已知椭圆E:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的长轴上一点M(m,0),垂直于x轴直线l与x轴交于点N(a2m,0).过M且斜率不为0的直线与椭圆交于A,B两点,分别过A,B作直线l的垂线,垂足为A1,B1.设△MAA1,△MBB1,△A1B1M的面积分别为S1,S2,S3,求证:S1S2S23为定值.
分析与解 定值是14.
法一 如图,连接AN,BN,AB1,BA1,设AB1与MN交于点T.根据椭圆的极点极线性质,有AMAA1=BMBB1,
因此MT=BB1⋅AMAB=AA1⋅BB1AA1+BB1,NT=AA1⋅B1NA1B1=AA1⋅BMAB=AA1⋅BB1AA1+BB1,
因此T点平分MN.进而可得BA1与MN的交点也平分MN,因此AB1,A1B,MN三线共点.所以S1S2S23=AA1⋅A1N⋅BB1⋅B1N(MN⋅A1B1)2=14⋅AA1TN⋅BB1TN⋅A1N⋅B1NA1B21=14⋅A1B1B1N⋅A1B1A1N⋅A1N⋅B1NA1B21=14,
因此原命题得证.
法二 设直线AB:x=ty+m,A(x1,y1),B(x2,y2).记n=a2m,联立直线AB的方程与椭圆方程可得(b2t2+a2)y2+2b2tmy+b2(m2−a2)=0,
而S1S2S23=−y1y2(n−x1)(n−x2)(n−m)2(y1−y2)2=−y1y2(ty1+m−n)(ty2+m−n)(n−m)2(y1−y2)2=−y1y2[t2y1y2−t(n−m)(y1+y2)+(n−m)2](n−m)2[(y1+y2)2−4y1y2]=b2(a2−m2)[t2b2(m2−a2)+t(n−m)⋅2b2tm+(n−m)2(b2t2+a2)](n−m)2[4a2b2(b2t2+a2)−4a2b2m2]=a2−m24a2(n−m)2⋅b2t2(n2−a2)+a2(n−m)2b2t2+a2−m2,
而(a2−m2)(n2−a2)=−m2n2+a2(n2+m2)−a4=a2(n−m)2,
因此可得S1S2S23为定值14.