三、解答题
(21)(本小题满分12分)
已知椭圆的中心在坐标原点O,焦点在x轴上,椭圆的短轴端点和焦点
所组成的四边形为正方形,两准线间的距离为4.
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)直线l过点P(0,2)且与椭圆相交于A、B两点,当ΔAOB面积取得最大值时,
求直线l的方程.
解:设椭圆方程为=1(a>b>0).
(Ⅰ)由已知得 .
∴所求椭圆方程为
+y2=1.
(Ⅱ)解法一:由题意知直线l的斜率存在,
设直线l的方程为y=kx+2,A(x1,y1),B(x2,y2),
由,消去y得关于x的方程:
(1+2k2)x2+8kx+6=0,
由直线l与椭圆相交于A、B两点,∴△>0 64k2-24(1+2k2)>0,
解得 k2>,
又由韦达定理得
∴|AB|=|x1-x2|=
=
原点O到直线l的距离d=.
∴S△AOB=|AB|·d=.
解法1:对S=两边平方整理得:
4S2k4+4(S2-4)k2+S2+24=0 (*)
∵S≠0,
∴
整理得:S2≤.
又S>0,
∴0<S≤.
从而S△AOB的最大值为S=,
此时代入方程(*)得
4k4-28k2+49=0
∴k=±
所以,所求直线方程为:±x-2y+4=0.
解法2:令m=(m>0),
则2k2=m2+3.
∴S=≤.
当且仅当m=即m=2时,
Smax=.
此时k=±.
所以,所求直线方程为±x-2y+4=0.
解法二:由题意知直线l的斜率存在且不为零.
设直线l的方程为y=kx+2,A(x1,y1),B(x2,y2),
则直线l与x轴的交点D(-,0),
由解法一知 k2>且
解法1:S△AOB=|OD|·|y1-y2|=||·|kx1+2-kx2-2|
=|x1-x2|
=
=
=.
下同解法一.
解法2:S△AOB=S△POB-S△POA
=×2×||x2|-|x1||
=|x2-x1|
=.
下同解法一.
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