问题 解答题
以F1(0,-1),F2(0,1)为焦点的椭圆C过点P(
2
2
,1)

(Ⅰ)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)过点S(-
1
3
,0)
的动直线l交椭圆C于A、B两点,试问:在坐标平面上是否存在一个定点T,使得无论l如何转动,以AB为直径的圆恒过点T?若存在,求出点T的坐标;若不存在,请说明理由.
答案

(I)设椭圆方程为

y2
a2
+
x2
b2
=1(a>b>0),∵椭圆过点P(
2
2
,1)
,则由椭圆的定义知

2a=|PF1|+|PF2|=

(
2
2
)
2
+22
+
(
2
2
)
2
+02
=2
2

所以,a=

2
,b2=a2-c2=1,

椭圆C的方程为x2+

y2
2
=1.

(II)解法一:

若直线l与x轴重合,则以AB为直径的圆是x2+y2=1;

若直线l垂直于x轴时,则以AB为直径的圆是(x+

1
3
)2+y2=
16
9

(x+
1
3
)2+y2=
16
9
x2+y2=1
解得
x=1
y=0
,所以两圆相切于点(1,0).

因此,如果存在点T满足条件,则该点只能是(1,0)

下面证明T(1,0)就是所求的点.

若直线l垂直于x轴时,

则以AB为直径的圆经过点(1,0);

若直线l不垂直于x轴时,可设直线l:y=k(x+

1
3
)

x2+
y2
2
=1
y=k(x+
1
3
)
,整理得(k2+2)x2+
2
3
k2x+
1
9
k2-2=0

记A(x1,y1)、B(x2,y2),则

x1+x2=
-2k2
3(k2+2)
x1x2=
k2-18
9(k2+2)

又因为

TA
=(x1-1,y1),
TB
=(x2-1,y2)

TA
TB
=(x1-1,y1)•(x2-1,y2)=(x1-1)(x2-1)+y1y2

=(x1-1)(x2-1)+k2(x1+

1
3
)(x2+
1
3
)=(k2+1)x1x2+(
1
3
k2-1)(x1+x2)+
1
9
k2+1

=(k2+1)•

k2-18
9(k2+2)
+(
1
3
k2-1)•
-2k2
3(k2+2)
+
1
9
k2+1=0

所以,TA⊥TB,即以AB为直径的圆恒过定点T(1,0),

故平面上存在一个定点T(1,0)满足题设条件

解法二:(I)由已知c=1,设椭圆方程为

y2
a2
+
x2
a2-1
=1 (a>1).

因为点P在椭圆上,则

1
a2
+
1
2
a2-1
=1 (a>1),解得a2=2,

所以椭圆方程为x2+

y2
2
=1

(II)如果存在定点T(u,v)满足条件.

若直线l垂直于x轴时,

则以AB为直径的圆经过点(1,0);

若直线l不垂直于x轴时,可设直线l:y=k(x+

1
3
).

x2+
y2
2
=1
y=k(x+
1
3
)
,整理得(k2+2)x2+
2
3
k2x+
1
9
k2-2=0

记A(x1,y1)、B(x2,y2),则

x1+x2=
-2k2
3(k2+2)
x1x2=
k2-18
9(k2+2)

∵又因为

TA
=(x1-u,y1-v),
TB
=(x2-u,y2-v)

TA
TB
=(x1-u,y1-v)•(x2-u,y2-v)=(x1-u)(x2-u)+(y1-v)(y2-v)

=(x1-u)(x2-u)+(kx1+

1
3
k-v)(kx2+
1
3
k-v)

=(k2+1)x1x2+(

1
3
k2-u-kv)(x1+x2)+
1
9
k2-
2
3
kv+u2+v2

=(k2+1)•

k2-18
9(k2+2)
+(
1
3
k2-u-kv)•
-2k2
3(k2+2)
+
1
9
k2-
2
3
kv+u2+v2

=

(3u2+2u+3v2-5)k2-4vk+6u2+6v2-6
3(k2+2)

当且仅当

TA
TB
=0恒成立时,以AB为直径的圆恒过点T(u,v).
TA
TB
=0
恒成立等价于
3u2+2u+3v2-5=0
-4v=0
6u2+6v2-6=0

解得u=1,v=0

所以当u=1,v=0时,无论直线l如何转动,以AB为直径的圆恒过定点T(1,0).

故平面上存在一个定点T(1,0)满足题目条件.

单项选择题
单项选择题