20.(本小题满分 13 分)
已知 $F_{1}, F_{2}$ 分别是椭圆 $E: \frac{x^{2}}{5}+y^{2}=1$ 的左、右焦点 $F_{1}, F_{2}$ 关于直线 $x+y-2=0$ 的对称点是圆 $C$ 的一条直径的两个端点。
(I)求圆 $C$ 的方程;
(II)设过点 $F_{2}$ 的直线 $l$ 被椭圆 $E$ 和圆 $C$ 所截得的弦长分别为 $a, b$。当 $a b$ 最大时,求直线 $l$ 的方程。
(本小题满分 13 分) 已知 F_ 1 , F_ 2 分…——2013 高考数学第 20 题答案解析
2013_退役省自主命题 (2013·文)
完整解析 · 逐步详解
【答案】(I)$F_{1}(-2,0), F_{2}(2,0)$,左、右焦点 $F_{1}, F_{2}$ 关于直线 $x+y-2=0$ 的对称点是圆 $C$ 的一条直径的两个端点,即左、右焦点 $F_{1}, F_{2}$ 的重点关于直线的对称点即为圆心;设圆心的坐标为 $\left(x_{0}, y_{0}\right)$,有 $\left\{\begin{array}{l}\frac{y_{0}}{x_{0}}=1 \\ \frac{x_{0}}{2}+\frac{y_{0}}{2}-2=0\end{array}\right.$,解得 $\left\{\begin{array}{l}x_{0}=2 \\ y_{0}=2\end{array}\right.$,所以圆的方程为 $(x-2)^{2}+(y-2)^{2}=4$;
(II)依题意,设直线的方程为 $x=m y+2$,则圆心到直线的距离 $d=\frac{|2 m|}{\sqrt{1+m^{2}}}$,所以 $b=2 \sqrt{2^{2}-d^{2}}=\frac{4}{\sqrt{1+m^{2}}}$,由 $\left\{\begin{array}{l}x=m y+1 \\ \frac{x^{2}}{5}+y^{2}=1\end{array}\right.$ 得 $\left(m^{2}+5\right) y^{2}+4 m y-1=0$,设 1 与 E 的两个交点坐标分别为 $\left(x_{1}, y_{1}\right),\left(x_{2}, y_{2}\right)$,则 $y_{1}+y_{2}=\frac{-4 m}{m^{2}+5}, y_{1} y_{2}=-\frac{1}{m^{2}+5}$,所以
$a=\sqrt{1+m^{2}}\left|y_{1}-y_{2}\right|=\frac{2 \sqrt{5}\left(m^{2}+1\right)}{m^{2}+5}$,从而 $a b=\frac{8 \sqrt{5} \sqrt{\left(m^{2}+1\right)}}{m^{2}+5}=\frac{8 \sqrt{5}}{\sqrt{m^{2}+1}+\frac{4}{\sqrt{m^{2}+1}}} \leq 2 \sqrt{5}$,当
且仅当 $\sqrt{m^{2}+1}=\frac{4}{\sqrt{m^{2}+1}}$ 时等号成立,即 $m= \pm \sqrt{3}$,故直线方程为 $x-\sqrt{3} y-2=0$ 或
$x+\sqrt{3} y-2=0$.
【解析】(1)利用点关于直线的对称确定圆心,进而确定半径;(2)联立直线与椭圆的方程求出弦长,再使用基本不等式求出最小值的时候直线的情况。
【考点定位】本题考查点的对称性、直线与椭圆的基本关系、弦长公式,考查学生的化归与转化思想以及运算化简能力。