问题 解答题
已知椭圆C:
x2
a2
+
y2
b2
=1,(a>b>0)
,直线(m+3)x+(1-2m)y-m-3=0(m∈R)恒过的定点F为椭圆的一个焦点,且椭圆上的点到焦点F的最大距离为3,
(1)求椭圆C的方程;
(2)若直线MN为垂直于x轴的动弦,且M、N均在椭圆C上,定点T(4,0),直线MF与直线NT交于点S.求证:
①点S恒在椭圆C上;
②求△MST面积的最大值.
答案

(1)直线(m+3)x+(1-2m)y-m-3=0可化为

m(x-2y-1)+3x+y-3=0,

所以

x-2y-1=0
3x+y-3=0
,解得
x=1
y=0

所以F(1,0).则c=1,又a+c=3,所以a=2,则b2=a2-c2=3.

所以椭圆方程为

x2
4
+
y2
3
=1;

(2)①设直线MN的方程为x=s,M的坐标为(s,t),N的坐标为(s,-t).

且s、t满足3s2+4t2=12.

MF的直线方程为y=

t
s-1
(x-1),NT的直线方程为y=
-t
s-4
(x-4)

联立解得交点S(

5s-8
2s-5
3t
2s-5
),代入椭圆方程3x2+4y2=12得,

3(5s-8)2+36t2=12(2s-5)2,化简得:3s2+4t2=12.

所以点S恒在椭圆C上;

②直线MS过点F(1,0),设方程为x=my+1,M(x1,y1),S(x2,y2).

S△MST=

1
2
×3|y1-y2|=
3
2
(y1+y2)2-4y1y2

联立

x=my+1
3x2+4y2=12
,得(3m2+4)y2+6my-9=0.

y1+y2=

-6m
3m2+4
y1y2=
-9
3m2+4

所以S△MST=18

m2+1
(3m2+4)2

设m2+1=u(u≥1),则

m2+1
(3m2+4)2
=
u
(3u+1)2
=
1
9u+
1
u
+6

由对勾函数可知9u+

1
u
在(0,
1
3
)上位减函数,(
1
3
,+∞
)上为增函数,

所以9u+

1
u
的最小值为10.

所以S△MST≤18×

1
4
=
9
2

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