问题 解答题

已知F1(-2,0),F2(2,0)是椭圆C的两个焦点,过F1的直线与椭圆C的两个交点为M,N,且|MN|的最小值为6.

(I)求椭圆C的方程;

(II)设A,B为椭圆C的长轴顶点.当|MN|取最小值时,求∠AMB的大小.

答案

(Ⅰ)由题意,设椭圆C的方程为

x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0),其中c=2,a2-b2=4.

设M(x1,y1),N(x2,y2).

若直线MN⊥x轴,则MN的方程为x=-2,代入

x2
a2
+
y2
b2
=1,得y2=b2(1-
4
a2
)=
b4
a2

∴|y1-y2|=

b2
a
,即|AB|=
2b2
a

若直线MN不与x轴垂直,则设MN的方程为y=k(x+2),代入

x2
a2
+
y2
b2
=1,

x2
a2
+
k2(x2+4x+4)
b2
=1,

即 (a2k2+b2)x2+4a2k2x+a2(4k2-b2)=0.

△=(4a2k22-4(a2k2+b2)a2(4k2-b2

=4a2b2[(a2-4)k2+b2]=4a2b4(1+k2),

∴|x1-x2|=

2ab2
1+k2
a2k2+b2

∴|MN|=

2ab2
1+k2
a2k2+b2
1+k2

=

2ab2(1+k2)
a2k2+b2

=

2b2
a
1+k2
k2+
b2
a2
2b2
a

综上,|MN|的最小值为

2b2
a

由题知

2b2
a
=6,即 b2=3a.

代入a2-b2=4,得a2-3a-4=0,

解得a=-1(舍),或a=4.∴b2=12.

∴椭圆C的方程为

x2
16
+
y2
12
=1.

(Ⅱ)由(Ⅰ)知A(-4,0),B(4,0).

当|MN|取得最小值时,MN⊥x轴.

根据椭圆的对称性,不妨取M(-2,3),

∠AMB即直线AM到直线MB的角.

∵AM的斜率k1=

3-0
-2+4
=
3
2

BM的斜率k2=

3-0
-2-4
=-
1
2

∴tan∠AMB=

k2-k1
1+k1k2
=-8.

∵∠AMB∈(0,π),

∴∠AMB=π-arctan8.

填空题
判断题