问题 解答题
椭圆E的中心在原点O,焦点在x轴上,离心率e=
2
3
,过点C(-1,0)的直线l交椭圆于A、B两点,且满足:
CA
BC
(λ≥2).
(1)若λ为常数,试用直线l的斜率k(k≠0)表示三角形OAB的面积;
(2)若λ为常数,当三角形OAB的面积取得最大值时,求椭圆E的方程;
(3)若λ变化,且λ=k2+1,试问:实数λ和直线l的斜率k(k∈R)分别为何值时,椭圆E的短半轴长取得最大值?并求出此时的椭圆方程.
答案

设椭圆方程为:

x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0),

e=

c
a
=
2
3
及a2=b2+c2得a2=3b2

故椭圆方程为x2+3y2=3b2

(1)∵直线L:y=k(x+1)交椭圆于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,

并且

CA
BC
(λ≥2)

∴(x1+1,y1)=λ(-1-x2,-y2),

x1+1=-λ(x2+1)
y1=-λy2

把y=k(x+1)代入椭圆方程,

得:(3k2+1)x2+6k2x+3k2-3b2=0,且△=k2(3b2-1)+b2>0,

x1+x2=-

6k2
3k2+1
x1x2=
3k2-3b2
3k2+1

S△OAB=

1
2
1+k2
|x1-x2|
|k|
1+k2
=
1
2
|k||x1-x2|=
|λ+1|
2
|k||x2+1|

联立②、③得:x2+1=

2
(1-λ)(3k2+1)

S△OAB=

λ+1
λ-1
|k|
3k2+1
(k≠0)

(2)S△OAB=

λ+1
λ-1
|k|
3k2+1
=
λ+1
λ-1
1
3|k|+
1
|k|
λ+1
λ-1
1
2
3
(λ≥2)

当且仅当3|k|=

1
|k|
k=±
3
3
时,S△OAB取得最大值.

此时x1+x2=-1,

又∵x1+1=-λ(x2+1),

x1=

1
λ-1
x2=
λ-1
,代入④得:3b2=
λ2+1
(λ-1)2

故此时椭圆的方程为x2+3y2=

λ2+1
(λ-1)2
(λ≥2)

(3)由②.③联立得:x1=

-2λ
(1-λ)(3k2+1)
-1,x2=
2
(1-λ)(3k2+1)
-1
,将x1.x2代入④得:3b2=
(λ-1)2(3k2+1)
+1

由k2=λ-1

得:3b2=

(λ-1)2(3λ-2)
+1=
4
3
[
1
(λ-1)2
+
2
(λ-1)2(3λ-2)
]+1

易知:当λ≥2时,3b2是λ的减函数,

故当λ=2时,(3b2max=3.

故当λ=2,

k=±1时,椭圆短半轴长取得最大值,此时椭圆方程为x2+3y2=3.

多项选择题
单项选择题