椭圆 E: x^ 2 a^ 2 +y^ 2 =1(a>1)…——2026 高考数学第 18 题答案解析

2026_新课标 II 卷

2026 全国 第 18 题 解答题 区分题
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18.椭圆 $E: \frac{x^{2}}{a^{2}}+y^{2}=1(a>1)$ ,过右焦点垂直于 $x$ 轴的直线被 $E$ 所截线段长为 $\sqrt{2}$ 。

(1) 求 $E$ 的离心率;
(2) $O$ 为坐标原点,给定点 $G\left(t_{0}, 0\right)\left(t_{0} \neq 0\right) ; A\left(x_{0}, y_{0}\right)\left(y_{0} \neq 0\right)$ 在 $E$ 上,过点 $A$ 作 $y$ 轴的垂线,交于点 $B, A O$与 $G B$ 交于点 $P$ 。当 $A$ 在 $E$ 上运动时,$P$ 的轨迹为 $M$ 。
(i) 求 $M$ 的方程;
(ii) $M$ 是否有中心点?当 $t_{0}$ 为何值时,$M$ 有中心点?当 $M$ 有中心点时,平移 $M$ 到 $M^{\prime}$ ,使 $O$ 为 $M^{\prime}$ 的中心点,说明 $M^{\prime}$ 为何形状?

参考答案

$e=\frac{\sqrt{2}}{2}$;轨迹方程及中心分类见解答

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【解析】
方法一:(1)设椭圆半焦距为 $c$ ,则 $c^{2}=a^{2}-1$ 。
过右焦点且垂直于 $x$ 轴的直线为 $x=c$ ,代入 $E$ 得 $\frac{c^{2}}{a^{2}}+y^{2}=1$ 。
所以 $y^{2}=1-\frac{c^{2}}{a^{2}}=\frac{1}{a^{2}}$ .截得的弦长为 $\frac{2}{a}$ ,于是 $\frac{2}{a}=\sqrt{2}$ ,得 $a=\sqrt{2}, c=1$ ,故 $e=\frac{c}{a}=\frac{\sqrt{2}}{2}$ .
(2)(i)由(1)知 $E: \frac{x^{2}}{2}+y^{2}=1$ .设 $P(x, y)$ ,因为 $B\left(0, y_{0}\right)$ ,且 $P$ 同时在 $A O$ 与 $G B$ 上,故存在实数 $\lambda$ ,使 $P=\lambda A$ ,即 $x=\lambda x_{0}, y=\lambda y_{0}$ 。
又 $P$ 在 $G B$ 上,可写成 $P=(1-\lambda) G+\lambda B$ ,于是 $x=(1-\lambda) t_{0}, y=\lambda y_{0}$ 。
由 $\lambda x_{0}=(1-\lambda) t_{0}$ ,得 $\lambda=\frac{t_{0}}{x_{0}+t_{0}}$ ,所以 $x=\frac{t_{0} x_{0}}{x_{0}+t_{0}}, y=\frac{t_{0} y_{0}}{x_{0}+t_{0}}$ 。
反解得 $x_{0}=\frac{t_{0} x}{t_{0}-x}, y_{0}=\frac{t_{0} y}{t_{0}-x}$ 。代入 $\frac{x_{0}^{2}}{2}+y_{0}^{2}=1$ ,得 $\frac{t_{0}^{2}}{\left(t_{0}-x\right)^{2}}\left(\frac{x^{2}}{2}+y^{2}\right)=1$ 。
故 $M$ 的方程为 $t_{0}^{2}\left(\frac{x^{2}}{2}+y^{2}\right)=\left(t_{0}-x\right)^{2}$ ,其中实际轨迹满足 $y \neq 0$ 。
(ii)展开得 $\left(\frac{t_{0}^{2}}{2}-1\right) x^{2}+t_{0}^{2} y^{2}+2 t_{0} x-t_{0}^{2}=0$ .

当 $t_{0}^{2}=2$ 时,$x^{2}$ 项消失,方程化为 $y^{2}+t_{0} x-1=0$ ,为抛物线,无中心点.
当 $t_{0}^{2} \neq 2$ 时,中心为 $C\left(\frac{2 t_{0}}{2-t_{0}^{2}}, 0\right)$ ,所以 $M$ 有中心点的充要条件是 $t_{0} \neq \pm \sqrt{2}$ .
令 $X=x-\frac{2 t_{0}}{2-t_{0}^{2}}, Y=y$ ,则 $O$ 为平移后 $M^{\prime}$ 的中心。
若 $0<\left|t_{0}\right|<\sqrt{2}$ ,则 $M^{\prime}: \frac{\left(2-t_{0}^{2}\right)^{2}}{2 t_{0}^{4}} X^{2}-\frac{2-t_{0}^{2}}{t_{0}^{2}} Y^{2}=1$ ,所以 $M^{\prime}$ 为双曲线。
若 $\left|t_{0}\right|>\sqrt{2}$ ,则 $M^{\prime}: \frac{\left(t_{0}^{2}-2\right)^{2}}{2 t_{0}^{4}} X^{2}+\frac{t_{0}^{2}-2}{t_{0}^{2}} Y^{2}=1$ ,所以 $M^{\prime}$ 为椭圆.
方法二:(1)椭圆的通径长为 $\frac{2 b^{2}}{a}$ ,本题 $b=1$ ,所以 $\frac{2}{a}=\sqrt{2}$ ,从而 $a=\sqrt{2}, c=1, e=\frac{\sqrt{2}}{2}$ 。
(2)(i)用截距式更快.直线 $G B$ 的方程为 $\frac{x}{t_{0}}+\frac{y}{y_{0}}=1$ ,直线 $O P$ 与 $O A$ 同线,故 $\frac{y}{x}=\frac{y_{0}}{x_{0}}$当 $x \neq 0$ 时,两式相除整理得 $\frac{1}{x}=\frac{1}{t_{0}}+\frac{1}{x_{0}}$ ,且 $\frac{y}{x}=\frac{y_{0}}{x_{0}}$ ,于是 $x_{0}=\frac{t_{0} x}{t_{0}-x}, y_{0}=\frac{t_{0} y}{t_{0}-x}$ ;当 $x=0$ 时也对应同一公式。
代入 $E \frac{x_{0}^{2}}{2}+y_{0}^{2}=1$ ,很快得到 $t_{0}^{2}\left(\frac{x^{2}}{2}+y^{2}\right)=\left(t_{0}-x\right)^{2}$ ,即为 $M$ 的方程,实际轨迹满足 $y \neq 0$ 。
(ii)将方程变形为 $\frac{x^{2}}{2}+y^{2}=\left(1-\frac{x}{t_{0}}\right)^{2}$ .
令 $X=\frac{x}{\sqrt{2}}, Y=y$ ,则 $X^{2}+Y^{2}=\left(1-\frac{\sqrt{2}}{t_{0}} X\right)^{2}$ 。
这就是以原点为焦点、准线为 $X=\frac{t_{0}}{\sqrt{2}}$ 、离心率为 $\frac{\sqrt{2}}{\left|t_{0}\right|}$ 的二次曲线。
所以 $\left|t_{0}\right|=\sqrt{2}$ 时为抛物线,无中心点;$t_{0} \neq \pm \sqrt{2}$ 时有中心点,中心为 $\left(\frac{2 t_{0}}{2-t_{0}^{2}}, 0\right)$ 。
平移到中心后,二次曲线形状不变,因此 $0<\left|t_{0}\right|<\sqrt{2}$ 时 $M^{\prime}$ 为双曲线,$\left|t_{0}\right|>\sqrt{2}$ 时 $M^{\prime}$为椭圆.

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