
2
x+t
x2
8
+
y2
2
=1

消去y,整理得x2+2tx+(2t2-4)=0.

设M(x1,y1),N(x2,y2).

△=4t2-4(2t2-4)=4(4-t2)>0
x1+x2=-2t
x1x2=2t2-4
,得|MN|=
1+k2
|x1-x2|=
1+(
1
2
)2
(x1+x2)2-4x1x2

=

5
4
4t2-4(2t2-4)
=
5
4-t2
(-2<t<2).

d=

|t|
1+
1
4
=
2|t|
5

所以,S=

1
2
|MN|•d=
1
2
5
4-t2
2|t|
5
=|t|•
4-t2
=
t2(4-t2)
4
2
=2

当且仅当t2=4-t2时取等号,即t2=2时取等号

所以△MNC面积的最大值为2.

此时直线l的方程y=

1
2
2

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