题目
已知椭圆(x^2)/(a^2)+(y^2)/(b^2)=1(a>b>0)的离心率e=(1)/(2),左顶点为A,下顶点为B,C是线段OB的中点,其中S_(△ABC)=(3sqrt(3))/(2).(1)求椭圆方程.(2)过点(0,-(3)/(2))的动直线与椭圆有两个交点P,Q,在y轴上是否存在点T使得overrightarrow(TP)•overrightarrow(TQ)≤0恒成立.若存在,求出这个T点纵坐标的取值范围;若不存在,请说明理由.
已知椭圆$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1(a>b>0$)的离心率$e=\frac{1}{2}$,左顶点为A,下顶点为B,C是线段OB的中点,其中$S_{△ABC}=\frac{3\sqrt{3}}{2}$.
(1)求椭圆方程.
(2)过点$(0,-\frac{3}{2})$的动直线与椭圆有两个交点P,Q,在y轴上是否存在点T使得$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}≤0$恒成立.若存在,求出这个T点纵坐标的取值范围;若不存在,请说明理由.
(1)求椭圆方程.
(2)过点$(0,-\frac{3}{2})$的动直线与椭圆有两个交点P,Q,在y轴上是否存在点T使得$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}≤0$恒成立.若存在,求出这个T点纵坐标的取值范围;若不存在,请说明理由.
题目解答
答案
解:(1)因为椭圆的离心率为$e=\frac{1}{2}$,
所以$\frac{c}{a}=\frac{1}{2}$,即a=2c,其中c为半焦距,
a2=b2+c2,
则$b=\sqrt{3}c$,
所以A(-2c,0),$B(0,-\sqrt{3}c)$,$C(0,-\frac{\sqrt{3}c}{2})$,
$S_{ΔABC}=\frac{1}{2}×2c×\frac{\sqrt{3}}{2}c=\frac{3\sqrt{3}}{2}$,解得$c=\sqrt{3}$,
故$a=2\sqrt{3}$,b=3,
故椭圆方程为$\frac{x^2}{12}+\frac{y^2}{9}=1$;
(2)①若过点$(0,-\frac{3}{2})$ 的动直线的斜率不存在,
则P(0,3),Q(0,-3)或P(0,-3),Q(0,3),此时-3≤t≤3,

②若过点$(0,-\frac{3}{2})$ 的动直线的所率存在,
则可设该直线方程为:$y=kx-\frac{3}{2}$,
设P(x1,y1) Q(x2,y2),T(0,t),
$\left\{\begin{array}{l}{y=kx-\frac{3}{2}}\\{3{x}^{2}+4{y}^{2}=36}\end{array}\right.$,化简整理可得,(3+4k2)x2-12kx-27=0,
故Δ=144k2+108(3+4k2)=324+576k2>0 $x_1+x_2=\frac{12k}{3+4k^2}$,$x_1x_2=-\frac{27}{3+4k^2}$;
$\overrightarrow{TP}=(x_1,y_1-t)$,$\overrightarrow{TQ}=(x_2,y_2-t)$,
故$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}=x_{1}x_{2}+(y_{1}-t)(y_{2}-t)=x_{1}x_{2}+(ki_{1}-\frac{3}{2}-t)(kx_{2}-\frac{3}{2}-t)$=$(1+k^{2})x_{1}x_{2}-k(\frac{3}{2}+t)(x_{1}+x_{2})+(\frac{3}{2}+t)^{2}$
=$(1+k^{2})×(-\frac{27}{3+4k^{2}})-k(\frac{3}{2}+t)×\frac{12k}{3+4k^{2}}+(\frac{3}{2}+t)^{2}$ $-27k^2-27-18k^2-12k^2t+3(\frac{3}{2}+t)^2+(3+2t)^2k^2$ 3+4k2
=$\frac{[(3+2t)^{2}-12t-45]k^{2}+3(\frac{3}{2}+t)^{2}-27}{3+4k^{2}}$,
$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}≤0$ 恒成立,故$\left\{\begin{array}{l}{3(\frac{3}{2}+t)^{2}-27≤0}\\{(3+2t)^{2}-12t-45≤0}\end{array}\right.$,解得$-3≤t≤\frac{3}{2}$,
若$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}≤0$恒成立.
结合①②可知,$-3≤t≤\frac{3}{2}$.
故这个T点纵坐标的取值范围为[-3,$\frac{3}{2}$].
所以$\frac{c}{a}=\frac{1}{2}$,即a=2c,其中c为半焦距,
a2=b2+c2,
则$b=\sqrt{3}c$,
所以A(-2c,0),$B(0,-\sqrt{3}c)$,$C(0,-\frac{\sqrt{3}c}{2})$,
$S_{ΔABC}=\frac{1}{2}×2c×\frac{\sqrt{3}}{2}c=\frac{3\sqrt{3}}{2}$,解得$c=\sqrt{3}$,
故$a=2\sqrt{3}$,b=3,
故椭圆方程为$\frac{x^2}{12}+\frac{y^2}{9}=1$;
(2)①若过点$(0,-\frac{3}{2})$ 的动直线的斜率不存在,
则P(0,3),Q(0,-3)或P(0,-3),Q(0,3),此时-3≤t≤3,

②若过点$(0,-\frac{3}{2})$ 的动直线的所率存在,
则可设该直线方程为:$y=kx-\frac{3}{2}$,
设P(x1,y1) Q(x2,y2),T(0,t),
$\left\{\begin{array}{l}{y=kx-\frac{3}{2}}\\{3{x}^{2}+4{y}^{2}=36}\end{array}\right.$,化简整理可得,(3+4k2)x2-12kx-27=0,
故Δ=144k2+108(3+4k2)=324+576k2>0 $x_1+x_2=\frac{12k}{3+4k^2}$,$x_1x_2=-\frac{27}{3+4k^2}$;
$\overrightarrow{TP}=(x_1,y_1-t)$,$\overrightarrow{TQ}=(x_2,y_2-t)$,
故$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}=x_{1}x_{2}+(y_{1}-t)(y_{2}-t)=x_{1}x_{2}+(ki_{1}-\frac{3}{2}-t)(kx_{2}-\frac{3}{2}-t)$=$(1+k^{2})x_{1}x_{2}-k(\frac{3}{2}+t)(x_{1}+x_{2})+(\frac{3}{2}+t)^{2}$
=$(1+k^{2})×(-\frac{27}{3+4k^{2}})-k(\frac{3}{2}+t)×\frac{12k}{3+4k^{2}}+(\frac{3}{2}+t)^{2}$ $-27k^2-27-18k^2-12k^2t+3(\frac{3}{2}+t)^2+(3+2t)^2k^2$ 3+4k2
=$\frac{[(3+2t)^{2}-12t-45]k^{2}+3(\frac{3}{2}+t)^{2}-27}{3+4k^{2}}$,
$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}≤0$ 恒成立,故$\left\{\begin{array}{l}{3(\frac{3}{2}+t)^{2}-27≤0}\\{(3+2t)^{2}-12t-45≤0}\end{array}\right.$,解得$-3≤t≤\frac{3}{2}$,
若$\overrightarrow{TP}•\overrightarrow{TQ}≤0$恒成立.
结合①②可知,$-3≤t≤\frac{3}{2}$.
故这个T点纵坐标的取值范围为[-3,$\frac{3}{2}$].
解析
步骤 1:确定离心率和半焦距
因为椭圆的离心率为$e=\frac{1}{2}$,所以$\frac{c}{a}=\frac{1}{2}$,即$a=2c$,其中$c$为半焦距。
步骤 2:确定$b$的值
由$a^{2}=b^{2}+c^{2}$,代入$a=2c$,得到$b^{2}=3c^{2}$,即$b=\sqrt{3}c$。
步骤 3:确定A、B、C点坐标
根据题意,A(-2c,0),$B(0,-\sqrt{3}c)$,$C(0,-\frac{\sqrt{3}c}{2})$。
步骤 4:计算三角形ABC的面积
$S_{ΔABC}=\frac{1}{2}×2c×\frac{\sqrt{3}}{2}c=\frac{3\sqrt{3}}{2}$,解得$c=\sqrt{3}$。
步骤 5:确定椭圆方程
代入$c=\sqrt{3}$,得到$a=2\sqrt{3}$,$b=3$,故椭圆方程为$\frac{x^2}{12}+\frac{y^2}{9}=1$。
因为椭圆的离心率为$e=\frac{1}{2}$,所以$\frac{c}{a}=\frac{1}{2}$,即$a=2c$,其中$c$为半焦距。
步骤 2:确定$b$的值
由$a^{2}=b^{2}+c^{2}$,代入$a=2c$,得到$b^{2}=3c^{2}$,即$b=\sqrt{3}c$。
步骤 3:确定A、B、C点坐标
根据题意,A(-2c,0),$B(0,-\sqrt{3}c)$,$C(0,-\frac{\sqrt{3}c}{2})$。
步骤 4:计算三角形ABC的面积
$S_{ΔABC}=\frac{1}{2}×2c×\frac{\sqrt{3}}{2}c=\frac{3\sqrt{3}}{2}$,解得$c=\sqrt{3}$。
步骤 5:确定椭圆方程
代入$c=\sqrt{3}$,得到$a=2\sqrt{3}$,$b=3$,故椭圆方程为$\frac{x^2}{12}+\frac{y^2}{9}=1$。