解析幾何之目~橢圓:2020年全國(guó)卷C題20

橢圓:2020年全國(guó)卷C題20 (12分)

已知橢圓 C:\dfrac {x^2} {25} + \dfrac {y^2} {m^2} =1 (0 \lt m \lt 5) 的離心率為 \dfrac {\sqrt{15}} {4}赶袄,A,B 分別為 C 的左遗增、右頂點(diǎn).

(1)求 C 的方程夺鲜;

(2)若點(diǎn) PC上挖帘,點(diǎn) Q 在直線 x=6上镐捧,且 |BP|=|BQ|, BP \perp BQ淹冰,求 \triangle APQ 的面積逢净。


【解答問(wèn)題1】

依題意可知:橢圓焦點(diǎn)在 x 軸上毁习,m 代表短半軸烤送。

m^2 = a^2-c^2 = a^2(1-e^2) = \dfrac {25} {16}

C 的方程為:\dfrac{x^2}{25}+\dfrac{16 \, y^2}{25}=1


【解答問(wèn)題2】

A,B 兩點(diǎn)的坐標(biāo)為:A(-5,0), \; B(5,0)

直線 BP 的方程可設(shè)為:x= \lambda y +5

B,P 兩點(diǎn)滿足以下方程組:

\left\{ \begin{array}\\ x= \lambda y +5 \\ x^2 + 16 y^2 - 25 = 0 \end{array} \right.

消元后得:(\lambda^2+16)y^2 + 10 \lambda y =0

y_1+y_2 = \dfrac {-10\lambda} {(\lambda^2+16)}

|PB|^2= \dfrac {100 \lambda^2 (\lambda^2+1)} {(\lambda^2+16)^2}

點(diǎn) Q 在直線 x=6上寒随,可設(shè)其坐標(biāo)為:Q(6,t)

|BQ|^2=t^2+1

k_{_{BQ}}=t

BP \perp BQ \Rightarrow\; k_{_{BP}} = - \dfrac {1} {k_{_{BQ}}} = - \dfrac {1} {t}

\Rightarrow\; \lambda = -t

|BP|=|BQ|

t^2+1 = \dfrac { 100 t^2 ( t^2+1) } { ( t^2+16)^2 }

(t^2+16)^2-(10t)^2=0

(t^2+10t+16)(t^2-10t+16)=0

解得:t_1=8,t_2=2,t_3=-2,t_4=-8

關(guān)于 \triangle APQ 的面積,存在兩種可能性帮坚。如下圖所示妻往,

如果點(diǎn) PAP 之上,則 S_{\triangle APQ} = S_{\triangle APG} + S_{PQDG} - S_{\triangle APD}

如果點(diǎn) PAP 之下试和,則 S_{\triangle APQ} = - S_{\triangle APD} - S_{\triangle APG} - S_{PQDG}

定點(diǎn) A,D 的坐標(biāo)為:A(-5,0),\; D(6,0).

(1)若 t=8, 則 \lambda = -t =-8

y_{_P} = \dfrac {-10\lambda} {(\lambda^2+16)} -0 = 1

x_{_P} = -8 \times 1 +5 = -3

三個(gè)動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)為:P(-3,1), \; Q(6,8), \; G(-3,0)

|AD|=11, |AG|=2, |GD|=9, |PG|=1, |QD|=8

S_{\triangle AQD}= 44

S_{\triangle APG}=1

S_{PQDG}= \dfrac {1} {2} \times (1+8) \times 9 = \dfrac {81} {2}

S_{\triangle APQ} = S_{\triangle AQD} - S_{\triangle APG} - S_{PQDG} = \dfrac {5} {2}


(2)若 t=2, 則 \lambda = -t =-2

三個(gè)動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)為:P(3,1), \; Q(6,2), \; G(3,0)

|AD|=11, |AG|=8, |GD|=3, |PG|=1, |QD|=2

S_{\triangle AQD}= 11

S_{\triangle APG}=4

S_{PQDG}= \dfrac {1} {2} \times (1+2) \times 3 = \dfrac {9} {2}

S_{\triangle APQ} = S_{\triangle AQD} - S_{\triangle APG} - S_{PQDG} = \dfrac {5} {2}


t=-8t=8 對(duì)稱讯泣;t=-2t=2 對(duì)稱。不需要單獨(dú)計(jì)算阅悍。

結(jié)論: \triangle APQ 的面積等于 \dfrac {5} {2}.


【提煉與提高】

『求弦長(zhǎng)』

求弦長(zhǎng)是解析幾何中的常見(jiàn)問(wèn)題好渠。假如直線的 y 截距為 5昨稼,可設(shè)其方程為 y=kx+5

在本題中,x 截距等于 5拳锚,故設(shè)其方程為 x=\lambda y + 5

靈活應(yīng)用斜截式的兩種形式假栓,可以簡(jiǎn)化計(jì)算,提高解題效率霍掺。

『如何利用垂直關(guān)系』

若兩線垂直匾荆,則其稅率之積等于 -1. 這是解析幾何中的一個(gè)常用結(jié)論。需要注意的是:直線 BP 方程中的 \lambda 等于斜率的倒數(shù)杆烁。

『求三角形的面積』

這個(gè)也是解析幾何中的常見(jiàn)問(wèn)題棋凳,要根據(jù)具體情況靈活處理。

本題中连躏,假如計(jì)算 |AQ| 長(zhǎng)度剩岳,再計(jì)算點(diǎn) PAQ 的距離,也是可以的入热。但我們采用了一種間接求法拍棕。

先求出兩個(gè)三角形和一個(gè)梯形的面積,再利用幾個(gè)幾何圖形的和差關(guān)系求出 \triangle APQ 的面積勺良。

這種方法可以稱為「割補(bǔ)法」绰播,在小學(xué)階段就已經(jīng)接觸,高中依然有效尚困。


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