问题 解答题
已知椭圆C1
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)
的离心率为
2
2
,直线l:y=x+2
2
与以原点为圆心、以椭圆C1的短半轴长为半径的圆相切.
(Ⅰ)求椭圆C1的方程.
(Ⅱ)设椭圆C1的左焦点为F1,右焦点为F2,直线l1过点F1,且垂直于椭圆的长轴,动直线l2垂直l1于点P,线段PF2的垂直平分线交l2于点M,求点M的轨迹C2的方程;
(Ⅲ)若AC、BD为椭圆C1的两条相互垂直的弦,垂足为右焦点F2,求四边形ABCD的面积的最小值.
答案

(Ⅰ)∵e=

2
2
,∴e2=
c2
a2
=
a2-b2
a2
=
1
2
,∴a2=2b2

∵直线l:x-y+2=0与圆x2+y2=b2相切

2
2
2
=b,∴b=2,b2=4,∴a2=8,

∴椭圆C1的方程是

x2
8
+
y2
4
=1(3分)

(Ⅱ)∵MP=MF2

∴动点M到定直线l1:x=-2的距离等于它到定点F2(2,0)的距离,

∴动点M的轨迹C是以l1为准线,F2为焦点的抛物线

∴点M的轨迹C2的方程为y2=8x(6分)

(Ⅲ)当直线AC的斜率存在且不为零时,设直线AC的斜率为k,

A(x1,y1),C(x2,y2),则直线AC的方程为y=k(x-2)

联立

x2
8
+
y2
4
=1及y=k(x-2)得(1+2k2)x2-8k2x+8k2-8=0

所以x1+x2=

8k2
1+2k2
,x1x2=
8k2-8
1+2k2

|AC|=

(1+k2)(x1-x2)2
=
(1+k2)[(x1+x2)2-4x1x2]
=
32
(k2+1)
1+2k2
.(8分)

由于直线BD的斜率为-

1
k
,用-
1
k
代换上式中的k可得|BD|=
32
(1+k2)
k2+2

∵AC⊥BD,

∴四边形ABCD的面积为S=

1
2
|AC|•|BD|=
16(1+k2)2
(k2+2)(1+2k2)
..(10分)

由(1+2k2)(k2+2)≤[

(1+2k2)(k2+2)
2
]2=[
3(k2+1)
2
]2

所以S≥

64
9
,当1+2k2=k2+2时,即k=±1时取等号.(11分)

易知,当直线AC的斜率不存在或斜率为零时,四边形ABCD的面积S=8

综上可得,四边形ABCD面积的最小值为

64
9
(12分)

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