2020-2021学年黑龙江省高二(上)期中数学试卷(文科)人教A版
展开1. 直线3x+y−5=0的倾斜角是( )
A.30∘B.60∘C.120∘D.150∘
2. 过点(−1, 2)且与直线2x−3y+4=0垂直的直线方程为( )
A.3x+2y−1=0B.3x+2y+7=0C.2x−3y+5=0D.2x−3y+8=0
3. 抛物线y=2x2的焦点坐标为( )
A.(1, 0)B.(14, 0)C.(0, 14)D.(0, 18)
4. 设F1,F2分别是椭圆x225+y216=1的左、右焦点,P为椭圆上一点,M是F1P的中点,|OM|=3,则P点到椭圆左焦点的距离为( )
A.4B.3C.2D.5
5. 点P(4, −2)与圆x2+y2=4上任一点连线的中点轨迹方程是( )
A.(x−2)2+(y+1)2=1B.(x−2)2+(y+1)2=4
C.(x+4)2+(y−2)2=1D.(x+2)2+(y−1)2=1
6. 过原点的直线l与双曲线x2−y2=6交于A,B两点,点P为双曲线上一点,若直线PA的斜率为2,则直线PB的斜率为( )
A.4B.1C.12D.14
7. 如果椭圆x236+y29=1的弦被点(4, 2)平分,则这条弦所在的直线方程是( )
A.x−2y=0B.x+2y−4=0C.2x+3y−12=0D.x+2y−8=0
8. 设F1,F2是双曲线x2−y224=1的两个焦点,P是双曲线上的一点,且3|PF1|=4|PF2|,则△PF1F2的面积等于( )
A.42B.83C.24D.48
9. 过点(1, 2)的直线被圆x2+y2=9所截弦长最短时的直线方程是( )
A.x+2y−5=0B.2x−y=0C.2x−y+3=0D.x+2y=0
10. 若点P为抛物线y=2x2上的动点,F为抛物线的焦点,则|PF|的最小值为( )
A.2B.12C.14D.18
11. 已知抛物线y2=2px(p>0)的焦点F与双曲线x24−y25=1的右焦点重合,抛物线的准线与x轴的交点为K,点A在抛物线上,且|AK|=2|AF|,则A点的横坐标为( )
A.22B.4C.3D.23
12. 如图,椭圆的中心在坐标原点,焦点在x轴上,A1,A2,B1,B2为椭圆顶点,F2为右焦点,延长B1F2与A2B2交于点P,若∠B1PB2为钝角,则该椭圆离心率的取值范围是( )
A.(5−22, 1)B.(0, 5−22)C.(0, 5−12)D.(5−12, 1)
二、填空题(本大题共4个小题,每小题5分,共20分,请把正确答案填在题中横线上)
若x,y满足约束条件x−y+1≥0x−2y≤0x+2y−2≤0,则z=x+y的最大值为________.
设双曲线C经过点(2, 2),且与y24−x2=1具有相同渐进线,则双曲线C的方程为________.
倾斜角为π4的直线l经过抛物线y2=4x的焦点F,与抛物线相交于A,B两点,则弦AB的长为________.
过双曲线x2−y215=1的右支上一点P,分别向圆C1:(x+4)2+y2=4和圆C2:(x−4)2+y2=1作切线,切点分别为M,N,则|PM|2−|PN|2的最小值为________.
三、解答题(本大题共6个小题,共70分,解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)
已知动圆M过点F(2, 0),且与直线x=−2相切.
(Ⅰ)求圆心M的轨迹E的方程;
(Ⅱ)斜率为1的直线l经过点F,且直线l与轨迹E交于点A,B,求线段AB的垂直平分线方程.
已知函数f(x)=|3x+6|,g(x)=|x−3|.
(Ⅰ)求不等式f(x)>g(x)的解集;
(Ⅱ)若f(x)+3g(x)≥a对于任意x∈R恒成立,求实数a的最大值.
已知圆C:(x−3)2+(y−4)2=4,
(Ⅰ)若直线l1过定点A(1, 0),且与圆C相切,求l1的方程;
(Ⅱ)若圆D的半径为3,圆心在直线l2:x+y−2=0上,且与圆C外切,求圆D的方程.
如图,在四棱锥P−ABCD中,四边形ABCD为菱形,∠BAD=60∘,△PAD为
正三角形,且E,F分别为AD,PC的中点.
(Ⅰ)求证:DF // 平面PEB;
(Ⅱ)求证:BC⊥平面PEB.
已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率e=22,且过点(1,22).
(Ⅰ)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)设过点P(1, 0)的直线l与椭圆C交于A,B两点,若OA⊥OB,求直线l方程.
如图,椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率为12,过椭圆右焦点F作两条互相垂直的弦AB与CD.当直线AB的斜率为0时,|AB|=4.
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)求使|AB|+|CD|取最小值时直线AB的方程.
参考答案与试题解析
2020-2021学年黑龙江省高二(上)期中数学试卷(文科)
一、选择题(本大题共12个小题,每小题5分,共60分,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.
【答案】
C
【考点】
直线的倾斜角
【解析】
求出直线的斜率,然后求解直线的倾斜角即可.
【解答】
解:因为直线3x+y−5=0的斜率为:−3,
直线的倾斜角为:α.
所以tanα=−3,
α=120∘
故选C.
2.
【答案】
A
【考点】
直线的一般式方程与直线的垂直关系
【解析】
根据与已知直线垂直的直线系方程可设与直线2x−3y+4=0垂直的直线方程为−3x−2y+c=0,再把点(−1, 2)代入,即可求出c值,得到所求方程.
【解答】
解:∵ 所求直线方程与直线2x−3y+4=0垂直,
∴ 设方程为3x+2y+c=0,
∵ 直线过点(−1, 2),
∴ 3×(−1)+2×2+c=0,
∴ c=−1,
∴ 所求直线方程为3x+2y−1=0.
故选A.
3.
【答案】
D
【考点】
抛物线的性质
【解析】
先把抛物线整理标准方程,进而可判断出焦点所在的坐标轴和p,进而求得焦点坐标.
【解答】
解:整理抛物线方程得x2=12y,
∴ 焦点在y轴,p=14,
∴ 焦点坐标为(0, 18).
故选D.
4.
【答案】
A
【考点】
椭圆的定义
【解析】
由题意知,OM是△PF1F2的中位线,由|OM|=3,可得|PF2|=6,再由椭圆的定义求出|PF1|的值.
【解答】
解:由题意知,OM是△PF1F2的中位线,
∵ |OM|=3,
∴ |PF2|=6.
又|PF1|+|PF2|=2a=10,
∴ |PF1|=4.
故选A.
5.
【答案】
A
【考点】
轨迹方程
【解析】
设圆上任意一点为(x1, y1),中点为(x, y),则x=x1+42y=y1−22 ,由此能够轨迹方程.
【解答】
解:设圆上任意一点为(x1, y1),中点为(x, y),
则x=x1+42,y=y1−22,
即x1=2x−4,y1=2y+2, 代入x2+y2=4,
得(2x−4)2+(2y+2)2=4,
化简得(x−2)2+(y+1)2=1.
故选A.
6.
【答案】
C
【考点】
直线与双曲线的位置关系
【解析】
可设A(m, n),B(−m, −n),P(x, y),代入双曲线的方程,作差,可得y2−n2x2−m2=1,再由直线的斜率公式,结合平方差公式,计算可得所求值.
【解答】
由题意可设A(m, n),B(−m, −n),P(x, y),
则m2−n2=6,x2−y2=6,
即有y2−n2=x2−m2,
即y2−n2x2−m2=1,
由kPA=y−nx−m,kPB=y+nx+m,
可得kPA⋅kPB=y2−n2x2−m2=1,
而kPA=2,所以kPB=12.
7.
【答案】
D
【考点】
与椭圆有关的中点弦及弦长问题
【解析】
设这条弦的两端点为A(x1, y1),B(x2, y2),则x1236+y129=1x2236+y229=1,两式相减再变形得x1+x236+ky1+y29=0,又由弦中点为(4, 2),可得k=−12,由此可求出这条弦所在的直线方程.
【解答】
解:设这条弦的两端点为A(x1, y1),B(x2, y2),斜率为k,
则x1236+y129=1,x2236+y229=1,
两式相减再变形得x1+x236+ky1+y29=0,
又弦中点为(4, 2),故k=−12,
故这条弦所在的直线方程y−2=−12(x−4),
整理得x+2y−8=0.
故选D.
8.
【答案】
C
【考点】
双曲线的离心率
【解析】
先由双曲线的方程求出|F1F2|=10,再由3|PF1|=4|PF2|,求出|PF1|=8,|PF2|=6,由此能求出△PF1F2的面积.
【解答】
F1(−5, 0),F2(5, 0),|F1F2|=10,
∵ 3|PF1|=4|PF2|,∴ 设|PF2|=x,则|PF1|=43x,
由双曲线的性质知43x−x=2,解得x=6.
∴ |PF1|=8,|PF2|=6,
∴ ∠F1PF2=90∘,
∴ △PF1F2的面积=12×8×6=24.
9.
【答案】
A
【考点】
直线与圆的位置关系
【解析】
设A(1, 2),圆的圆心为C(0, 0),从而得到AC的斜率.由圆的性质,得当直线被圆截得弦长最短时,直线与经过A点的直径垂直,由此算出直线的斜率,即可得到所求直线的方程.
【解答】
∵ 圆x2+y2=9的圆心为C(0, 0),
设A(1, 2),得直线AC的斜率kAC=2,
∵ 过点(1, 2)的直线被圆x2+y2=9所截弦长最短,
∴ 所求的直线与经过点A(0, 1)的直径垂直,
由此可得,所求的直线的斜率为k=−1kAC=−12,
因此,所求直线的方程为y−2=−12(x−1),即x+2y−5=0.
10.
【答案】
D
【考点】
抛物线的性质
【解析】
根据题意,设P到准线的距离为d,则有|PF|=d,将抛物线的方程为标准方程,求出其准线方程,分析可得d的最小值,即可得答案.
【解答】
根据题意,抛物线y=2x2上,设P到准线的距离为d,则有|PF|=d,
抛物线的方程为y=2x2,即x2=12y,
其准线方程为:y=−18,
分析可得:当P在抛物线的顶点时,d有最小值18,
即|PF|的最小值为18,
11.
【答案】
C
【考点】
圆锥曲线的共同特征
【解析】
根据双曲线x24−y25=1得出其右焦点坐标,可知抛物线的焦点坐标,从而得到抛物线的方程和准线方程,进而可求得K的坐标,设A(x0, y0),过A点向准线作垂线AB,则B(−3, y0),根据|AK|=2|AF|及AF=AB=x0−(−3)=x0+3,进而可求得A点坐标.
【解答】
∵ 双曲线x24−y25=1,其右焦点坐标为(3, 0).
∴ 抛物线C:y2=12x,准线为x=−3,
∴ K(−3, 0)
设A(x0, y0),过A点向准线作垂线AB,则B(−3, y0)
∵ |AK|=2|AF|,又AF=AB=x0−(−3)=x0+3,
∴ 由BK2=AK2−AB2得BK2=AB2,从而y02=(x0+3)2,即12x0=(x0+3)2,
解得x0=3.
12.
【答案】
C
【考点】
椭圆的定义
【解析】
根据∠B1PB2为A2B2→与F2B1→的夹角,并分别表示出A2B2→与F2B1→,由∠B1PB2为钝角,A2B2→⋅F2B1→<0,得ac−b2<0,利用椭圆的性质,可得到e2+e−1<0,即可解得离心率的取值范围.
【解答】
解:如图所示,∠B1PB2为A2B2→与F2B1→的夹角;
设椭圆的长半轴、短半轴、半焦距分别为a,b,c,
A2B2→=(−a, b),F2B1→=(−c, −b),
∵ 向量的夹角为钝角时,A2B2→⋅F2B1→<0,
∴ ac−b2<0,
又b2=a2−c2,
∴ a2−ac−c2>0;
两边除以a2得1−e−e2>0,
即e2+e−1<0;
解得−1−52
二、填空题(本大题共4个小题,每小题5分,共20分,请把正确答案填在题中横线上)
【答案】
32
【考点】
简单线性规划
【解析】
由约束条件作出可行域,数形结合得到最优解,求出最优解的坐标,代入目标函数得答案.
【解答】
由x,y满足约束条件x−y+1≥0x−2y≤0x+2y−2≤0,作出可行域如图,
化目标函数z=x+y为y=−x+z,
由图可知,当直线y=−x+z过A时,z在y轴上的焦距取得最大值,
由x−2y=0x+2y−2=0,解得A(1, 12)时,
目标函数有最大值,为z=1+12=32.
【答案】
x23−y212=1
【考点】
双曲线的特性
【解析】
利用双曲线渐近线之间的关系,利用待定系数法即可得到结论.
【解答】
解:与y24−x2=1具有相同渐近线的双曲线方程可设为y24−x2=m,(m≠0),
∵ 双曲线C经过点(2, 2),
∴ m=−3,
即双曲线方程为y24−x2=−3,即x23−y212=1
故答案为:x23−y212=1.
【答案】
8
【考点】
抛物线的性质
【解析】
先根据题意写出直线的方程,再将直线的方程与抛物线y2=4x的方程组成方程组,消去y得到关于x的二次方程,最后利用根与系数的关系结合抛物线的定义,即可求线段AB的长.
【解答】
设A(x1, y1),B(x2, y2),A,B到准线的距离分别为dA,dB,
由抛物线的定义可知|AF|=dA=x1+1,|BF|=dB=x2+1,于是|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+2.
由已知得抛物线的焦点为F(1, 0),斜率k=tan45∘=1,所以直线AB方程为y=x−1.
将y=x−1代入方程y2=4x,得(x−1)2=4x,化简得x2−6x+1=0.
由求根公式得x1+x2=6,于是|AB|=|AF|+|BF|=x1+x2+2=8.
【答案】
13
【考点】
双曲线的离心率
【解析】
求得两圆的圆心和半径,设双曲线x2−y215=1的左右焦点为F1(−4, 0),F2(4, 0),连接PF1,PF2,F1M,F2N,运用勾股定理和双曲线的定义,结合三点共线时,距离之和取得最小值,计算即可得到所求值.
【解答】
圆C1:(x+4)2+y2=4的圆心为(−4, 0),半径为r1=2;
圆C2:(x−4)2+y2=1的圆心为(4, 0),半径为r2=1,
设双曲线x2−y215=1的左右焦点为F1(−4, 0),F2(4, 0),
连接PF1,PF2,F1M,F2N,可得
|PM|2−|PN|2=(|PF1|2−r12)−(|PF2|2−r22)
=(|PF1|2−4)−(|PF2|2−1)
=|PF1|2−|PF2|2−3=(|PF1|−|PF2|)(|PF1|+|PF2|)−3
=2a(|PF1|+|PF2|−3=2(|PF1|+|PF2|)−3≥2⋅2c−3=2⋅8−3=13.
当且仅当P为右顶点时,取得等号,即最小值13.
三、解答题(本大题共6个小题,共70分,解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)
【答案】
(1)设动点M(x, y),则(x−2)2+y2=|x+2|
化简得轨迹E的方程y2=8x
(2)斜率为1的直线l经过点F,所以l的方程为y=x−2,
由y=x−2y2=8x,得x2−12x+4=0.
设A(x1, y1),B(x2, y2),AB中点M(x0, y0)
则x0=x1+x22=6,y0=x0−2=4
所以AB垂直平分线方程为x+y−10=0.
【考点】
轨迹方程
【解析】
(Ⅰ)设动点M(x, y),通过(x−2)2+y2=|x+2|,化简求解即可.
(Ⅱ)由y=x−2y2=8x,得x2−12x+4=0.设A(x1, y1),B(x2, y2),AB中点M(x0, y0),利用韦达定理求出中点坐标,然后求解AB垂直平分线方程.
【解答】
(1)设动点M(x, y),则(x−2)2+y2=|x+2|
化简得轨迹E的方程y2=8x
(2)斜率为1的直线l经过点F,所以l的方程为y=x−2,
由y=x−2y2=8x,得x2−12x+4=0.
设A(x1, y1),B(x2, y2),AB中点M(x0, y0)
则x0=x1+x22=6,y0=x0−2=4
所以AB垂直平分线方程为x+y−10=0.
【答案】
(1)由f(x)>g(x),得|3x+6|>|x−3|,
平方得(3x+6)2>(x−3)2,
得9x2+36x+36>x2−6x+9,
得8x2+42x+27>0,
得(2x+9)(4x+3)>0,
解得x<−92或x>−34.
故不等式f(x)>g(x)的解集是(−∞, −92)∪(−34, +∞).
(2)若f(x)+3g(x)≥a恒成立,则|3x+6|+3|x−3|≥a恒成立,
即|3x+6|+|3x−9|≥a恒成立.
而|3x+6|+|3x−9|≥|3x+6−(3x−9)|=15,
所以a≤15,
故实数a的最大值为15.
【考点】
绝对值不等式的解法与证明
【解析】
(Ⅰ)两边平方法即可求出不等式的解集;
(Ⅱ)利用三角不等式求得f(x)+3g(x)≥15,从而可得a的取值范围,从而得解.
【解答】
(1)由f(x)>g(x),得|3x+6|>|x−3|,
平方得(3x+6)2>(x−3)2,
得9x2+36x+36>x2−6x+9,
得8x2+42x+27>0,
得(2x+9)(4x+3)>0,
解得x<−92或x>−34.
故不等式f(x)>g(x)的解集是(−∞, −92)∪(−34, +∞).
(2)若f(x)+3g(x)≥a恒成立,则|3x+6|+3|x−3|≥a恒成立,
即|3x+6|+|3x−9|≥a恒成立.
而|3x+6|+|3x−9|≥|3x+6−(3x−9)|=15,
所以a≤15,
故实数a的最大值为15.
【答案】
(1)①若直线l1的斜率不存在,即直线是x=1,符合题意.
②若直线l1斜率存在,设直线l1为y=k(x−1),即kx−y−k=0.
由题意知,圆心(3, 4)到已知直线l1的距离等于半径2,
即|3k−4−k|k2+1=2
解之得k=34.
所求直线方程是x=1,3x−4y−3=0.
(2)依题意设D(a, 2−a),又已知圆的圆心C(3, 4),r=2,
由两圆外切,可知CD=5
∴ 可知(a−3)2+(2−a−4)2=5,
解得a=3,或a=−2,
∴ D(3, −1)或D(−2, 4),
∴ 所求圆的方程为(x−3)2+(y+1)2=9或(x+2)2+(y−4)2=9.
【考点】
圆的切线方程
圆的标准方程
【解析】
(I)由直线l1过定点A(1, 0),故可以设出直线的点斜式方程,然后根据直线与圆相切,圆心到直线的距离等于半径,求出k值即可,但要注意先讨论斜率不存在的情况,以免漏解.
(II)圆D的半径为3,圆心在直线l2:x+y−2=0上,且与圆C外切,则设圆心D(a, 2−a),进而根据两圆外切,则圆心距等于半径和,构造出关于a的方程,解方程即可得到答案.
【解答】
(1)①若直线l1的斜率不存在,即直线是x=1,符合题意.
②若直线l1斜率存在,设直线l1为y=k(x−1),即kx−y−k=0.
由题意知,圆心(3, 4)到已知直线l1的距离等于半径2,
即|3k−4−k|k2+1=2
解之得k=34.
所求直线方程是x=1,3x−4y−3=0.
(2)依题意设D(a, 2−a),又已知圆的圆心C(3, 4),r=2,
由两圆外切,可知CD=5
∴ 可知(a−3)2+(2−a−4)2=5,
解得a=3,或a=−2,
∴ D(3, −1)或D(−2, 4),
∴ 所求圆的方程为(x−3)2+(y+1)2=9或(x+2)2+(y−4)2=9.
【答案】
证明:(Ⅰ)取PB中点G,因为F是PC中点,
∴ FG // BC,且FG=12BC
∵ E是AD的中点,则DE // BC,且DE=12BC
∴ FG // DE,且FG=DE
∴ 四边形DEGF是平行四边形,
∴ DF // EG
又∵ DF⊄平面PEB,EG⊂平面PEB
∴ DF // 平面PEB.
(2)因为E是正三角形PAD边为AD的中点,则PE⊥AD.
∵ 四边形ABCD为菱形,∠BAD=60∘,
∴ 正三角形BAD中,BE⊥AD,
∵ PE∩BE=E,
∴ AD⊥平面PEB,
∵ AD // BC,
∴ BC⊥平面PEB.
【考点】
直线与平面垂直
直线与平面平行
【解析】
(Ⅰ)取PB中点G,可证四边形DEGF是平行四边形,进而可证DF // EG,利用线面平行的判定定理即可证明DF // 平面PEB.
(Ⅱ)由题意可知PE⊥AD,又正三角形BAD中,BE⊥AD,利用线面垂直的判定定理可证AD⊥平面PEB,进而根据AD // BC,即可证明BC⊥平面PEB.
【解答】
证明:(Ⅰ)取PB中点G,因为F是PC中点,
∴ FG // BC,且FG=12BC
∵ E是AD的中点,则DE // BC,且DE=12BC
∴ FG // DE,且FG=DE
∴ 四边形DEGF是平行四边形,
∴ DF // EG
又∵ DF⊄平面PEB,EG⊂平面PEB
∴ DF // 平面PEB.
(2)因为E是正三角形PAD边为AD的中点,则PE⊥AD.
∵ 四边形ABCD为菱形,∠BAD=60∘,
∴ 正三角形BAD中,BE⊥AD,
∵ PE∩BE=E,
∴ AD⊥平面PEB,
∵ AD // BC,
∴ BC⊥平面PEB.
【答案】
(1)由e=ca=22,得a2=2b2,又1a2+12b2=1,解得a2=2,b2=1,
∴ 椭圆C的方程为x22+y2=1.
(2)设AB:x=my+1,
由x=my+1x2+2y2=2,得(m2+2)y2+2my−1=0,
Δ>0,设A(x1, y1),B(x2, y2),
∴ y1+y2=−2mm2+2,y1y2=−1m2+2,
∴ x1x2=m2y1y2+m(y1+y2)+1=−m2m2+2−2m2m2+2+1=2−2m2m2+2,
∵ OA⊥OB,∴ OA→⋅OB→=0,
∴ OA→⋅OB→=x1x2+y1y2=1−2m2m2+2=0,得m=±22,
∴ 直线AB方程为2x−y−2=0或2x+y−2=0.
【考点】
椭圆的标准方程
椭圆的应用
直线与椭圆的位置关系
【解析】
(Ⅰ)通过椭圆的离心率以及椭圆经过的点,求解a,b,得到椭圆方程.
(Ⅱ)设AB:x=my+1,由x=my+1x2+2y2=2,得(m2+2)y2+2my−1=0,Δ>0,设A(x1, y1),B(x2, y2),利用韦达定理,结合向量的数量积为0,求解m,得到直线方程.
【解答】
(1)由e=ca=22,得a2=2b2,又1a2+12b2=1,解得a2=2,b2=1,
∴ 椭圆C的方程为x22+y2=1.
(2)设AB:x=my+1,
由x=my+1x2+2y2=2,得(m2+2)y2+2my−1=0,
Δ>0,设A(x1, y1),B(x2, y2),
∴ y1+y2=−2mm2+2,y1y2=−1m2+2,
∴ x1x2=m2y1y2+m(y1+y2)+1=−m2m2+2−2m2m2+2+1=2−2m2m2+2,
∵ OA⊥OB,∴ OA→⋅OB→=0,
∴ OA→⋅OB→=x1x2+y1y2=1−2m2m2+2=0,得m=±22,
∴ 直线AB方程为2x−y−2=0或2x+y−2=0.
【答案】
(1)由题意知e=ca=12,2a=4.又a2=b2+c2,解得a=2,b=3,
所以椭圆方程为x24+y23=1.
(2)①当两条弦中一条弦所在直线的斜率为0时,另一条弦所在直线的斜率不存在,
由题意知|AB|+|CD|=7,不满足条件.
②当两弦所在直线的斜率均存在且不为0时,设直线AB的方程为y=k(x−1),
则直线CD的方程为y=−1k(x−1),设A(x1, y1),B(x2, y2)
将直线AB的方程代入椭圆方程中并整理得(3+4k2)x2−8k2x+4k2−12=0,
则x1+x2=8k23+4k2,x1⋅x2=4k2−123+4k2,
所以|AB|=k2+1|x1−x2|=k2+1⋅(x1+x2)2−4x1x2=12(k2+1)3+4k2.
同理,|CD|=12(1k2+1)3+4k2=12(k2+1)3k2+4.
所以|AB|+|CD|=12(k2+1)3+4k2+12(k2+1)3k2+4=84(k2+1)2(3+4k2)(3k2+4)≥84(k2+1)2(3+4k2+3k2+42)2=487,
当且仅当3+4k2=3k2+4即k=±1时,上式取等号,
所以直线AB的方程为x−y−1=0或x+y−1=0.
【考点】
椭圆的标准方程
椭圆的应用
直线与椭圆的位置关系
【解析】
(Ⅰ)利用离心率以及长轴长求解a,c,b然后得到椭圆方程.
(Ⅱ)①当两条弦中一条弦所在直线的斜率为0时,另一条弦所在直线的斜率不存在,验证即可.
②当两弦所在直线的斜率均存在且不为0时,设直线AB的方程为y=k(x−1),则直线CD的方程为y=−1k(x−1),设A(x1, y1),B(x2, y2),将直线AB的方程代入椭圆方程中并整理得(3+4k2)x2−8k2x+4k2−12=0,利用韦达定理,弦长公式,求解|AB|+|CD|的表达式,利用基本不等式求解最小值,然后求解直线方程.
【解答】
(1)由题意知e=ca=12,2a=4.又a2=b2+c2,解得a=2,b=3,
所以椭圆方程为x24+y23=1.
(2)①当两条弦中一条弦所在直线的斜率为0时,另一条弦所在直线的斜率不存在,
由题意知|AB|+|CD|=7,不满足条件.
②当两弦所在直线的斜率均存在且不为0时,设直线AB的方程为y=k(x−1),
则直线CD的方程为y=−1k(x−1),设A(x1, y1),B(x2, y2)
将直线AB的方程代入椭圆方程中并整理得(3+4k2)x2−8k2x+4k2−12=0,
则x1+x2=8k23+4k2,x1⋅x2=4k2−123+4k2,
所以|AB|=k2+1|x1−x2|=k2+1⋅(x1+x2)2−4x1x2=12(k2+1)3+4k2.
同理,|CD|=12(1k2+1)3+4k2=12(k2+1)3k2+4.
所以|AB|+|CD|=12(k2+1)3+4k2+12(k2+1)3k2+4=84(k2+1)2(3+4k2)(3k2+4)≥84(k2+1)2(3+4k2+3k2+42)2=487,
当且仅当3+4k2=3k2+4即k=±1时,上式取等号,
所以直线AB的方程为x−y−1=0或x+y−1=0.
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