每日一题[3275]联立与韦达

已知椭圆 $E$ 的方程为 $\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{b^2}=1$($a>b>0$),$A$ 为 $E$ 的左顶点,$B$ 为 $E$ 的上顶点,$E$ 的离心率为 $\dfrac 1 2$,$\triangle ABO$ 的面积为 $\sqrt 3$.

1、求椭圆 $E$ 的方程;

2、过点 $P(-2,1)$ 的直线交 $E$ 于 $M, N$ 两点,点 $M$ 且垂直于 $x$ 轴的直线交直线 $AN$ 于点 $H$,证明:线段 $MN$ 的中点 $T$ 在定直线上.

解析

1、根据题意,有\[\begin{cases} \sqrt{1-\dfrac{b^2}{a^2}}=\dfrac 12,\\ \dfrac 12ab=\sqrt 3,\end{cases}\iff \begin{cases} a^2=4,\\ b^2=3,\end{cases}\]因此所求椭圆方程为 $\dfrac{x^2}4+\dfrac{y^2}3=1$.

2、根据题意,过点 $P(-2,1)$ 的直线斜率存在,设方程为 $k x-y-(k+2)=0$,设 $M\left(x_1,y_1\right),N\left(x_2,y_2\right)$,联立直线 $MN$ 的方程与椭圆方程,可得\[\left(4 k^2+3\right) x^2+8 k(2 k+1) x+8\left(2 k^2+2 k-1\right)=0,\]根据韦达定理,有\[x_1+x_2=-\dfrac{8 k(2 k+1)}{4 k^2+3},\quad x_1 x_2=\dfrac{8\left(2 k^2+2 k-1\right)}{4 k^2+3},\]进而\[y_1+y_2=\dfrac{6(2 k+1)}{4 k^2+3},\quad x_1 y_2+x_2 y_1=\dfrac{-24 k}{3 k^2+4},\]联立直线 $AN: y=\dfrac{y_2}{x_2+2}(x+2)$ 和 $x=x_1$,可得\[H\left(x_1,\dfrac{y_2\left(x_1+2\right)}{x_2+2}\right),\quad T\left(x_1,\dfrac 1 2\left(y_1+\dfrac{y_2\left(x_1+2\right)}{x_2+2}\right)\right),\]令\[x=x_1\in[-2,2],\quad y=\dfrac 1 2\left(y_1+\dfrac{y_2\left(x_1+2\right)}{x_2+2}\right)=\dfrac{x_1 y_2+x_2 y_1+2\left(y_1+y_2\right)}{2\left(x_2+2\right)},\]此时\[\dfrac{2 y}{x+2}=\dfrac{x_1 y_2+x_2 y_1+2\left(y_1+y_2\right)}{\left(x_2+2\right)\left(x_1+2\right)}\iff \dfrac{2 y}{x+2}=\dfrac{x_1 y_2+x_2 y_1+2\left(y_1+y_2\right)}{x_1 x_2+2\left(x_1+x_2\right)+4},\]代入可得\[\dfrac{2 y}{x+2}=\dfrac{-24 k+12(2 k+1)}{8\left(2 k^2+2 k-1\right)-16 k(2 k+1)+4\left(4 k_2+3\right)}\iff \dfrac{2 y}{x+2}=3 ,\]即 $ T $ 所在的定直线为 $ 3 x-2 y+6=0$.

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