问题 解答题
已知椭圆
x2
a2
+
y2
b2
=1
的两个焦点为F1(-c,0)、F2(c,0),c2是a2与b2的等差中项,其中a、b、c都是正数,过点A(0,-b)和B(a,0)的直线与原点的距离为
3
2

(1)求椭圆的方程;
(2)点P是椭圆上一动点,定点A1(0,2),求△F1PA1面积的最大值;
(3)已知定点E(-1,0),直线y=kx+t与椭圆交于C、D相异两点.证明:对任意的t>0,都存在实数k,使得以线段CD为直径的圆过E点.
答案

(1)在椭圆中,由已知得c2=a2-b2=

a2+b2
2
(1分)

过点A(0,-b)和B(a,0)的直线方程为

x
a
+
y
-b
=1,即bx-ay-ab=0,该直线与原点的距离为
3
2

由点到直线的距离公式得:

ab
a2+b2
=
3
2
(3分)

解得:a2=3,b2=1,

所以椭圆方程为

x2
3
+y2=1(4分)

(2)F1(-

2
,0),直线F1A1的方程为y=
2
x+2
|F1A1|=
6

当椭圆上的点P到直线F1A1距离最大时,△F1PA1面积取得最大值(6分)

设与直线F1A1平行的直线方程为y=

2
x+d,将其代入椭圆方程
x2
3
+
y2
1
=1
得:
7
3
x2+2d
2
x+d2-1=0
,△=0,即8d2-
28
3
d2+
28
3
=0
,解得d2=7,

所以当d=-

7
时,椭圆上的点P到直线F1A1距离最大为
2+
7
3
,此时△F1PA1面积为
1
2
6
2+
7
3
=
2
2
+
14
2
(9分)

(3)证明:将y=kx+t代入椭圆方程,得(1+3k2)x2+6ktx+3t2-3=0,

由直线与椭圆有两个交点,所以△=(6kt)2-12(1+3k2)(t2-1)>0,解得k2

t2-1
3
(11分)

设C(x1,y1)、D(x2,y2),则x1+x2=-

6kt
1+3k2
x1x2=
3(t2-1)
1+3k2

因为以CD为直径的圆过E点,所以

EC
ED
=0,即(x1+1)(x2+1)+y1y2=0,(13分)

而y1y2=(kx1+t)(kx2+t)=k2x1x2+tk(x1+x2)+t2

所以(k2+1)

3(t2-1)
1+3k2
-(tk+1)
6kt
1+3k2
+t2+1=0,解得k=
2t2-1
3t
(14分)

如果k2

t2-1
3
对任意的t>0都成立,则存在k,使得以线段CD为直径的圆过E点.(
2t2-1
3t
)2-
t2-1
3
=
(t2-1)2+t2
9t2
>0
,即k2
t2-1
3

所以,对任意的t>0,都存在k,使得以线段CD为直径的圆过E点.(16分)

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