(12分)已知椭圆 C: x^ 2 a^ 2 + y^ 2…——2009 高考数学第 22 题答案解析

2009_旧全国 II 卷 (2009·文)

2009 全国 第 22 题 解答题 区分题
2009_旧全国 II 卷 (2009·文)

22.(12分)已知椭圆 $C: \frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1(a>b>0)$ 的离心率为 $\frac{\sqrt{3}}{3}$ ,过右焦点 $F$ 的直线 $l$ 与 C 相交于 A 、 B 两点,当 I 的斜率为 1 时,坐标原点 O 到 I 的距离为 $\frac{\sqrt{2}}{2}$ ,
(I)求 a , b 的值;
(II) C 上是否存在点 P ,使得当绕 F 转到某一位置时,有 $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{OB}}$ 成立?若存在,求出所有的 P 的坐标与 $l$ 的方程;若不存在,说明理由.

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【考点】K4:椭圆的性质.
【专题】15:综合题;16:压轴题.
【分析】①设 $F(c, 0)$ ,则直线 $l$ 的方程为 $x-y-c=0$ ,由坐标原点 $O$ 到 $I$ 的距

离求得 c ,进而根据离心率求得 a 和 b .
(II)由(I)可得椭圆的方程,设 $A\left(x_{1}, y_{1}\right) , B\left(x_{2}, y_{2}\right), I: x=m y+1$ 代入椭圆的方程中整理得方程 $\triangle>0$ .由韦达定理可求得 $y_{1}+y_{2}$ 和 $y_{1} y_{2}$ 的表达式,假设存在点 P ,使 $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{OB}}$ 成立,则其充要条件为:点 P 的坐标为 $\left(\mathrm{x}_{1}+\mathrm{x}_{2}, \mathrm{y}_{1}+\mathrm{y}_{2}\right.$ ),代入椭圆方程;把A,B两点代入椭圆方程,最后联立方程求得 c ,进而求得 P 点坐标,求出 m 的值得出直线 $l$ 的方程.

【解答】解:(1)设 $F(c, 0)$ ,直线 $\mid: x-y-c=0$ ,
由坐标原点 O 到 I 的距离为 $\frac{\sqrt{2}}{2}$
则 $\frac{|0-0-\mathrm{c}|}{\sqrt{2}}=\frac{\sqrt{2}}{2}$ ,解得 $\mathrm{c}=1$
又 ${ }_{e}=\frac{c}{a}=\frac{\sqrt{3}}{3}, \therefore a=\sqrt{3}, b=\sqrt{2}$
(II)由(I)知椭圆的方程为C:$\frac{x^{2}}{3}+\frac{y^{2}}{2}=1$
设 $A\left(x_{1}, y_{1}\right) , B\left(x_{2}, y_{2}\right)$

由题意知 $I$ 的斜率为一定不为 0 ,故不妨设 $I: x=m y+1$
代入椭圆的方程中整理得 $\left(2 m^{2}+3\right) y^{2}+4 m y-4=0$ ,显然 $\triangle>0$ .
由韦达定理有:$y_{1}+y_{2}=-\frac{4 m}{2 m^{2}+3}, \quad y_{1} y_{2}=-\frac{4}{2 m^{2}+3}$ ,

假设存在点 P ,使 $\overrightarrow{\mathrm{OP}}=\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{OB}}$ 成立,则其充要条件为:
点 P 的坐标为 $\left(\mathrm{x}_{1}+\mathrm{x}_{2}, \mathrm{y}_{1}+\mathrm{y}_{2}\right)$ ,
点 P 在椭圆上,即 $\frac{\left(\mathrm{x}_{1}+\mathrm{x}_{2}\right)^{2}}{3}+\frac{\left(\mathrm{y}_{1}+\mathrm{y}_{2}\right)^{2}}{2}=1$ .
整理得 $2 x_{1}{ }^{2}+3 y_{1}{ }^{2}+2 x_{2}{ }^{2}+3 y_{2}{ }^{2}+4 x_{1} x_{2}+6 y_{1} y_{2}=6$ .
又 $A , B$ 在椭圆上,即 $2 x_{1}{ }^{2}+3 y_{1}{ }^{2}=6, ~ 2 x_{2}{ }^{2}+3 y_{2}{ }^{2}=6$ 、
故 $2 x_{1} x_{2}+3 y_{1} y_{2}+3=0$(2)
将 $x_{1} x_{2}=\left(m y_{1}+1\right)\left(m y_{2}+1\right)=m^{2} y_{1} y_{2}+m\left(y_{1}+y_{2}\right)+1$ 及①代入(2)解得 $m^{2}=\frac{1}{2}$
$\therefore y_{1}+y_{2}=\frac{\sqrt{2}}{2}$ 或 $-\frac{\sqrt{2}}{2}$ ,
$x_{1}+x_{2}=-\frac{4 m^{2}}{2 m^{2}+3}+2=\frac{3}{2}$ ,即 $\mathrm{P}\left(\frac{3}{2}, \pm \frac{\sqrt{2}}{2}\right)$

当 $\mathrm{Ir}=\frac{\sqrt{2}}{2}$ 时,$P\left(\frac{3}{2},-\frac{\sqrt{2}}{2}\right), l: x=\frac{\sqrt{2}}{2} y+1$ ;
当 $m=-\frac{\sqrt{2}}{2}$ 时,$P\left(\frac{3}{2}, \frac{\sqrt{2}}{2}\right), l: x=-\frac{\sqrt{2}}{2} y+1$
【点评】本题主要考查了椭圆的性质.处理解析几何题,学生主要是在"算"上的功夫不够。所谓"算",主要讲的是算理和算法。算法是解决问题采用的计算的方法,而算理是采用这种算法的依据和原因,一个是表,一个是里,一个是现象,一个是本质。有时候算理和算法并不是截然区分的。例如:三角形的面积是用底乘高的一半还是用两边与夹角的正弦的一半,还是分割成几部分来算?在具体处理的时候,要根据具体问题及题意边做边调整,寻找合适的突破口和切入点。

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