(20)(本小题满分 12 分) 如图,椭圆 C_ 0 :…——2012 高考数学第 20 题答案解析

2012_退役省自主命题 (2012·理)

2012 全国 第 20 题 解答题 区分题
2012_退役省自主命题 (2012·理)

(20)(本小题满分 12 分)

如图,椭圆 $C_{0}: \frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1\left(a>b>0, \boldsymbol{a}, \boldsymbol{b}\right.$ 为常数),动圆 $C_{1}: x^{2}+y^{2}=t_{1}^{2}$ , $b<t_{1}<a$ 。点 $A_{1}, A_{2}$ 分别为 $C_{0}$ 的左,右顶点,$C_{1}$ 与 $C_{0}$ 相交于 $\boldsymbol{A}, \boldsymbol{B}, \boldsymbol{C}, \boldsymbol{D}$ 四点。
(I)求直线 $A A_{1}$ 与直线 $A_{2} B$ 交点 M 的轨迹方程;
( II )设动圆 $C_{2}: x^{2}+y^{2}=t_{2}^{2}$ 与 $C_{0}$ 相交于 $A^{\prime}, B^{\prime}, C^{\prime}, D^{\prime}$ 四点,其中 $b<t_{2}<a$ , $t_{1} \neq t_{2}$ 。若矩形 $A B C D$ 与矩形 $A^{\prime} B^{\prime} C^{\prime} D^{\prime}$ 的面积相等,证明:$t_{1}^{2}+t_{2}^{2}$ 为定值。

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解析:①设 $A\left(x_{1}, y_{1}\right), B\left(x_{1},-y_{1}\right)$ ,又知 $A_{1}(-a, 0), A_{2}(a, 0)$ ,

则直线 $A_{1} A$ 的方程为 $y=\frac{y_{1}}{x_{1}+a}(x+a)$

直线 $A_{2} B$ 的方程为 $y=\frac{-y_{1}}{x_{1}-a}(x-a)$

由①②得 $y^{2}=\frac{-y_{1}^{2}}{x_{1}^{2}-a^{2}}\left(x^{2}-a^{2}\right)$

由点 $A\left(x_{1}, y_{1}\right)$ 在椭圆 $C_{0}$ 上,故 $\frac{x_{1}^{2}}{a^{2}}+\frac{y_{1}^{2}}{b^{2}}=1$ ,从而 $y_{1}^{2}=b^{2}\left(1-\frac{x_{1}^{2}}{a^{2}}\right)$ 代入③得 $\frac{x^{2}}{a^{2}}-\frac{y^{2}}{b^{2}}=1 \quad(x<-a, y<0)$
> ②证明:设 $A\left(x_{2}, y_{2}\right)$ ,由矩形 ABCD 与矩形 $A^{\prime} B^{\prime} D^{\prime}$ 的面积相等,得
$4\left|x_{1}\left\|y_{1}|=4| x_{2}\right\| y_{2}\right|$ 故 $x_{1}^{2} y_{1}^{2}=x_{2}^{2} y_{2}^{2}$
因为点 $\mathrm{A}, A$ 均在椭圆上,所以,$b^{2} x_{1}^{2}\left(1-\frac{x_{1}^{2}}{a^{2}}\right)=b^{2} x_{2}^{2}\left(1-\frac{x_{2}^{2}}{a^{2}}\right)$
由 $t_{1} \neq t_{2}$ ,知 $x_{1} \neq x_{2}$ ,所以 $x_{1}{ }^{2}+x_{2}{ }^{2}=a^{2}$ 。从而 $y_{1}{ }^{2}+y_{2}{ }^{2}=b^{2}$
因此 $t_{1}{ }^{2}+t_{2}{ }^{2}=a^{2}+b^{2}$ 为定值
考点定位:本大题主要考查椭圆、圆、直线的标准方程的求法以及直线与椭圆、圆的位置关系,突出解析几何的基本思想和方法的考查:如数形结合思想、坐标化方法等.

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