题目
已知椭圆E的中心为坐标原点,对称轴为x轴、y轴,且过A(0,-2),B((3)/(2),-1)两点.(1)求E的方程;(2)设过点P(1,-2)的直线交E于M,N两点,过M且平行于x轴的直线与线段AB交于点T,点H满足overrightarrow(MT)=overrightarrow(TH).证明:直线HN过定点.
已知椭圆E的中心为坐标原点,对称轴为x轴、y轴,且过A(0,-2),B($\frac{3}{2}$,-1)两点.
(1)求E的方程;
(2)设过点P(1,-2)的直线交E于M,N两点,过M且平行于x轴的直线与线段AB交于点T,点H满足$\overrightarrow{MT}$=$\overrightarrow{TH}$.证明:直线HN过定点.
(1)求E的方程;
(2)设过点P(1,-2)的直线交E于M,N两点,过M且平行于x轴的直线与线段AB交于点T,点H满足$\overrightarrow{MT}$=$\overrightarrow{TH}$.证明:直线HN过定点.
题目解答
答案
解:(1)设E的方程为$\frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}=1$,
将$A(0,-2),B(\frac{3}{2},-1)$两点代入得$\left\{\begin{array}{l}{\frac{4}{{b}^{2}}=1}\\{\frac{9}{4{a}^{2}}+\frac{1}{{b}^{2}}=1}\end{array}\right.$,
解得a2=3,b2=4,
故E的方程为$\frac{x^{2}}{3}+\frac{y^{2}}{4}=1$;
(2)由$A(0,-2),B(\frac{3}{2},-1)$可得直线$AB:y=\frac{2}{3}x-2$
①若过P(1,-2)的直线的斜率不存在,直线为x=1,
代入$\frac{x^{2}}{3}+\frac{y^{2}}{4}=1$,可得$M(1,\frac{2\sqrt{6}}{3})$,$N(1,-\frac{2\sqrt{6}}{3})$,
将$y=\frac{2\sqrt{6}}{3}$代入$AB:y=\frac{2}{3}x-2$,可得$T(\sqrt{6}+3,\frac{2\sqrt{6}}{3})$,
由$\overrightarrow{MT}$=$\overrightarrow{TH}$,得$H(2\sqrt{6}+5,\frac{2\sqrt{6}}{3})$,
易求得此时直线$HN:y=(2-\frac{2\sqrt{6}}{3})x-2$,过点(0,-2);
②若过P(1,-2)的直线的斜率存在,设kx-y-(k+2)=0,M(x1,y1),N(x2,y2),
联立$\left\{\begin{array}{l}kx-y-(k+2)=0\\ \frac{x^{2}}{3}+\frac{y^{2}}{4}=1\end{array}\right.$,得(3k2+4)x2-6k(2+k)x+3k(k+4)=0,
故有$\left\{\begin{array}{l}x_{1}+x_{2}=\frac{6k(2+k)}{3k^{2}+4}\\ x_{1}x_{2}=\frac{3k(4+k)}{3k^{2}+4}\end{array},\left\{\begin{array}{l}y_{1}+y_{2}=\frac{-8(2+k)}{3k^{2}+4}\\ y_{1}y_{2}=\frac{4\left(4+4k-2k^{2}\right.}{3k^{2}+4}\end{array}\right.\right.$,且$x_{1}y_{2}+x_{2}y_{1}=\frac{-24k}{3k^{2}+4}$(*),
联立$\left\{\begin{array}{l}y=y_{1}\\ y=\frac{2}{3}x-2\end{array}\right.$,可得$T(\frac{3y_{1}}{2}+3,y_{1}),H(3y_{1}+6-x_{1},y_{1})$,
可求得此时$HN:y-y_{2}=\frac{y_{1}-y_{2}}{3y_{1}+6-x_{1}-x_{2}}(x-x_{2})$,
将(0,-2)代入整理得2(x1+x2)-6(y1+y2)+x1y2+x2y1-3y1y2-12=0,
将(*)代入,得24k+12k2+96+48k-24k-48-48k+24k2-36k2-48=0,
显然成立.
综上,可得直线HN过定点(0,-2).
将$A(0,-2),B(\frac{3}{2},-1)$两点代入得$\left\{\begin{array}{l}{\frac{4}{{b}^{2}}=1}\\{\frac{9}{4{a}^{2}}+\frac{1}{{b}^{2}}=1}\end{array}\right.$,
解得a2=3,b2=4,
故E的方程为$\frac{x^{2}}{3}+\frac{y^{2}}{4}=1$;
(2)由$A(0,-2),B(\frac{3}{2},-1)$可得直线$AB:y=\frac{2}{3}x-2$
①若过P(1,-2)的直线的斜率不存在,直线为x=1,
代入$\frac{x^{2}}{3}+\frac{y^{2}}{4}=1$,可得$M(1,\frac{2\sqrt{6}}{3})$,$N(1,-\frac{2\sqrt{6}}{3})$,
将$y=\frac{2\sqrt{6}}{3}$代入$AB:y=\frac{2}{3}x-2$,可得$T(\sqrt{6}+3,\frac{2\sqrt{6}}{3})$,
由$\overrightarrow{MT}$=$\overrightarrow{TH}$,得$H(2\sqrt{6}+5,\frac{2\sqrt{6}}{3})$,
易求得此时直线$HN:y=(2-\frac{2\sqrt{6}}{3})x-2$,过点(0,-2);
②若过P(1,-2)的直线的斜率存在,设kx-y-(k+2)=0,M(x1,y1),N(x2,y2),
联立$\left\{\begin{array}{l}kx-y-(k+2)=0\\ \frac{x^{2}}{3}+\frac{y^{2}}{4}=1\end{array}\right.$,得(3k2+4)x2-6k(2+k)x+3k(k+4)=0,
故有$\left\{\begin{array}{l}x_{1}+x_{2}=\frac{6k(2+k)}{3k^{2}+4}\\ x_{1}x_{2}=\frac{3k(4+k)}{3k^{2}+4}\end{array},\left\{\begin{array}{l}y_{1}+y_{2}=\frac{-8(2+k)}{3k^{2}+4}\\ y_{1}y_{2}=\frac{4\left(4+4k-2k^{2}\right.}{3k^{2}+4}\end{array}\right.\right.$,且$x_{1}y_{2}+x_{2}y_{1}=\frac{-24k}{3k^{2}+4}$(*),
联立$\left\{\begin{array}{l}y=y_{1}\\ y=\frac{2}{3}x-2\end{array}\right.$,可得$T(\frac{3y_{1}}{2}+3,y_{1}),H(3y_{1}+6-x_{1},y_{1})$,
可求得此时$HN:y-y_{2}=\frac{y_{1}-y_{2}}{3y_{1}+6-x_{1}-x_{2}}(x-x_{2})$,
将(0,-2)代入整理得2(x1+x2)-6(y1+y2)+x1y2+x2y1-3y1y2-12=0,
将(*)代入,得24k+12k2+96+48k-24k-48-48k+24k2-36k2-48=0,
显然成立.
综上,可得直线HN过定点(0,-2).
解析
考查要点:本题主要考查椭圆的标准方程求解、直线与椭圆的位置关系、向量关系的应用以及定点问题的证明方法。
解题思路:
- 第一问:利用椭圆过两点的坐标,代入标准方程联立求解参数$a^2$和$b^2$。
- 第二问:分斜率存在与不存在两种情况讨论:
- 斜率不存在:直接求交点坐标,确定点$T$和$H$的位置,验证直线$HN$是否过定点。
- 斜率存在:设直线方程,联立椭圆方程求根,利用韦达定理表示根的关系,结合向量关系确定$H$的坐标,通过代数运算证明直线$HN$恒过定点$(0,-2)$。
破题关键:
- 椭圆方程形式:中心在原点,对称轴为坐标轴,直接使用标准方程。
- 向量关系转化:$\overrightarrow{MT} = \overrightarrow{TH}$等价于$H$为$T$关于$M$的对称点。
- 定点证明:通过代数运算将直线方程化简,验证定点坐标满足所有情况。
第(1)题
设椭圆方程为$\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$,将点$A(0,-2)$代入得$\frac{0}{a^2} + \frac{(-2)^2}{b^2} = 1$,解得$b^2 = 4$。
将点$B\left(\frac{3}{2}, -1\right)$代入得$\frac{\left(\frac{3}{2}\right)^2}{a^2} + \frac{(-1)^2}{4} = 1$,解得$a^2 = 3$。
因此,椭圆方程为$\frac{x^2}{3} + \frac{y^2}{4} = 1$。
第(2)题
直线斜率不存在(x=1)
- 求交点M、N:联立$x=1$与椭圆方程,得$y = \pm \frac{2\sqrt{6}}{3}$,即$M(1, \frac{2\sqrt{6}}{3})$,$N(1, -\frac{2\sqrt{6}}{3})$。
- 求点T:过$M$作水平线$y = \frac{2\sqrt{6}}{3}$,与直线$AB: y = \frac{2}{3}x - 2$联立,解得$T(\sqrt{6} + 3, \frac{2\sqrt{6}}{3})$。
- 求点H:由$\overrightarrow{MT} = \overrightarrow{TH}$,得$H(2\sqrt{6} + 5, \frac{2\sqrt{6}}{3})$。
- 求直线HN:方程为$y = \left(2 - \frac{2\sqrt{6}}{3}\right)x - 2$,过点$(0, -2)$。
直线斜率存在(k存在)
- 设直线方程:$y = k(x-1) - 2$,联立椭圆方程得$(3k^2 + 4)x^2 - 6k(k+2)x + 3k(k+4) = 0$。
- 韦达定理:根$x_1, x_2$满足$x_1 + x_2 = \frac{6k(k+2)}{3k^2 + 4}$,$x_1x_2 = \frac{3k(k+4)}{3k^2 + 4}$。
- 求点T:过$M(x_1, y_1)$作水平线$y = y_1$,与$AB$联立得$T\left(\frac{3y_1}{2} + 3, y_1\right)$。
- 求点H:由$\overrightarrow{MT} = \overrightarrow{TH}$,得$H\left(3y_1 + 6 - x_1, y_1\right)$。
- 求直线HN:方程为$y - y_2 = \frac{y_1 - y_2}{3y_1 + 6 - x_1 - x_2}(x - x_2)$,代入定点$(0, -2)$验证成立。