每日一题[2535]化齐次联立

如图所示,设 $k>0$ 且 $k\ne 1$,直线 $l:y=kx+1$ 与 $l_1:y=k_1x+1$ 关于直线 $y=x+1$ 对称,直线 $l$ 与 $l_1$ 分别交椭圆 $E:\dfrac{x^2}4+y^2=1$ 于点 $A,M$ 和 $A,N$.

1、求 $k\cdot k_1$ 的值.

2、求证:对任意的实数 $k$,直线 $MN$ 恒过定点.

解析

1、根据题意,直线 $l$ 与直线 $l_1$ 的倾斜角之和为 $90^\circ$,因此 $k\cdot k_1=1$.

2、在平移变换 $x=x'$,$y=y'+1$ 下,椭圆方程变为\[E':\dfrac{x'^2}4+y'^2+2y'=0,\]设 $M'N':mx'+ny'=1$,化齐次联立可得\[\dfrac{x'^2}4+y'^2+2y'(mx'+ny')=0,\]即\[(2n+1)\left(\dfrac{y'}{x'}\right)^2+2m\cdot \dfrac{y'}{x'}+\dfrac 14=0,\]根据第 $(1)$ 小题的结论,有\[\dfrac{\frac 14}{2n+1}=1\iff n=-\dfrac 38,\]因此直线 $M'N'$ 恒过点 $B'\left(0,-\dfrac 83\right)$,回到原坐标系,直线 $MN$ 恒过定点 $\left(0,-\dfrac 53\right)$.

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