每日一题[3818]余白米的试炼(1)

利用椭圆和双曲线的垂径定理解题.

1、椭圆 $\dfrac{x^2}{4}+y^2=1$ 上四点 $A,B,C,D$,$AB,CD$ 的斜率均为 $-\dfrac13$,$AC,BD$ 交于点 $P$,求证:直线 $OP$ 的斜率为定值.

2、双曲线 $\dfrac{x^2}{6}-\dfrac{y^2}2=1$ 上四点 $P,Q,M,N$,$P(3,1),Q(-3,-1)$,$MN$ 的斜率为 $\dfrac 13$,$O$ 为坐标原点,直线 $PM,QN$ 交于点 $A$,求证:直线 $OA$ 的斜率为定值.

3、椭圆 $\dfrac{x^2}6+\dfrac{y^2}3=1$ 上四点 $A,B,C,D$,$A(2,1),B(-2,-1)$,$AC,BD$ 交于点 $M$,$AD,BC$ 交于点 $N$,求证:直线 $MN$ 的斜率为定值.

解析

1、设 $AB,CD$ 的中点分别为 $M,N$,则 $P$ 在 $MN$ 上,而\[k_{OM}\cdot k_{AB}=k_{ON}\cdot k_{CD}=-\dfrac14\implies k_{OM}=k_{ON}=\dfrac 34,\]于是 $O$ 在 $MN$ 上,因此 $OP$ 的斜率为定值 $\dfrac 34$.

2、根据题意,$MN\parallel PQ$,设 $MN$ 的中点为 $B$,则 $A,O,B$ 共线,于是\[k_{OA}\cdot k_{MN}=\dfrac13\implies k_{OA}=1.\]

3、根据椭圆的垂径定理,有\[k_{AM}\cdot k_{BN}=k_{AN}\cdot k_{BM}=-\dfrac 12,\]设 $M(x_1,y_1),N(x_2,y_2)$,则\[\dfrac{y_1-2}{x_1-1}\cdot \dfrac{y_2+2}{x_2+1}=\dfrac{y_1+2}{x_1+1}\cdot \dfrac{y_2-2}{x_2-1}=-\dfrac 12\iff \dfrac{y_1y_2+2(y_1-y_2)-4}{x_1x_2+(x_1-x_2)-1}=\dfrac{y_1y_2-2(y_1-y_2)-4}{x_1x_2-(x_1-x_2)-1}=-\dfrac 12,\]根据合分比定理,有\[-\dfrac 12=\dfrac{4(y_1-y_2)}{2(x_1-x_2)}\implies \dfrac{y_1-y_2}{x_1-x_2}=-1,\]为定值.

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