设椭圆 $E: \dfrac{x^{2}}{a^{2}}+\dfrac{y^{2}}{b^{2}}=1$($a>b>0$),圆 $C:(x-2 m)^{2}+(y-4 m)^{2}=1$($m \neq 0$),点 $F_{1}, F_{2}$ 分别为 $E$ 的左、右焦点,点 $C$ 为圆心,$O$ 为原点,线段 $O C$ 的垂直平分线为 $l$.已知 $E$ 的离心率为 $\dfrac{1}{2}$,点 $F_{1}, F_{2}$ 关于直线 $l$ 的对称点都在圆 $C$ 上.
1、求椭圆 $E$ 的方程.
2、设直线 $l$ 与椭圆 $E$ 相交于 $A, B$ 两点,问:是否存在实数 $m$,使直线 $A C$ 与 $B C$ 的斜率之和 为 $\dfrac{2}{3}$?若存在,求实数 $m$ 的值;若不存在,说明理由.
解析
1、圆 $C$ 关于直线 $l$ 的对称图形为单位圆 $O:x^2+y^2=1$,根据题意,点 $F_1,F_2$ 均在圆 $O$ 上,因此 $a^2-b^2=1$,结合 $E$ 的离心率为 $\dfrac 12$,可得椭圆 $E$ 的方程为 $\dfrac{x^2}4+\dfrac{y^2}3=1$.
2、作平移变换 $x=x'+2m$,$y=y'+4m$,则椭圆方程变为\[\dfrac{(x'+2m)^2}{4}+\dfrac{(y'+4m)^2}3=1,\]即\[\dfrac{x'^2}4+\dfrac{y'^2}3+m\left(x'+\dfrac 83y'\right)+\dfrac{19}{3}m^2-1=0,\]此时直线 $l$ 的对应直线 $l'$ 的方程为\[(x'+2m)+2(y'+4m)-5m=0\iff \dfrac{x'+2y'}{-5m}=1,\]化齐次联立,有\[\dfrac{x'^2}4+\dfrac{y'^2}3+m\left(x'+\dfrac 83y'\right)\cdot \dfrac{x'+2y'}{-5m}+\left(\dfrac{19}3m^2-1\right)\left(\dfrac{x'+2y'}{-5m}\right)^2=0,\]即\[\dfrac{7m^2-4}{25}y'^2+\dfrac{2m^2-4}{25}x'y'+\dfrac{91m^2-12}{300m^2}x'^2=0,\]因此直线 $A'C'$ 与直线 $B'C'$ 的斜率之和为\[-\dfrac{2m^2-4}{7m^2-4}=\dfrac 23\iff m=\pm 1,\]此时上述方程为\[3y'^2-2x'y'+\dfrac{79}{12}x'^2=0,\]其判别式 $\Delta<0$.因此不存在符合题意的实数 $m$.