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弦长和面积:2013年理数全国卷B题20

弦长和面积:2013年理数全国卷B题20

作者: 易水樵 | 来源:发表于2021-09-06 00:08 被阅读0次

    弦长和面积:2013年理数全国卷B题20

    (20)(本小题满分12分)
    平面直角坐标系 xOy 中,过椭圆 M: \dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1 (a \gt b \gt 0) 右焦点的直线 x+y-3=0MA,B 两点,PAB 的中点,且 OP 的斜率为\dfrac{1}{2} .

    (I)求 M 的方程;
    (Ⅱ)C,DM 上两点,若四边形 ACBD 的对角线 CD \perp AB ,求四边形 ACBD 面积的最大值.


    【解答问题I】

    直线 x+y-3=0 与坐标轴的交点为:(3,0),(0,3)

    c=3,\;c^2=9

    \dfrac{1}{a^2}x^2_{_A}+\dfrac{1}{b^2}y^2_{_A}=1\dfrac{1}{a^2}x^2_{_B}+\dfrac{1}{b^2}y^2_{_B}=1

    \dfrac{b^2}{a^2}=-(\dfrac{y_{_A}-y_{_B}}{x_{_A}-x_{_B}}) \cdot (\dfrac{y_{_A}+y_{_B}}{x_{_A}+x_{_B}})=-k_{_{AB}} \cdot k_{_{OP}}=\dfrac{1}{2}

    a^2=2b^2

    b^2=c^2=9,\;a^2=18

    M 的方程为:\dfrac{x^2}{18}+\dfrac{y^2}{9}=1


    【解答问题Ⅱ】

    CD \perp AB, ∴ S_{ACBD}=\dfrac{1}{2} \cdot |AB| \cdot |CD|

    因为 AB 长度固定,所以四边形的面积取决于弦 CD 的长度。

    CD \perp AB \Rightarrow k_{_{CD}} \cdot k_{_{AB}}=-1

    k_{_{CD}}=-\dfrac{1}{k_{_{AB}}}=1

    CD 方程为 y=x+t

    代入椭圆方程得:3x^2+4tx+(2t^2-18)=0

    x_1+x_2=\dfrac{-4t}{3} \Rightarrow (x_1+x_2)^2=\dfrac{16t^2}{9}

    x_1x_2=\dfrac{2t^2-18}{3} \Rightarrow -4x_1x_2=\dfrac{8(9-t^2)}{3}

    (x_1-x_2)^2=-\dfrac{8}{9}t^2+24

    |CD|^2=2(x_1-x_2)^2 \leqslant 2\times 24

    |CD| \leqslant 4\sqrt{3}

    t=0 时,弦 CD 的长度达到最大。

    AB 的方程为:y=3-x

    代入椭圆方程可得:3x^2-12=0

    x_1=0,\;x_2=4

    y_1=3,\;y_2=-1

    对应的两点坐标为:(0,3),\;(4,-1)

    |AB|=4\sqrt{2}

    ABCD 的交点为:(\dfrac{3}{2},\dfrac{3}{2})

    结论:四边形 ACBD 面积的最大值 S_{{max}}=\dfrac{1}{2} \cdot 4\sqrt{2} \cdot 4\sqrt{3} = 8\sqrt{6}


    【提炼与提高】

    『点差法』是解析几何中的常用方法。用此法可以得出推导出圆锥曲线的弦的斜率与其中点的关系。

    『韦达定理』也是解析几何中的基本方法。涉及「弦长和面积」的问题,应首先想到韦达定理。


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