已知平面直角坐标系xoy中的一个椭圆,它的中心在原点,左焦点为F(-
(1)求该椭圆的标准方程; (2)若P是椭圆上的动点,求线段PA的中点M的轨迹方程; (3)过原点O的直线交椭圆于B,C两点,求△ABC面积的最大值,并求此时直线BC的方程. |
解;(1)由题意可设椭圆的标准方程为
+x2 a2
=1,c为半焦距.y2 b2
∵右顶点为D(2,0),左焦点为F(-
,0),3
∴a=2,c=
,b2=a2-c2=22-(3
)2=1.3
∴该椭圆的标准方程为
+y2=1.x2 4
(2)设点P(x0,y0),线段PA的中点M(x,y).
由中点坐标公式可得
,解得x= x0+1 2 y= y0+ 1 2 2
.(*)x0=2x-1 y0=2y- 1 2
∵点P是椭圆上的动点,∴
+x 20 4
=1.y 20
把(*)代入上式可得
+(2y-(2x-1)2 4
)2=1,可化为(x-1 2
)2+1 2
=1.(y-
)21 4 1 4
即线段PA的中点M的轨迹方程为一焦点在x轴上的椭圆(x-
)2+1 2
=1.(y-
)21 4 1 4
(3)①当直线BC的斜率不存在时,可得B(0,-1),C(0,1).
∴|BC|=2,点A(1,
)到y轴的距离为1,∴S△ABC=1 2
×2×1=1;1 2
②当直线BC的斜率存在时,设直线BC的方程为y=kx,B(x1,y1),C(-x1,-y1)(x1<0).
联立
,化为(1+4k2)x2=4.解得x1=-y=kx x2+4y2=4
,2 1+4k2
∴y1=-
.2k 1+4k2
∴|BC|=
=24
+4x 21 y 21
=(-
)2+(-2 1+4k2
)22k 1+4k2
.4 1+k2 1+4k2
又点A到直线BC的距离d=
.|k-
|1 2 1+k2
∴S△ABC=
|BC|×d=1 2
×1 2 4 1+k2 1+4k2
=|k-
|1 2 1+k2
,|2k-1| 1+4k2
∴
=S 2△ABC
=1-(2k-1)2 1+4k2
,4k 1+4k2
令f(k)=
,则f′(k)=4k 1+4k2
.-16(k+
)(k-1 2
)1 2 (1+4k2)2
令f′(k)=0,解得k=±
.列表如下:1 2
又由表格可知:当k=-
时,函数f(x)取得极小值,即1 2
取得最大值2,即S△ABC=S 2△ABC
.2
而当x→+∞时,f(x)→0,
→1.S 2△ABC
综上可得:当k=-
时,△ABC的面积取得最大值1 2
,即S△ABC=2
.2