(本小题满分 13 分) 已知椭圆 E x ^ 2 a ^…——2016 高考数学第 20 题答案解析

2016_省自主命题(四川)

2016 四川 第 20 题 解答题 区分题
2016_省自主命题(四川)

20、(本小题满分 13 分)

已知椭圆 $E \colon \ \frac { x ^ { 2 } } { a ^ { 2 } } + \frac { y ^ { 2 } } { b ^ { 2 } } = 1 ( a > b > 0 )$ 的一个焦点与短轴的两个端点是正三角形的三个顶点,点 $P ( \sqrt { 3 } , \frac { 1 } { 2 } )$ 在椭圆 E 上.

(Ⅰ)求椭圆E的方程;

(Ⅱ)设不过原点 O且斜率为 $\boldsymbol { \jmath } _ { \overline { { 2 } } } ^ { 1 } |$ 的直线l与椭圆E交于不同的两点 A,B,线段AB的中点为M,直线 OM与椭圆E交于C,D,证明: $\left| M A \right| \cdot \left| M B \right| = \left| M C \right| \cdot \left| M D \right|$

参考答案

(1) ${ \frac { x ^ { 2 } } { 4 } } + y ^ { 2 } = 1$; (2) 证明详见解析

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【答案】① ${ \frac { x ^ { 2 } } { 4 } } + y ^ { 2 } = 1$ ;(2)证明详见解析.

【解析】

试题分析:(Ⅰ)由椭圆两个焦点与短轴的一个端点是正三角形的三个顶点可得 $a = 2 b$ ,椭圆的标准方程中可减少一个参数,再利用 $P ( \sqrt { 3 } , \frac { 1 } { 2 } )$ 在椭圆上,可解出 b 的值,从而得到椭圆的标准方程;(Ⅱ)首先设出直线l方程为 $y = { \frac { 1 } { 2 } } x + m$ ,同时设交点 $A ( x _ { 1 } , y _ { 1 } ) , B ( x _ { 2 } , y _ { 2 } )$ ,把l方程与椭圆方程联立后消去y 得x的二次方程,利用根与系数关系,得 $x _ { 1 } + x _ { 2 } , x _ { 1 } x _ { 2 }$ ,由 $\vert M A \vert \cdot \vert M B \vert = \frac { 1 } { 4 } \vert A B \vert ^ { 2 }$ 求得 $\left| M A \right| \cdot \left| M B \right|$ (用m表示),由OM方程 $y = - { \frac { 1 } { 2 } } x$ 具体地得出C D, 坐标,也可计算出 $\left| M C \right| \cdot \left| M D \right|$ ,从而证得相等

试题解析:(I)由已知,a=2b.

又椭圆 $\displaystyle \frac { x ^ { 2 } } { a ^ { 2 } } + \frac { y ^ { 2 } } { b ^ { 2 } } = 1 ( a > b > 0 )$ 过点 $P ( \sqrt { 3 } , \frac { 1 } { 2 } )$ ,故 $\frac { 3 } { 4 b ^ { 2 } } + \frac { \frac { 1 } { 4 } } { b ^ { 2 } } = 1$ ,解得 $b ^ { 2 } = 1$

所以椭圆E的方程是 ${ \frac { x ^ { 2 } } { 4 } } + y ^ { 2 } = 1$

(II) 设直线 $l$的方程为 $y = \frac { 1 } { 2 } x + m ( m \neq 0 ) , A ( x _ { 1 } , y _ { 1 } ) , B ( x _ { 2 } , y _ { 2 } )$

由方程组 $\left\{ { \begin{array} { l } { \displaystyle x ^ { 2 } } \\ { \displaystyle 4 } \end{array} } + y ^ { 2 } = 1 , \right.$ 得 $x ^ { 2 } + 2 m x + 2 m ^ { 2 } - 2 = 0$ , ①

方程①的判别式为 $\varDelta = 4 ( 2 - m ^ { 2 } )$ ,由 $\varDelta > 0$ ,即 $2 - m ^ { 2 } > 0$ ,解得 $- { \sqrt { 2 } } < m < { \sqrt { 2 } }$

由①得 $x _ { 1 } + x _ { 2 } = - 2 m , x _ { 1 } x _ { 2 } = 2 m ^ { 2 } - 2$

所以M点坐标为 $( - m , \frac { m } { 2 } )$ ,直线OM方程为 $y = - { \frac { 1 } { 2 } } x$

由方程组 $\left\{ \begin{array} { l } { { \displaystyle { \frac { x ^ { 2 } } { 4 } } + y ^ { 2 } = 1 } , } \\ { { \displaystyle { \vphantom { \Biggl ( } y = - { \frac { 1 } { 2 } } x , } } } \end{array} \right.$ 得 $C ( - \sqrt { 2 } , \frac { \sqrt { 2 } } { 2 } ) , D ( \sqrt { 2 } , - \frac { \sqrt { 2 } } { 2 } )$

所以 $\left| M C \right| \cdot \left| M D \right| = { \frac { \sqrt { 5 } } { 2 } } ( - m + \sqrt { 2 } ) \cdot { \frac { \sqrt { 5 } } { 2 } } ( \sqrt { 2 } + m ) = { \frac { 5 } { 4 } } ( 2 - m ^ { 2 } )$

$$ \big | M A \big | \cdot \big | M B \big | = \frac { 1 } { 4 } \big | . A B \big | ^ { 2 } = \frac { 1 } { 4 } [ ( x _ { 1 } - x _ { 2 } ) ^ { 2 } + ( y _ { 1 } - y _ { 2 } ) ^ { 2 } ] = \frac { 5 } { 1 6 } [ ( x _ { 1 } + x _ { 2 } ) ^ { 2 } - 4 x _ { 1 } x _ { 2 } ] $$

$$ = \frac { 5 } { 1 6 } [ 4 m ^ { 2 } - 4 ( 2 m ^ { 2 } - 2 ) ] = \frac { 5 } { 4 } ( 2 - m ^ { 2 } ) . $$

所以 $\left| M A \right| \cdot \left| M B \right| { = } \left| M C \right| \cdot \left| M D \right|$

考点:椭圆的标准方程及其几何性质.

【名师点睛】本题考查椭圆的标准方程及其几何性质,考查学生的分析问题解决问题的能力和数形结合的思想.在涉及到直线与椭圆(圆锥曲线)的交点问题时,一般都设交点坐标为 $( x _ { 1 } , y _ { 1 } ) , ( x _ { 2 } , y _ { 2 } )$ ,同时把直线方程与椭圆方程联立,消元后,可得 $x _ { 1 } + x _ { 2 } , x _ { 1 } x _ { 2 }$ ,再把 $\left| M A \right| \cdot \left| M B \right|$ 用 $x _ { 1 } , x _ { 2 }$ 表示出来,并代入刚才的$x _ { 1 } + x _ { 2 } , x _ { 1 } x _ { 2 }$ ,这种方法是解析几何中的“设而不求”法.可减少计算量,简化解题过程

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