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所属成套资源:2022年高考数学之圆锥曲线练习(原卷+解析卷)
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专题20 面积型定值型问题(原卷版)
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这是一份专题20 面积型定值型问题(原卷版),共14页。
【例题选讲】
[例1] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(1,2),以原点O为圆心,椭圆的短半轴长为半径的圆与直线x-y+eq \r(6)=0相切.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)若直线l:y=kx+m与椭圆C相交于A,B两点,且kOA·kOB=-eq \f (b2,a2).求证:△AOB的面积为定值.
[规范解答] (1)由题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(c,a)=eq \f(1,2),b=eq \f(|0-0+eq \r(6)|,eq \r(2)),a2=c2+b2)),∴a2=4,b2=3,∴椭圆的方程为eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1;
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),则A,B的坐标满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1,y=kx+m)),
消去y化简得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,x1+x2=-eq \f(8km,3+4k2),x1x2=eq \f(4m2-12,3+4k2),
由Δ>0,得m24k2-m2+3>0,
y1y2=(kx1+m)( kx2+m)=k2 x1x2+km(x1+x2)+m2=k2eq \f(4m2-12,3+4k2)+km (-eq \f(8km,3+4k2))+m2=eq \f(3m2-12k2,3+4k2).
∵kOA·kOB=-eq \f (b2,a2)=-eq \f(3,4),∴eq \f(y1y2,x1x2)=-eq \f(3,4),即y1y2=-eq \f(3,4) x1x2,∴eq \f(3m2-12k2,3+4k2)=-eq \f(3,4)·eq \f(4m2-12,3+4k2).即2m2-4k2=3
|MN|=eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(1+k2)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(-8km,3+4k2)))\s\up8(2)-4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4m2-12,3+4k2))))=eq \r(eq \f(24(1+k2),3+4k2)).
又由点O到直线y=kx+m的距离d=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),
所以S△MON=eq \f(1,2)|AB|·d=eq \f(1,2)eq \f(|m|,eq \r(1+k2))·eq \r(eq \f(24(1+k2),3+4k2))=eq \f(1,2)·eq \r(eq \f(m2,1+k2)·eq \f(24(1+k2),3+4k2))=eq \f(1,2)·eq \r(eq \f(3+4k2,2)·eq \f(24,3+4k2))=eq \r(3)为定值.
[例2] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(2),2),O是坐标原点,点A,B分别为椭圆C的左右顶点,|AB|=4eq \r(2).
(1)求椭圆C的标准方程.
(2)若P是椭圆C上异于A,B的一点,直线l交椭圆C于M,N两点,AP∥OM,BP∥ON,则△OMN的面积是否为定值?若是,求出定值,若不是,请说明理由.
[规范解答] (1)由2a=4eq \r(2),e=eq \f(\r(2),2),解得a=2eq \r(2),c=2,b2=a2-c2=4,则椭圆的方程为eq \f(x2,8)+eq \f(y2,4)=1;
(2)由题意可得A(-2eq \r(2),0),B(2eq \r(2),0),设P(x0,y0),可得eq \f(x02,8)+eq \f(y02,4)=1,即x02+2y02=8,
则kAP·kBP=eq \f(y0,x0+2eq \r(2))·eq \f(y0,x0-2eq \r(2))=eq \f(y02,x02-8)=eq \f(y02,-2y02)=-eq \f(1,2),
因为AP∥OM,BP∥ON,则kOM·kON=kAP·kBP=-eq \f(1,2),
①当直线l的斜率不存在时,设l:x=m,联立椭圆方程可得y=±eq \r(\f(8-m2,2)),
所以M(m,eq \r(\f(8-m2,2))),N(m,-eq \r(\f(8-m2,2))),由kOM·kON=-eq \f(1,2),可得-eq \f(eq \f(8-m2,2),m2)=-eq \f(1,2),解得m=±2,
所以M(±2,eq \r(2)),N(±2,-eq \r(2)),所以S△MNO=eq \f(1,2)×2×2eq \r(2)=2eq \r(2);
②当直线l的斜率存在时,设直线l:y=kx+n,M(x1,y1),N(x2,y2),
联立直线y=kx+n和x2+2y2=8,可得(1+2k2)x2+4knx+2n2-8=0,
可得∴x1+x2=-eq \f(4kn,1+2k2),x1x2=eq \f(2n2-8,1+2k2),y1y2=(kx1+n)(kx2+n)=k2x1x2+kn(x1+x2)+n2,
由kOM·kON=eq \f(y1y2,x1x2)=k2+eq \f(-4k2n2,2n2-8)+eq \f(n2(1+2k2),2n2-8)=-eq \f(1,2),可得n2=2+4k2,
由弦长公式可得,|MN=|eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)
=eq \r(1+k2)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(4kn,1+2k2)))\s\up8(2)-4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2n2-8,1+2k2))))=eq \f(eq \r(1+k2),1+2k2)·eq \r(64k2-8n2+32)=eq \f(4eq \r(1+k2),eq \r(1+2k2)).
点(0,0)到直线l的距离为d=eq \f(|n|,\r(k2+1))=eq \f(eq \r(2(1+2k2)),eq \r(1+k2)),
所以S△OMN=eq \f(1,2)d·|MN|=2eq \r(2),综上可知,△OMN的面积为定值2eq \r(2).
[例3] 如图,F1、F2为椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点,D、E是椭圆的两个顶点,椭圆的离心率为eq \f(\r(3),2),S△DEF2=1-eq \f(\r(3),2).若M(x0,y0)在椭圆C上,则点N(eq \f(x0,a),eq \f(y0,b))称为点M的一个“好点”.直线l与椭圆交于A、B两点,A、B两点的“好点”分别为P、Q,已知以PQ为直径的圆经过坐标原点.
(1)求椭圆的标准方程;
(2) △AOB的面积是否为定值?若为定值,试求出该定值;若不为定值,请说明理由.
[规范解答] (1)由题可知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2),eq \f(1,2)(a-c)b=1-eq \f(\r(3),2),a2=c2+b2)),解得a2=4,b2=1,
故椭圆C的标准方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),则P(eq \f(x1,2),y1),Q(eq \f(x2,2),y2).由OP⊥OQ,即eq \f(x1x2,4)+y1y2=0.(1)
①当直线AB的斜率不存在时,S=eq \f(1,2)|x1·| y1-y2|=1;
②当直线AB的斜率存在时,设其直线为y=kx+m(k≠0),
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m, eq \f(x2,4)+y2=1))得(4k2+1)x2+8kmx+4m2-4=0.
则Δ=16(4k2-m2+1),x1x2=eq \f(4m2-4,4k2+1),同理y1y2=eq \f(m2-4k2,4k2+1),代入(1),整理得4k2+1=2m2.
此时Δ=16m2>0,|AB|=|eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \f(2eq \r(1+k2),|m|).h=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),∴S=1.
综上,△AOB的面积为定值1.
[例4] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的焦距为2,四个顶点构成的四边形面积为2eq \r(2).
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)斜率存在的直线l与椭圆C相交于M、N两点,O为坐标原点,eq \(OP,\s\up6(→))=eq \(OM,\s\up6(→))+eq \(ON,\s\up6(→)),若点P在椭圆上,请判断△OMN的面积是否为定值.
解析 (1)由题可得2c=2,c=1,eq \f (1,2)2a×2×b=2eq \r(2),又a2=c2+b2,解得b=1,a=eq \r(2).
故椭圆方程为eq \f(x2,2)+y2=1.
(2)设直线l方程是y=kx+m,设M(x1,y1),N(x2,y2),P(x0,y0),
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,\f(x2,2)+y2=1,))得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-2=0,
Δ=8(2k2-m2+1)>0.x1+x2=eq \f(-4km,1+2k2),x1x2=eq \f(2m2-1,1+2k2),
|MN|=eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(1+k2)eq \f(eq \r(8(2k2+1-m2)),1+2k2).
又∵eq \(OP,\s\up6(→))=eq \(OM,\s\up6(→))+eq \(ON,\s\up6(→)),所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=x1+x2,,y0=y1+y2,))∴P(eq \f(-4km,1+2k2),eq \f(2m,1+2k2))
把点P坐标代入椭圆方程可得(eq \f(-4km,1+2k2))2+2(eq \f(2m,1+2k2))=2,整理可得4m2=2k2+1,
又由点O到直线y=kx+m的距离d=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),△OMN的面积
S△OMN=eq \f(1,2)|MN|·d=eq \f(1,2)eq \r(1+k2)eq \f(eq \r(8(2k2+1-m2)),1+2k2)eq \f(|m|,eq \r(1+k2))=eq \f(eq \r(2(4m2-m2)),4m2)×|m|=eq \f(\r(6),4).
所以,△OMN的面积为定值eq \f(\r(6),4).
[例5] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(3),2),过点P(1,eq \f(\r(3),2)).
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)设点A、B分别是椭圆C的左顶点和上顶点,M、N为椭圆C上异于A、B的两点,满足AM∥BN,,求证:△OMN面积为定值.
[规范解答] (1)由已知条件可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2),eq \f(1,a2)+eq \f(3,4b2)=1,a2=c2+b2)),解得a2=4,b2=1,故椭圆C的标准方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)设M(x1,y1),N(x2,y2),由题意直线AM、BN的斜率存在,
设直线AM的方程为y=k(x+2)①,设直线BN的方程为y=kx+1②,
由(1)椭圆C:eq \f(x2,4)+y2=1③,
联立①③得(4k2+1)x2+16k2x+16k2-4=0,解得x1=eq \f(2-8k2,4k2+1),即M(eq \f(2-8k2,4k2+1),eq \f(4k,4k2+1)),
联立②③,得(4k2+1)x2+8kx=0,所以,x2=-eq \f(8k,4k2+1),即N(-eq \f(8k,4k2+1),eq \f(1-4k2,4k2+1)),
易知|OM|=eq \r(x12+y12),
直线OM的方程为y1x-x1y=0,点N到直线OM的距离为eq \f(|x2y1-x1y2|,eq \r(x12+y12)),
所以S△OMN=eq \f(1,2)|OM|·d=eq \f(|x2y1-x1y2|,2)=eq \f(1,2)|-eq \f(8k,4k2+1)·eq \f(4k,4k2+1)-eq \f(1-4k2,4k2+1)·eq \f(2-8k2,4k2+1)|=1
故△OMN面积为定值1.
[例6] 如图,点F是抛物线Г:x2=2py(p>0)的焦点,点A是抛物线上的定点,且eq \(AF,\s\up6(→))=(2,0),点B,C是抛物线上的动点,直线AB,AC的斜率分别为k1,k2.
(1)求抛物线Г的方程;
(2)若k2-k1=2,点D是抛物线在点B,C处切线的交点,记△BCD的面积为S,证明S为定值.
[规范解答] (1)设A(x0,y0),由题知F(0,eq \f(p,2)),所以eq \(AF,\s\up6(→))=(-x0,eq \f(p,2)-y0)=(2,0),
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=-2,,y0=\f(p,2))),代入x2=2py(p>0),得4=p2,得p=2,
所以抛物线的方程是x2=4y.
(2)过D作y轴的平行线交BC于点E,并设B(x1,eq \f(x\\al(2,1),4)),C(x2,eq \f(x\\al(2,2),4)),由(1)知A(-2,1),
所以k2-k1=eq \f(\f(x\\al(2,2),4)-1,x2+2)-eq \f(\f(x\\al(2,1),4)-1,x1+2)=eq \f(x2-x1,4),又k2-k1=2,所以x2-x1=8.
直线BD:y=eq \f(x1,2)x-eq \f(x\\al(2,1),4),直线CD:y=eq \f(x2,2)x-eq \f(x\\al(2,2),4),解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(xD=\f(x1+x2,2),,yD=\f(x1x2,4).))
因直线BC的方程为y-eq \f(x\\al(2,1),4)=eq \f(x1+x2,4)(x-x1),将xD代入得yE=eq \f(x\\al(2,1)+x\\al(2,2),8),
所以S=eq \f(1,2)|DE|(x2-x1)=eq \f(1,2)(yE-yD)(x2-x1)=eq \f(1,2)·eq \f(x2-x12,8)(x2-x1)=32.
【对点训练】
1.已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的四个顶点围成的菱形的面积为4eq \r(3),椭圆的一个焦点为(1,0).
(1)求椭圆的方程;
(2)若M,N为椭圆上的两个动点,直线OM,ON的斜率分别为k1,k2,当k1k2=-eq \f(3,4)时,△MON的面积是否为定值?若为定值,求出此定值;若不为定值,说明理由.
2.已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(3),3),直线x-y+eq \r(5)=0与椭圆C有且只有一个公共点.
(1)求椭圆C的标准方程
(2)设点A(-eq \r(3),0),B(eq \r(3),0),P为椭圆C上一点,且直线PA,PB的斜率乘积为-eq \f(2,3),点M,N是椭圆C上不同于A,B的两点,且满足AP∥OM,BP∥ON,求证:△OMN的面积为定值.
3.在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C:eq \f (x2,4)+y2=1,点P(x1,y1),Q(x2,y2)是椭圆C上两个动点,直
线OP,OQ的斜率分别为k1,k2,若m=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x1,2),y1)),n=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x2,2),y2)),m·n=0.
(1)求证:k1·k2=-eq \f (1,4);
(2)试探求△POQ的面积S是否为定值,并说明理由.
4.已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,椭圆C与y轴的一个交点为M,且|F1F2|
=2eq \r(3),|MF1|=2.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)设O为坐标原点,A,B为椭圆C上不同的两点,点A关于x轴的对称点为点D.若直线BD的斜率为1,求证:△OAB的面积为定值.
5.如图,设点A,B的坐标分别为(-eq \r(3),0),(eq \r(3),0),直线AP,BP相交于点P,且它们的斜率之积为
-eq \f(2,3).
(1)求点P的轨迹方程;
(2)设点P的轨迹为C,点M,N是轨迹C上不同于A,B的两点,且满足AP∥OM,BP∥ON,求证:△MON的面积为定值.
6.已知F是抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点,点M是抛物线上的定点,且eq \(MF,\s\up6(→))=(4,0).
(1)求抛物线C的方程;
(2)直线AB与抛物线C交于不同两点A(x1,y1),B(x2,y2)且|x2-x1|=3,直线l与AB平行,且与抛物线C相切,切点为N,试问△AMN的面积是否是定值.若是,求出这个定值;若不是,请说明理由.
题型二 两三角形面积的和差积商问题
[例7] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的右顶点为A(2,0),离心率e=eq \f(\r(3),2).
(1)求椭圆C的方程;
(2)设B为椭圆上顶点,P是椭圆C在第一象限上的一点,直线PA与y轴交于点M,直线PB与x轴交于点N,问△PMN与△PAB面积之差是否为定值?说明理由.
[规范解答] (1)依题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,\f(c,a)=\f(\r(3),2),,a2-b2=c2,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=1,))则椭圆C的方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)设P(x0,y0)(x0>0,y0>0),则xeq \\al(2,0)+4yeq \\al(2,0)=4,直线PA:y=eq \f(y0,x0-2)(x-2),
令x=0,得yM=eq \f(-2y0,x0-2),则|BM|=|1-yM|=yM-1=-1-eq \f(2y0,x0-2).
直线PB:y=eq \f(y0-1,x0)x+1,令y=0,得xN=eq \f(-x0,y0-1),则|AN|=|2-xN|=xN-2=-2-eq \f(x0,y0-1),
∴S△PMN-S△PAB=eq \f(1,2)|AN|·(|OM|-|OB|)=eq \f(1,2)|AN|·|BM|=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-2-\f(x0,y0-1)))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-1-\f(2y0,x0-2)))
=eq \f(1,2)·eq \f(x\\al(2,0)+4y\\al(2,0)+4x0y0-4x0-8y0+4,x0y0-x0-2y0+2)=eq \f(1,2)·eq \f(4x0y0-4x0-8y0+8,x0y0-x0-2y0+2)=2.
[例8] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率e满足2e2-3eq \r(2)e+2=0,右顶点为A,上顶点为B,点C(0,-2),过点C作一条与y轴不重合的直线l,直线l交椭圆E于P,Q两点,直线BP,BQ分别交x轴于点M,N;当直线l经过点A时,l的斜率为eq \r(2).
(1)求椭圆E的方程;
(2)证明:S△BOM·S△BCN为定值.
[规范解答] (1)由2e2-3eq \r(2)e+2=0,解得e=eq \f(\r(2),2)或e=eq \r(2)(舍去),
∴a=eq \r(2)c,又a2=c2+b2,a=eq \r(2)b,又kAC=eq \f (0-(-2),a-0)=eq \r(2),∴a=eq \r(2),b=1,
∴椭圆E的方程为eq \f(x2,2)+y2=1;
(2)由题知,直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=kx-2,设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx-2,eq \f(x2,2)+y2=1))得(1+2k2)x2-8kx+6=0,∴x1+x2=eq \f(8k,1+2k2),x1x2=eq \f(6,1+2k2),
Δ=(-8k)2-4×6×(2k2+1)>0,∴k2>eq \f(3,2),
∴y1+y2=k(x1+x2)-4=eq \f(-4,1+2k2),y1y2=(kx1-2)(kx2-2)=k2x1x2+2k(x1+x2)+4=eq \f(4-2k2,1+2k2),
直线BP的方程为y=eq \f (y1-1,x1)x+1,令y=0,解得x=eq \f (x1,1-y1),则M (eq \f (x1,1-y1),0).
同理可得N(eq \f (x2,1-y2),0).
∴S△BOM·S△BCN=eq \f(3,4)|eq \f (x1,1-y1)||eq \f (x2,1-y2)|=eq \f(3,4)|eq \f (x1x2,(1-y1)(1-y2))|=eq \f(3,4)|eq \f (x1x2,1-(y1+y2)+y1y2))|=eq \f(3,4)|eq \f (eq \f(6,1+2k2),1-eq \f(-4,1+2k2)+eq \f(4-2k2,1+2k2)))|=eq \f(1,2).
∴S△BOM·S△BCN为定值eq \f(1,2).
【对点训练】
7.已知椭圆C的两个顶点分别为A(-2,0),B(2,0),焦点在x轴上,离心率为eq \f (\r(3),2).
(1)求椭圆C的方程;
(2)如图所示,点D为x轴上一点,过点D作x轴的垂线交椭圆C于不同的两点M,N,过点D作AM的垂线交BN于点E.求证:△BDE与△BDN的面积之比为定值,并求出该定值.
8.已知O为坐标原点,过点M(1,0)的直线l与抛物线C:y2=2px(p>0)交于A,B两点,且eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=-3.
(1)求抛物线C的方程;
(2)过点M作直线l′⊥l交抛物线C于P,Q两点,记△OAB,△OPQ的面积分别为S1,S2,证明:eq \f(1,S\\al(2,1))+eq \f(1,S\\al(2,2))为定值.
题型三 四边形面积问题
[例9] (2016·北京)已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1过A(2,0),B(0,1)两点.
(1)求椭圆C的方程及离心率;
(2)设P为第三象限内一点且在椭圆C上,直线PA与y轴交于点M,直线PB与x轴交于点N.求证:四边形ABNM的面积为定值.
[规范解答] (1)由题意得,a=2,b=1,所以椭圆C的方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
又c=eq \r(a2-b2)=eq \r(3),所以离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2).
(2)设P(x0,y0)(x0<0,y0<0),则xeq \\al(2,0)+4yeq \\al(2,0)=4.又A(2,0),B(0,1),
所以,直线PA的方程为y=eq \f(y0,x0-2)(x-2).令x=0,得yM=-eq \f(2y0,x0-2),从而|BM|=1-yM=1+eq \f(2y0,x0-2).
直线PB的方程为y=eq \f(y0-1,x0)x+1,令y=0,得xN=-eq \f(x0,y0-1),从而|AN|=2-xN=2+eq \f(x0,y0-1).
所以四边形ABNM的面积S=eq \f(1,2)|AN|·|BM|=eq \f(1,2)(2+eq \f(x0,y0-1))(1+eq \f(2y0,x0-2))=eq \f(xeq \\al(2,0)+4yeq \\al(2,0)+4x0y0-4x0-8y0+4,2(x0y0-x0-2y0+2))
=eq \f(2x0y0-2x0-4y0+4,x0y0-x0-2y0+2)=2.从而四边形ABNM的面积为定值.
[例10] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为eq \f(\r(3),2),点G是椭圆上一点,△GF1F2的周长为6+4eq \r(3).
(1)求椭圆C的方程;
(2)直线l:y=kx+m与椭圆C交于A,B两点,且四边形OAGB为平行四边形,求证:OAGB的面积为定值.
[规范解答] (1)因为△GF1F2的周长为6+4eq \r(3),所以2a+2c=6+4eq \r(3),即a+c=3+2eq \r(3).
又离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2),解得a=2eq \r(3),c=3,b2=3.∴椭圆C的方程为eq \f(x2,12)+eq \f(y2,3)=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),G(x0,y0),将y=kx+m代入eq \f(x2,12)+eq \f(y2,3)=1
消去y并整理得(1+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,
则x1+x2=eq \f(8km,1+4k2),x1·x2=eq \f(4m2-12,1+4k2),y1+y2=k(x1+x2)+2m=eq \f(2m,1+2k2),
∵四边形OAGB为平行四边形,eq \(OG,\s\up6(→))=eq \(OA,\s\up6(→))+eq \(OB,\s\up6(→))=(x1+x2,y1+y2),得G(eq \f(8km,1+4k2),eq \f(2m,1+2k2)),
将G点坐标代入椭圆C方程得m2=eq \f(3,4)(1+4k2),
点O到直线AB的距离为d=eq \f(|m|,\r(1+k2)),|AB|=eq \r(1+k2)|x1-x2|,
∴平行四边形OAGB的面积为S=d·|AB|=|m|·|x1-x2|=|m|·eq \r(x1+x22-4x1x2)
=4eq \f(|m|eq \r(3-m2+12k2),1+4k2)=4eq \f(|m|eq \r(3m2),1+4k2)=4eq \r(3)eq \f(m2,1+4k2)=3eq \r(3).
故平行四边形OAGB的面积为定值为3eq \r(3).
【对点训练】
9.如图,已知双曲线C:x2-eq \f(y2,3)=1的左右焦点分别为F1、F2,若点P为双曲线C在第一象限上的一点,
且满足|PF1|+|PF2|=8,过点P分别作双曲线C两条渐近线的平行线PA、PB与渐近线的交点分别是A和B.
(1)求四边形OAPB的面积;
(2)若对于更一般的双曲线C′:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0),点P′为双曲线C′上任意一点,过点P′分别作双曲线C′两条渐近线的平行线P′A′、P′B′与渐近线的交点分别是A′和B′.请问四边形OA′P′B′的面积为定值吗?若是定值,求出该定值(用a、b表示该定值);若不是定值,请说明理由.
10.已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(2),2),点Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(b,\f(a,b)))在椭圆上,O为坐标原点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知点P,M,N为椭圆C上的三点,若四边形OPMN为平行四边形,证明四边形OPMN的面积S为定值,并求该定值.
【例题选讲】
[例1] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(1,2),以原点O为圆心,椭圆的短半轴长为半径的圆与直线x-y+eq \r(6)=0相切.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)若直线l:y=kx+m与椭圆C相交于A,B两点,且kOA·kOB=-eq \f (b2,a2).求证:△AOB的面积为定值.
[规范解答] (1)由题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(c,a)=eq \f(1,2),b=eq \f(|0-0+eq \r(6)|,eq \r(2)),a2=c2+b2)),∴a2=4,b2=3,∴椭圆的方程为eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1;
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),则A,B的坐标满足eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1,y=kx+m)),
消去y化简得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,x1+x2=-eq \f(8km,3+4k2),x1x2=eq \f(4m2-12,3+4k2),
由Δ>0,得m24k2-m2+3>0,
y1y2=(kx1+m)( kx2+m)=k2 x1x2+km(x1+x2)+m2=k2eq \f(4m2-12,3+4k2)+km (-eq \f(8km,3+4k2))+m2=eq \f(3m2-12k2,3+4k2).
∵kOA·kOB=-eq \f (b2,a2)=-eq \f(3,4),∴eq \f(y1y2,x1x2)=-eq \f(3,4),即y1y2=-eq \f(3,4) x1x2,∴eq \f(3m2-12k2,3+4k2)=-eq \f(3,4)·eq \f(4m2-12,3+4k2).即2m2-4k2=3
|MN|=eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(1+k2)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(-8km,3+4k2)))\s\up8(2)-4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4m2-12,3+4k2))))=eq \r(eq \f(24(1+k2),3+4k2)).
又由点O到直线y=kx+m的距离d=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),
所以S△MON=eq \f(1,2)|AB|·d=eq \f(1,2)eq \f(|m|,eq \r(1+k2))·eq \r(eq \f(24(1+k2),3+4k2))=eq \f(1,2)·eq \r(eq \f(m2,1+k2)·eq \f(24(1+k2),3+4k2))=eq \f(1,2)·eq \r(eq \f(3+4k2,2)·eq \f(24,3+4k2))=eq \r(3)为定值.
[例2] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(2),2),O是坐标原点,点A,B分别为椭圆C的左右顶点,|AB|=4eq \r(2).
(1)求椭圆C的标准方程.
(2)若P是椭圆C上异于A,B的一点,直线l交椭圆C于M,N两点,AP∥OM,BP∥ON,则△OMN的面积是否为定值?若是,求出定值,若不是,请说明理由.
[规范解答] (1)由2a=4eq \r(2),e=eq \f(\r(2),2),解得a=2eq \r(2),c=2,b2=a2-c2=4,则椭圆的方程为eq \f(x2,8)+eq \f(y2,4)=1;
(2)由题意可得A(-2eq \r(2),0),B(2eq \r(2),0),设P(x0,y0),可得eq \f(x02,8)+eq \f(y02,4)=1,即x02+2y02=8,
则kAP·kBP=eq \f(y0,x0+2eq \r(2))·eq \f(y0,x0-2eq \r(2))=eq \f(y02,x02-8)=eq \f(y02,-2y02)=-eq \f(1,2),
因为AP∥OM,BP∥ON,则kOM·kON=kAP·kBP=-eq \f(1,2),
①当直线l的斜率不存在时,设l:x=m,联立椭圆方程可得y=±eq \r(\f(8-m2,2)),
所以M(m,eq \r(\f(8-m2,2))),N(m,-eq \r(\f(8-m2,2))),由kOM·kON=-eq \f(1,2),可得-eq \f(eq \f(8-m2,2),m2)=-eq \f(1,2),解得m=±2,
所以M(±2,eq \r(2)),N(±2,-eq \r(2)),所以S△MNO=eq \f(1,2)×2×2eq \r(2)=2eq \r(2);
②当直线l的斜率存在时,设直线l:y=kx+n,M(x1,y1),N(x2,y2),
联立直线y=kx+n和x2+2y2=8,可得(1+2k2)x2+4knx+2n2-8=0,
可得∴x1+x2=-eq \f(4kn,1+2k2),x1x2=eq \f(2n2-8,1+2k2),y1y2=(kx1+n)(kx2+n)=k2x1x2+kn(x1+x2)+n2,
由kOM·kON=eq \f(y1y2,x1x2)=k2+eq \f(-4k2n2,2n2-8)+eq \f(n2(1+2k2),2n2-8)=-eq \f(1,2),可得n2=2+4k2,
由弦长公式可得,|MN=|eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)
=eq \r(1+k2)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(4kn,1+2k2)))\s\up8(2)-4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2n2-8,1+2k2))))=eq \f(eq \r(1+k2),1+2k2)·eq \r(64k2-8n2+32)=eq \f(4eq \r(1+k2),eq \r(1+2k2)).
点(0,0)到直线l的距离为d=eq \f(|n|,\r(k2+1))=eq \f(eq \r(2(1+2k2)),eq \r(1+k2)),
所以S△OMN=eq \f(1,2)d·|MN|=2eq \r(2),综上可知,△OMN的面积为定值2eq \r(2).
[例3] 如图,F1、F2为椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点,D、E是椭圆的两个顶点,椭圆的离心率为eq \f(\r(3),2),S△DEF2=1-eq \f(\r(3),2).若M(x0,y0)在椭圆C上,则点N(eq \f(x0,a),eq \f(y0,b))称为点M的一个“好点”.直线l与椭圆交于A、B两点,A、B两点的“好点”分别为P、Q,已知以PQ为直径的圆经过坐标原点.
(1)求椭圆的标准方程;
(2) △AOB的面积是否为定值?若为定值,试求出该定值;若不为定值,请说明理由.
[规范解答] (1)由题可知eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2),eq \f(1,2)(a-c)b=1-eq \f(\r(3),2),a2=c2+b2)),解得a2=4,b2=1,
故椭圆C的标准方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),则P(eq \f(x1,2),y1),Q(eq \f(x2,2),y2).由OP⊥OQ,即eq \f(x1x2,4)+y1y2=0.(1)
①当直线AB的斜率不存在时,S=eq \f(1,2)|x1·| y1-y2|=1;
②当直线AB的斜率存在时,设其直线为y=kx+m(k≠0),
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m, eq \f(x2,4)+y2=1))得(4k2+1)x2+8kmx+4m2-4=0.
则Δ=16(4k2-m2+1),x1x2=eq \f(4m2-4,4k2+1),同理y1y2=eq \f(m2-4k2,4k2+1),代入(1),整理得4k2+1=2m2.
此时Δ=16m2>0,|AB|=|eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \f(2eq \r(1+k2),|m|).h=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),∴S=1.
综上,△AOB的面积为定值1.
[例4] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的焦距为2,四个顶点构成的四边形面积为2eq \r(2).
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)斜率存在的直线l与椭圆C相交于M、N两点,O为坐标原点,eq \(OP,\s\up6(→))=eq \(OM,\s\up6(→))+eq \(ON,\s\up6(→)),若点P在椭圆上,请判断△OMN的面积是否为定值.
解析 (1)由题可得2c=2,c=1,eq \f (1,2)2a×2×b=2eq \r(2),又a2=c2+b2,解得b=1,a=eq \r(2).
故椭圆方程为eq \f(x2,2)+y2=1.
(2)设直线l方程是y=kx+m,设M(x1,y1),N(x2,y2),P(x0,y0),
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,\f(x2,2)+y2=1,))得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-2=0,
Δ=8(2k2-m2+1)>0.x1+x2=eq \f(-4km,1+2k2),x1x2=eq \f(2m2-1,1+2k2),
|MN|=eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(1+k2)eq \f(eq \r(8(2k2+1-m2)),1+2k2).
又∵eq \(OP,\s\up6(→))=eq \(OM,\s\up6(→))+eq \(ON,\s\up6(→)),所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=x1+x2,,y0=y1+y2,))∴P(eq \f(-4km,1+2k2),eq \f(2m,1+2k2))
把点P坐标代入椭圆方程可得(eq \f(-4km,1+2k2))2+2(eq \f(2m,1+2k2))=2,整理可得4m2=2k2+1,
又由点O到直线y=kx+m的距离d=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),△OMN的面积
S△OMN=eq \f(1,2)|MN|·d=eq \f(1,2)eq \r(1+k2)eq \f(eq \r(8(2k2+1-m2)),1+2k2)eq \f(|m|,eq \r(1+k2))=eq \f(eq \r(2(4m2-m2)),4m2)×|m|=eq \f(\r(6),4).
所以,△OMN的面积为定值eq \f(\r(6),4).
[例5] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(3),2),过点P(1,eq \f(\r(3),2)).
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)设点A、B分别是椭圆C的左顶点和上顶点,M、N为椭圆C上异于A、B的两点,满足AM∥BN,,求证:△OMN面积为定值.
[规范解答] (1)由已知条件可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2),eq \f(1,a2)+eq \f(3,4b2)=1,a2=c2+b2)),解得a2=4,b2=1,故椭圆C的标准方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)设M(x1,y1),N(x2,y2),由题意直线AM、BN的斜率存在,
设直线AM的方程为y=k(x+2)①,设直线BN的方程为y=kx+1②,
由(1)椭圆C:eq \f(x2,4)+y2=1③,
联立①③得(4k2+1)x2+16k2x+16k2-4=0,解得x1=eq \f(2-8k2,4k2+1),即M(eq \f(2-8k2,4k2+1),eq \f(4k,4k2+1)),
联立②③,得(4k2+1)x2+8kx=0,所以,x2=-eq \f(8k,4k2+1),即N(-eq \f(8k,4k2+1),eq \f(1-4k2,4k2+1)),
易知|OM|=eq \r(x12+y12),
直线OM的方程为y1x-x1y=0,点N到直线OM的距离为eq \f(|x2y1-x1y2|,eq \r(x12+y12)),
所以S△OMN=eq \f(1,2)|OM|·d=eq \f(|x2y1-x1y2|,2)=eq \f(1,2)|-eq \f(8k,4k2+1)·eq \f(4k,4k2+1)-eq \f(1-4k2,4k2+1)·eq \f(2-8k2,4k2+1)|=1
故△OMN面积为定值1.
[例6] 如图,点F是抛物线Г:x2=2py(p>0)的焦点,点A是抛物线上的定点,且eq \(AF,\s\up6(→))=(2,0),点B,C是抛物线上的动点,直线AB,AC的斜率分别为k1,k2.
(1)求抛物线Г的方程;
(2)若k2-k1=2,点D是抛物线在点B,C处切线的交点,记△BCD的面积为S,证明S为定值.
[规范解答] (1)设A(x0,y0),由题知F(0,eq \f(p,2)),所以eq \(AF,\s\up6(→))=(-x0,eq \f(p,2)-y0)=(2,0),
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=-2,,y0=\f(p,2))),代入x2=2py(p>0),得4=p2,得p=2,
所以抛物线的方程是x2=4y.
(2)过D作y轴的平行线交BC于点E,并设B(x1,eq \f(x\\al(2,1),4)),C(x2,eq \f(x\\al(2,2),4)),由(1)知A(-2,1),
所以k2-k1=eq \f(\f(x\\al(2,2),4)-1,x2+2)-eq \f(\f(x\\al(2,1),4)-1,x1+2)=eq \f(x2-x1,4),又k2-k1=2,所以x2-x1=8.
直线BD:y=eq \f(x1,2)x-eq \f(x\\al(2,1),4),直线CD:y=eq \f(x2,2)x-eq \f(x\\al(2,2),4),解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(xD=\f(x1+x2,2),,yD=\f(x1x2,4).))
因直线BC的方程为y-eq \f(x\\al(2,1),4)=eq \f(x1+x2,4)(x-x1),将xD代入得yE=eq \f(x\\al(2,1)+x\\al(2,2),8),
所以S=eq \f(1,2)|DE|(x2-x1)=eq \f(1,2)(yE-yD)(x2-x1)=eq \f(1,2)·eq \f(x2-x12,8)(x2-x1)=32.
【对点训练】
1.已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的四个顶点围成的菱形的面积为4eq \r(3),椭圆的一个焦点为(1,0).
(1)求椭圆的方程;
(2)若M,N为椭圆上的两个动点,直线OM,ON的斜率分别为k1,k2,当k1k2=-eq \f(3,4)时,△MON的面积是否为定值?若为定值,求出此定值;若不为定值,说明理由.
2.已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(3),3),直线x-y+eq \r(5)=0与椭圆C有且只有一个公共点.
(1)求椭圆C的标准方程
(2)设点A(-eq \r(3),0),B(eq \r(3),0),P为椭圆C上一点,且直线PA,PB的斜率乘积为-eq \f(2,3),点M,N是椭圆C上不同于A,B的两点,且满足AP∥OM,BP∥ON,求证:△OMN的面积为定值.
3.在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C:eq \f (x2,4)+y2=1,点P(x1,y1),Q(x2,y2)是椭圆C上两个动点,直
线OP,OQ的斜率分别为k1,k2,若m=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x1,2),y1)),n=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f (x2,2),y2)),m·n=0.
(1)求证:k1·k2=-eq \f (1,4);
(2)试探求△POQ的面积S是否为定值,并说明理由.
4.已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,椭圆C与y轴的一个交点为M,且|F1F2|
=2eq \r(3),|MF1|=2.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)设O为坐标原点,A,B为椭圆C上不同的两点,点A关于x轴的对称点为点D.若直线BD的斜率为1,求证:△OAB的面积为定值.
5.如图,设点A,B的坐标分别为(-eq \r(3),0),(eq \r(3),0),直线AP,BP相交于点P,且它们的斜率之积为
-eq \f(2,3).
(1)求点P的轨迹方程;
(2)设点P的轨迹为C,点M,N是轨迹C上不同于A,B的两点,且满足AP∥OM,BP∥ON,求证:△MON的面积为定值.
6.已知F是抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点,点M是抛物线上的定点,且eq \(MF,\s\up6(→))=(4,0).
(1)求抛物线C的方程;
(2)直线AB与抛物线C交于不同两点A(x1,y1),B(x2,y2)且|x2-x1|=3,直线l与AB平行,且与抛物线C相切,切点为N,试问△AMN的面积是否是定值.若是,求出这个定值;若不是,请说明理由.
题型二 两三角形面积的和差积商问题
[例7] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的右顶点为A(2,0),离心率e=eq \f(\r(3),2).
(1)求椭圆C的方程;
(2)设B为椭圆上顶点,P是椭圆C在第一象限上的一点,直线PA与y轴交于点M,直线PB与x轴交于点N,问△PMN与△PAB面积之差是否为定值?说明理由.
[规范解答] (1)依题意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,\f(c,a)=\f(\r(3),2),,a2-b2=c2,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=1,))则椭圆C的方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)设P(x0,y0)(x0>0,y0>0),则xeq \\al(2,0)+4yeq \\al(2,0)=4,直线PA:y=eq \f(y0,x0-2)(x-2),
令x=0,得yM=eq \f(-2y0,x0-2),则|BM|=|1-yM|=yM-1=-1-eq \f(2y0,x0-2).
直线PB:y=eq \f(y0-1,x0)x+1,令y=0,得xN=eq \f(-x0,y0-1),则|AN|=|2-xN|=xN-2=-2-eq \f(x0,y0-1),
∴S△PMN-S△PAB=eq \f(1,2)|AN|·(|OM|-|OB|)=eq \f(1,2)|AN|·|BM|=eq \f(1,2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-2-\f(x0,y0-1)))eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-1-\f(2y0,x0-2)))
=eq \f(1,2)·eq \f(x\\al(2,0)+4y\\al(2,0)+4x0y0-4x0-8y0+4,x0y0-x0-2y0+2)=eq \f(1,2)·eq \f(4x0y0-4x0-8y0+8,x0y0-x0-2y0+2)=2.
[例8] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率e满足2e2-3eq \r(2)e+2=0,右顶点为A,上顶点为B,点C(0,-2),过点C作一条与y轴不重合的直线l,直线l交椭圆E于P,Q两点,直线BP,BQ分别交x轴于点M,N;当直线l经过点A时,l的斜率为eq \r(2).
(1)求椭圆E的方程;
(2)证明:S△BOM·S△BCN为定值.
[规范解答] (1)由2e2-3eq \r(2)e+2=0,解得e=eq \f(\r(2),2)或e=eq \r(2)(舍去),
∴a=eq \r(2)c,又a2=c2+b2,a=eq \r(2)b,又kAC=eq \f (0-(-2),a-0)=eq \r(2),∴a=eq \r(2),b=1,
∴椭圆E的方程为eq \f(x2,2)+y2=1;
(2)由题知,直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=kx-2,设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx-2,eq \f(x2,2)+y2=1))得(1+2k2)x2-8kx+6=0,∴x1+x2=eq \f(8k,1+2k2),x1x2=eq \f(6,1+2k2),
Δ=(-8k)2-4×6×(2k2+1)>0,∴k2>eq \f(3,2),
∴y1+y2=k(x1+x2)-4=eq \f(-4,1+2k2),y1y2=(kx1-2)(kx2-2)=k2x1x2+2k(x1+x2)+4=eq \f(4-2k2,1+2k2),
直线BP的方程为y=eq \f (y1-1,x1)x+1,令y=0,解得x=eq \f (x1,1-y1),则M (eq \f (x1,1-y1),0).
同理可得N(eq \f (x2,1-y2),0).
∴S△BOM·S△BCN=eq \f(3,4)|eq \f (x1,1-y1)||eq \f (x2,1-y2)|=eq \f(3,4)|eq \f (x1x2,(1-y1)(1-y2))|=eq \f(3,4)|eq \f (x1x2,1-(y1+y2)+y1y2))|=eq \f(3,4)|eq \f (eq \f(6,1+2k2),1-eq \f(-4,1+2k2)+eq \f(4-2k2,1+2k2)))|=eq \f(1,2).
∴S△BOM·S△BCN为定值eq \f(1,2).
【对点训练】
7.已知椭圆C的两个顶点分别为A(-2,0),B(2,0),焦点在x轴上,离心率为eq \f (\r(3),2).
(1)求椭圆C的方程;
(2)如图所示,点D为x轴上一点,过点D作x轴的垂线交椭圆C于不同的两点M,N,过点D作AM的垂线交BN于点E.求证:△BDE与△BDN的面积之比为定值,并求出该定值.
8.已知O为坐标原点,过点M(1,0)的直线l与抛物线C:y2=2px(p>0)交于A,B两点,且eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=-3.
(1)求抛物线C的方程;
(2)过点M作直线l′⊥l交抛物线C于P,Q两点,记△OAB,△OPQ的面积分别为S1,S2,证明:eq \f(1,S\\al(2,1))+eq \f(1,S\\al(2,2))为定值.
题型三 四边形面积问题
[例9] (2016·北京)已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1过A(2,0),B(0,1)两点.
(1)求椭圆C的方程及离心率;
(2)设P为第三象限内一点且在椭圆C上,直线PA与y轴交于点M,直线PB与x轴交于点N.求证:四边形ABNM的面积为定值.
[规范解答] (1)由题意得,a=2,b=1,所以椭圆C的方程为eq \f(x2,4)+y2=1.
又c=eq \r(a2-b2)=eq \r(3),所以离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2).
(2)设P(x0,y0)(x0<0,y0<0),则xeq \\al(2,0)+4yeq \\al(2,0)=4.又A(2,0),B(0,1),
所以,直线PA的方程为y=eq \f(y0,x0-2)(x-2).令x=0,得yM=-eq \f(2y0,x0-2),从而|BM|=1-yM=1+eq \f(2y0,x0-2).
直线PB的方程为y=eq \f(y0-1,x0)x+1,令y=0,得xN=-eq \f(x0,y0-1),从而|AN|=2-xN=2+eq \f(x0,y0-1).
所以四边形ABNM的面积S=eq \f(1,2)|AN|·|BM|=eq \f(1,2)(2+eq \f(x0,y0-1))(1+eq \f(2y0,x0-2))=eq \f(xeq \\al(2,0)+4yeq \\al(2,0)+4x0y0-4x0-8y0+4,2(x0y0-x0-2y0+2))
=eq \f(2x0y0-2x0-4y0+4,x0y0-x0-2y0+2)=2.从而四边形ABNM的面积为定值.
[例10] 已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为eq \f(\r(3),2),点G是椭圆上一点,△GF1F2的周长为6+4eq \r(3).
(1)求椭圆C的方程;
(2)直线l:y=kx+m与椭圆C交于A,B两点,且四边形OAGB为平行四边形,求证:OAGB的面积为定值.
[规范解答] (1)因为△GF1F2的周长为6+4eq \r(3),所以2a+2c=6+4eq \r(3),即a+c=3+2eq \r(3).
又离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2),解得a=2eq \r(3),c=3,b2=3.∴椭圆C的方程为eq \f(x2,12)+eq \f(y2,3)=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),G(x0,y0),将y=kx+m代入eq \f(x2,12)+eq \f(y2,3)=1
消去y并整理得(1+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,
则x1+x2=eq \f(8km,1+4k2),x1·x2=eq \f(4m2-12,1+4k2),y1+y2=k(x1+x2)+2m=eq \f(2m,1+2k2),
∵四边形OAGB为平行四边形,eq \(OG,\s\up6(→))=eq \(OA,\s\up6(→))+eq \(OB,\s\up6(→))=(x1+x2,y1+y2),得G(eq \f(8km,1+4k2),eq \f(2m,1+2k2)),
将G点坐标代入椭圆C方程得m2=eq \f(3,4)(1+4k2),
点O到直线AB的距离为d=eq \f(|m|,\r(1+k2)),|AB|=eq \r(1+k2)|x1-x2|,
∴平行四边形OAGB的面积为S=d·|AB|=|m|·|x1-x2|=|m|·eq \r(x1+x22-4x1x2)
=4eq \f(|m|eq \r(3-m2+12k2),1+4k2)=4eq \f(|m|eq \r(3m2),1+4k2)=4eq \r(3)eq \f(m2,1+4k2)=3eq \r(3).
故平行四边形OAGB的面积为定值为3eq \r(3).
【对点训练】
9.如图,已知双曲线C:x2-eq \f(y2,3)=1的左右焦点分别为F1、F2,若点P为双曲线C在第一象限上的一点,
且满足|PF1|+|PF2|=8,过点P分别作双曲线C两条渐近线的平行线PA、PB与渐近线的交点分别是A和B.
(1)求四边形OAPB的面积;
(2)若对于更一般的双曲线C′:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0),点P′为双曲线C′上任意一点,过点P′分别作双曲线C′两条渐近线的平行线P′A′、P′B′与渐近线的交点分别是A′和B′.请问四边形OA′P′B′的面积为定值吗?若是定值,求出该定值(用a、b表示该定值);若不是定值,请说明理由.
10.已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(2),2),点Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(b,\f(a,b)))在椭圆上,O为坐标原点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知点P,M,N为椭圆C上的三点,若四边形OPMN为平行四边形,证明四边形OPMN的面积S为定值,并求该定值.
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