已知椭圆E:x2a2+y2b2=1的长轴上(不包含端点)有点M(m,0)(−a<m<a),过M作互相垂直线的两条弦AC,BD,探索凸四边形ABCD的面积的取值范围,研究当m取什么值时,该取值范围较容易求出.
分析与解 设AC:x=ty+m,将弦AC与椭圆E的长轴重合的情形视为t→+∞的情形,则联立直线与椭圆方程可得(t2a2+1b2)y2+2mta2y+m2a2−1=0,
于是|AC|=2ab√(1+t2)(b2t2+a2−m2)b2t2+a2,
进而|BD|=2ab√(1+t2)[(a2−m2)t2+b2]a2t2+b2,
这样就有凸四边形ABCD的面积S=12|AC|⋅|BD|=2a2b2(1+t2)√(b2t2+a2−m2)[(a2−m2)t2+b2](b2t2+a2)(a2t2+b2),
令λ=b2a2,μ=1−m2a2,x=t2+1t2,则S=2a2√λμ⋅√(x+2)(x+μλ+λμ)(x+λ+1λ)2,
特别地,当λ=μ即m=±c时,有S=2b2⋅x+2x+b2a2+a2b2,
此时S的取值范围是[8a2b4(a2+b2)2,2b2].
当μ=λ2即m=±ca⋅√a2+b2时,有S=2a2√λ3⋅√x+2x+λ+1λ,
此时S的取值范围是[4b4a2+b2,2b3a].
注 两种特殊情况下,面积的最小值都是在t=±1时取到的,面积最大值都是在对角线与坐标轴平行或重合时取到的.
博主您好,该类两线相交于一点的问题用直线的参数方程来进行表达,在计算和表达上会有一些便利性
该类问题也可以拓展到两条垂直直线分别和两个曲线相交,求四边形面积的最值,例如2016全国一卷解析几何大题
垂直条件可以改为两条直线的斜率积为定值,例如2014湖南卷解析几何大题
本质难度不在获取函数关系.