每日一题[2811]化椭为圆

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 > b > 0$)右焦点的直线 $x + y - \sqrt 3 = 0$ 交 $M$ 于 $A,B$ 两点,$P$ 为 $AB$ 的中点,且 $OP$ 的斜率为 $\dfrac{1}{2}$.

1、求 $M$ 的方程.

2、$C,D$ 为 $M$ 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.

解析

1、本题考查椭圆的性质与标准方程,根据椭圆的垂径定理得到基本量的关系求解即可.

根据题意,椭圆的右焦点为 $F\left(\sqrt 3,0\right)$,又椭圆的垂径定理,有\[-\dfrac {b^2}{a^2}=-\dfrac 12,\]从而可得椭圆 $M$ 的方程为 $\dfrac{x^2}6+\dfrac{y^2}3=1$.

2、本题考查直线与圆锥曲线的位置关系,通过伸缩变换简化问题是解决问题的关键.

根据题意,直线 $AB$ 的斜率为 $-1$,直线 $CD$ 的斜率为 $1$.在伸缩变换 $x'=x$,$y'=\sqrt 2y$ 下,设 $A,B,C,D$ 的对应点分别为 $A',B',C',D'$,则直线 $A'B'$ 和 $C'D'$ 的斜率分别为 $-\sqrt 2$ 和 $\sqrt 2$,且 $A',B'$ 为定点,因此当 $C'D'$ 为圆 $x'^2+y'^2=6$ 的直径时,四边形 $A'C'B'D'$ 的面积最大,此时四边形 $ACBD$ 的面积最大,也即当 $CD:y=x$ 时,四边形 $ACBD$ 的面积最大,此时 $|CD|=4$.

根据焦点弦长公式,有\[|AB|=\dfrac{2ab^2}{b^2+c^2\sin^2\alpha}=\dfrac{4\sqrt 6}{3},\]其中 $c$ 为椭圆的半焦距,$\alpha=\dfrac{3\pi}4$ 为直线 $x+y-\sqrt 3=0$ 的倾斜角.因此四边形 $ACBD$ 面积的最大值为\[\dfrac 12\cdot \dfrac{4\sqrt 6}3\cdot 4=\dfrac{8\sqrt 6}3.\]

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