每日一题[1528]垂径定理

已知椭圆 $C:\dfrac{x^2} {a^2}+\dfrac{y^2} {b^2}=1$($a>b>0$)的离心率为 $\dfrac{\sqrt3} 2$,并且过点 $P(2,-1)$.

1、求$C$ 的方程.

2、设点 $Q$ 在椭圆 $C$ 上,且 $PQ$ 与 $x$ 轴平行,过 $P$ 点作两条直线分别交椭圆 $C$ 于点 $A(x_1,y_1)$,$B(x_2,y_2)$.若直线 $PQ$ 平分 $\angle APB$,求证:直线 $AB$ 的斜率是定值,并求出这个定值.

解析

1、离心率为 $\dfrac{\sqrt 3}2$ 的椭圆即\[\dfrac{x^2}{4b^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1,\]将 $P$ 点坐标代入即得 $b^2=2$,于是椭圆 $C$ 的方程为 $\dfrac{x^2} {8}+\dfrac{y^2} {2}=1$.

2、在伸缩变换 $x'=x$,$y'=2y$ 下,椭圆变为圆\[C':x'^2+y'^2=8,\]此时 $P'\left(2,-2\right)$,设直线 $y=-2$(或 $x=2$)与圆交于不同于 $P'$ 的点 $Q'$,则 $Q'\left(-2,-2\right)$(或 $Q'\left(2,2\right)$),且 $Q'$ 在弧 $A'B'$ 上.根据题意,有\[\angle A'P'Q'=\angle B'P'Q',\]于是弧 $A'Q'$ 与弧 $B'Q'$ 相等,也即 $Q'$ 平分弧 $A'B'$,根据垂径定理,有 $OQ'\perp A'B'$,于是直线 $A'B'$ 的斜率为定值 $-1$,进而直线 $EF$ 的斜率为定值 $-\dfrac 12$.

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