问题 解答题
已知椭圆E:
x2
a2
+
y2
b2
=1
(a>b>0)的左、右焦点分别为F1、F2,离心率e=
2
2
,点D(0,1)在且椭圆E上,
(Ⅰ)求椭圆E的方程;
(Ⅱ)设过点F2且不与坐标轴垂直的直线交椭圆E于A、B两点,线段AB的垂直平分线与x轴交于点G(t,0),求点G横坐标的取值范围.
(Ⅲ)试用表示△GAB的面积,并求△GAB面积的最大值.
答案

(Ⅰ)∵点D(0,1)在且椭圆E上,

∴b=1,

e2=

c2
a2
=
a2-b2
a2
=
a2-1
a2
=(
2
2
)
2
=
1
2

∴a2=2a2-2,

a2=2,a=

2

∴椭圆E的方程为

x2
2
+y2=1(4分)

(Ⅱ)解法一:设直线AB的方程为y=k(x-1)(k≠0),

代入

x2
2
+y2=1,整理得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0.

∵直线AB过椭圆的右焦点F2

∴方程有两个不等实根.

记A(x1,y1),B(x2,y2),AB中点N(x0,y0),

则x1+x1=

4k2
2k2+1
x0=
1
2
(x1+x2)=
2k2
2k2+1
y0=k(x0-1)=-
k
2k2+1
,(6分)

∴AB垂直平分线NG的方程为y-y0=-

1
k
(x-x0).

令y=0,得t=x0+ky0=

2k2
2k2+1
-
k2
2k2+1
=
k2
2k2+1
=
1
2
-
1
4k2+2
.(8分)

∵k≠0,∴0<t<

1
2

∴t的取值范围为(0,

1
2
).(10分)

解法二:设直线AB的方程为x=my+1,

x=my+1
x2
2
+y2=1
可得(m2+2)y2+2my-1=0.

记A(x1,y1),B(x2,y2),AB中点N(x0,y0),

y1+y2=

-2m
m2+2
y1y2=-
1
m2+2

可得y0=

y1+y2
2
=
-m
m2+2
x0=my0+1=
2
m2+2
.                     (6分)

∴AB垂直平分线NG的方程为y-y0=-m(x-x0).

令y=0,得t=x0+

y0
m
=
2
m2+2
-
1
m2+2
=
1
m2+2
.(8分)

∵m≠0,∴0<m<

1
2

∴t的取值范围为(0,

1
2
).                           (10分)

(Ⅲ)解法一:S△GAB=

1
2
•|F2G|•|y1-y2|=
1
2
|F2G||k|•|x1-x2|.

|x1-x2|=

(x1+x2)2-4x1x2
=
8(k2+1)
2k2+1

0<t<

1
2
,由t=
k2
k2+2
,可得k2=
t
1-2t
k2+1=
1-t
1-2t
2k2+1=
1
1-2t

所以|x1-x2|=2

2
(1-2t)
1-t
1-2t

又|F2G|=1-t,

所以S△GAB=

1
2
(1-t)
t
1-2t
•2
2
(1-2t)
1-t
1-2t
=
2
(1-t)3t
0<t<
1
2
).(12分)

设f(t)=t(1-t)3,则f′(t)=(1-t)2(1-4t).

可知f(t)在区间(0,

1
4
)单调递增,在区间(
1
4
1
2
)
单调递减.

所以,当t=

1
4
时,f(t)有最大值f(
1
4
)=
27
64

所以,当t=

1
4
时,△GAB的面积有最大值
3
6
8
.(14分)

解法二:S△GAB=

1
2
•|F2G|•|y1-y2|

|y1-y2|=

(y1+y2)2-4y1y2
=
8(m2+1)
m2+2

t=

1
m2+2
,可得m2+2=
1
t

所以|y1-y2|=

8(
1
t
-1)
1
t2
=
8t(1-t)

又|F2G|=1-t,

所以S△MPQ=

2t(1-t)3

所以△MPQ的面积为

2
t(1-t)3
0<t<
1
2
).(12分)

设f(t)=t(1-t)3

则f'(t)=(1-t)2(1-4t).

可知f(t)在区间(0,

1
4
)单调递增,在区间(
1
4
1
2
)
单调递减.

所以,当t=

1
4
时,f(t)有最大值f(
1
4
)=
27
64

所以,当t=

1
4
时,△GAB的面积有最大值
3
6
8
.(14分)

名词解释
多项选择题