2016年全国2卷理科数学解析几何大题

已知椭圆$E:\dfrac{x^2}t+\dfrac{y^2}3=1$的焦点在$x$轴上,$A$是$E$的左顶点,斜率为$k$($k>0$)的直线交$E$于$A,M$两点,点$N$在$E$上,$MA\perp NA$.

(1) 当$t=4$,$|AM|=|AN|$时,求$\triangle AMN$的面积;

(2) 当$2|AM|=|AN|$时,求$k$的取值范围.

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   (1)当$|AM|=|AN|$时,$\triangle MAN$是等腰直角三角形.根据椭圆的对称性,可知$k=1$,又$t=4$时,$A$点的坐标为$(-2,0)$,因此直线$AM$的方程为$x=y-2$,与椭圆$E$的方程联立,可得$$y\left(\dfrac{7}{12}y-1\right)=0,$$于是点$M$的纵坐标为$\dfrac{12}7$,进而可得$\triangle AMN$的面积$$S=\left(\dfrac{12}7\right)^2=\dfrac{144}{49}.$$

(2) 记$a=\sqrt t$,$m=\dfrac 1k$($m>0$),则直线$AM$的方程为$$x=my-a,$$与椭圆$E$的方程联立可得$$\left(\dfrac {m^2}{a^2}+\dfrac 13\right)y^2-\dfrac{2m}ay=0,$$从而点$M$的纵坐标为$$\dfrac{6ma}{3m^2+a^2},$$因此点$N$的纵坐标为$$\dfrac{-\dfrac{6a}m}{\dfrac{3}{m^2}+a^2}=\dfrac{-6ma}{3+m^2a^2},$$因此由$2|AM|=|AN|$可得$$2\cdot\sqrt{1+m^2}\cdot\dfrac{6ma}{3m^2+a^2}=\sqrt{1+\dfrac{1}{m^2}}\cdot \dfrac{6ma}{3+m^2a^2},$$整理得$$a^2=\dfrac{3(m^2-2m)}{2m^3-1},$$根据题意,有$a^2>3$,因此$$\dfrac{3(m^2-2m)}{2m^3-1}>3,$$解得$$\dfrac 12<m<\sqrt[3]{\dfrac 12},$$因此$k$的取值范围是$\left(\sqrt[3]2,2\right)$.

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