每日一题[800]兵分两路

已知直线$l:x=t$与椭圆$C:\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1$($a>b>0$)相交于$A,B$两点,$M$是椭圆$C$上一点,设直线$MA,MB$分别与$x$轴交于$E,F$两点,$O$为坐标原点,求证:$|OE|\cdot |OF|$为定值.


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分析与解 法一 坐标法

设$A(t,s)$,$B(t,-s)$,$M(m,n)$,则\[\dfrac{t^2}{a^2}+\dfrac{s^2}{b^2}=\dfrac{m^2}{a^2}+\dfrac{n^2}{b^2}=1,\]且\[|OE|\cdot |OF|=\left|\dfrac{tn-ms}{n-s}\cdot \dfrac{tn-m(-s)}{n-(-s)}\right|=\left|\dfrac{t^2n^2-m^2s^2}{n^2-s^2}\right|,\]将$t^2=a^2-\dfrac{a^2}{b^2}s^2$,$m^2=a^2-\dfrac{a^2}{b^2}n^2$代入,可得$|OE|\cdot |OF|=a^2$为定值.

法二 仿射变换

利用仿射变换$x'=x$,$y'=\dfrac ab y$将椭圆$C$变为圆$C':x'^2+y'^2=a^2$,如图.由于$\angle OMB=\angle OBM=\angle OAF$,于是$O,M,F,A$四点共圆,进而有\[\angle OMA=\angle AFO=\angle MFO,\]因此$\triangle OME$与$\triangle OFM$相似,进而\[|OE|\cdot |OF|=|OM|^2=a^2\]为定值.

 特别的,对$\triangle MAB$应用梅涅劳斯定理,可得$\dfrac{ME}{EA}=\dfrac{MF}{FB}$.

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