| 2025年高考数学天津-18 |
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2026-10-10 17:46:33 |
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(15分)已知椭圆$\dfrac{{x}^{2}}{{a}^{2}}+\dfrac{{y}^{2}}{{b}^{2}}=1(a > b > 0)$的左焦点为$F$,右顶点为$A$,$P$为$x=a$上一点,且直线$PF$的斜率为$\dfrac{1}{3}$,△$PFA$的面积为$\dfrac{3}{2}$,离心率为$\dfrac{1}{2}$. (Ⅰ)求椭圆的方程; (Ⅱ)过点$P$的直线与椭圆有唯一交点$B$(异于点$A)$,求证:$PF$平分$\angle AFB$. 〖答案〗(Ⅰ)$\dfrac{x^{2}}{4}+\dfrac{y^{2}}{3}=1$;(Ⅱ)证明见解答. 〖分析〗$(I)$根据题意,利用椭圆的离心率得到$a=2c$,再由直线$PF$的斜率得到$m=c$,从而利用三角形的面积公式得到关于$c$的方程,解方程即可得解; (Ⅱ)联立直线与椭圆方程,利用其位置关系求得$k$,进而得到直线$PB$的方程与点$B$的坐标,利用向量的夹角公式即可得证. 〖解答〗解:(Ⅰ)设椭圆$\dfrac{x^{2}}{a^{2}}+\dfrac{y^{2}}{b^{2}}=1(a > b > 0)$的半焦距为$c$, 则左焦点$F(-c,0)$,右顶点$A(a,0)$, 由离心率$e=\dfrac{c}{a}=\dfrac{1}{2}$,得$a=2c$, 因为$P$为$x=a$上一点,设$P(a,m)$, 由直线$PF$的斜率为$\dfrac{1}{3}$,得$\dfrac{m-0}{a-(-c)}=\dfrac{1}{3}$,即$\dfrac{m}{a+c}=\dfrac{1}{3}$, 所以$\dfrac{m}{2c+c}=\dfrac{1}{3}$, 解得$m=c$,则$P(a,c)$,即$P(2c,c)$, 在△$PFA$中,$\vert AF\vert =a-(-c)=a+c=3c$,高为$\vert m\vert =c$, 所以$S_{\triangle PFA}=\dfrac{1}{2}\vert AF\vert \vert m\vert =\dfrac{1}{2}\times 3c\times c=\dfrac{3}{2}$, 解得$c=1$,则$a=2c=2$,$b^{2}=a^{2}-c^{2}=3$, 所以椭圆的方程为$\dfrac{x^{2}}{4}+\dfrac{y^{2}}{3}=1$.
 (Ⅱ)证明:由(1)得$P(2,1)$,$F(-1,0)$,$A(2,0)$, 易知直线$PB$的斜率存在,设其方程为$y=kx+t$,则$1=2k+t$,即$t=1-2k$, 联立$\left\{\begin{array}{l}{y=kx+t}\\ {\dfrac{{x}^{2}}{4}+\dfrac{{y}^{2}}{3}=1}\end{array}\right.$, 消去$y$得,$(3+4k^{2})x^{2}+8ktx+4t^{2}-12=0$, 因为直线与椭圆有唯一交点,所以△$=(8k\cdot t)^{2}-4(3+4k^{2})\cdot (4t^{2}-12)=0$,即$4k^{2}-t^{2}+3=0$, 则$4k^{2}-(1-2k)^{2}+3=0$,解得$k=-\dfrac{1}{2}$,则$t=2$, 所以直线$PB$的方程为$y=-\dfrac{1}{2}x+2$, 联立$\left\{\begin{array}{l}y=-\dfrac{1}{2}x+2\\ \dfrac{x^{2}}{4}+\dfrac{y^{2}}{3}=1\end{array}\right.$, 解得$\left\{\begin{array}{l}{x=1}\\ {y=\dfrac{3}{2}}\end{array}\right.$,则$B(1,\dfrac{3}{2})$, 所以$\overrightarrow{FB}=(2,\dfrac{3}{2})$,$\overrightarrow{FP}=(3,1)$,$\overrightarrow{FA}=(3,0)$, 所以$\cos \angle BFP=\dfrac{\overrightarrow{FB}\cdot \overrightarrow{FP}}{\vert \overrightarrow{FB}\vert \cdot \vert \overrightarrow{FP}\vert }=\dfrac{2\times 3+\dfrac{3}{2}\times 1}{\sqrt{2^{2}+{(\dfrac{3}{2})}^{2}}\cdot \sqrt{3^{2}+1^{2}}}=\dfrac{3\sqrt{10}}{10}$, $\cos \angle PFA=\dfrac{\overrightarrow{FA}\cdot \overrightarrow{FP}}{\vert \overrightarrow{FA}\vert \cdot \vert \overrightarrow{FP}\vert }=\dfrac{3\times 3+1\times 0}{3\sqrt{3^{2}+1^{2}}}=\dfrac{3\sqrt{10}}{10}$, 则$\cos \angle BFP=\cos \angle PFA$, 又$\angle BFP$,$\angle PFA\in (0,\dfrac{\pi }{2})$, 所以$\angle BFP=\angle PFA$,即$PF$平分$\angle AFB$. 〖点评〗本题考查椭圆的方程以及直线与圆锥曲线的综合问题,考查了逻辑思维和运算求解能力,属于中档题.
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