已知椭圆C:
(1)若椭圆的长轴长为4,离心率为
(2)在(1)的条件下,设过定点M(0,2)的直线l与椭圆C交于不同的两点A,B,且∠AOB为锐角(O为坐标原点),求直线l的斜率k的取值范围; (3)过原点O任意作两条互相垂直的直线与椭圆C:
|
(1)由题意可得
,解得a2=4,b2=1,c=2a=4 e=
=c a 3 2 a2=b2+c2
.∴椭圆的标准方程为3
+y2=1;x2 4
(2)直线l的方程为y=kx+2,设A(x1,y1),B(x2,y2).联立
,化为(1+4k2)x2+16kx+12=0,由△=162k2-48(1+4k2)>0,解得k>y=kx+2 x2+4y2=4
或k<-3 2
.∴x1+x2=3 2
,x1x2=-16k 1+4k2
.12 1+4k2
若∠AOB为锐角,则
•OA
>0,得x1x2+y1y2=x1x2+(kx1+2)(kx2+2)=(1+k2)x1x2+2k(x1+x2)+4>0,代入得OB
+12(1+k2) 1+4k2
+4>0,化为k2<4,解得-2<k<2.∴直线l的斜率k的取值范围为{x|-2<k<2}∩{x|k<--32k2 1+4k2
或k>3 2
}={k|-2<k<-3 2
或3 2
<x<2}.3 2
(3)如图所示,设P(x1,y1),Q(x2,y2),S(-x1,-y1),R(-x2,-y2).
①当直线PS与QR的斜率都存在时,设直线PS:y=kx,则直线QR:y=-
x.1 k
联立
,解得y=kx b2x2+a2y2=a2b2
=x 21
.(*)a2b2 b2+a2k2
联立
,解得y=-
x1 k b2x2+a2y2=a2b2
=x 22
.(**)a2b2k2 a2+b2k2
直线PR的斜率存在时,则直线PR:y-y1=
(x-x1),化为(y2-y1)x+(x1-x2)y+x2y1-x1y2=0.y2-y1 x2-x1
∵d=1,∴
=1,|x2y1-x1y2| (x1-x2)2+(y1-y2)2
代入化为:(k+
)21 k x 21
=k2x 22
+x 21 1 k2
+x 22
+x 21
.x 22
把(*)(**)代入上式:
•(k2+1)2 k2
=a4b4k2 (a2+b2k2)(b2+a2k2)
+a2b2k2 b2+a2k2
+a2b2 a2+b2k2
+a2b2 b2+a2k2
.a2b2k2 a2+b2k2
化为a2b2=a2+b2.
即
+1 a2
=1为定值.1 b2
②当直线PS与QR的斜率有一个不存在时,直线PR的斜率不存在时,经验证上式也成立.