已知点A在椭圆上.设椭圆E与y轴正半轴的交点为B.其左焦点为F.且∠AFB=150°.(1

发布时间:2021-02-18 10:59:38

已知点A(-2,0)在椭圆上,设椭圆E与y轴正半轴的交点为B,其左焦点为F,且∠AFB=150°.
(1)求椭圆E的方程;
(2)过x轴上一点M(m,0)(m≠-2)作一条不垂直于y轴的直线l交椭圆E于C、D点.
(i)若以CD为直径的圆恒过A点,求实数m的值;
(ii)若△ACD的重心恒在y轴的左侧,求实数m的取值范围.

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答案:解:(1)∵∠AFB=150°,∴∠OFB=30°(O为坐标原点)
在直角△BOF中,|FB|=2|OB|,∴a=2b
∵点A(-2,0)在椭圆上,∴a=2,∴b=1
∴椭圆;
(2)∵直线l过x轴上一点M(m,0)(m≠-2)不垂直于y轴,∴l:x=ty+m
与椭圆方程联立,消元整理可得(t2+4)y2+2mty+m2-4=0
∴△=4m2t2-4(t2+4)(m2-4)>0,∴t2>m2-4
设C(x1,y1),D(x2,y2),∴,
(i)若以CD为直径的圆恒过A点,则
∵=(x1+2,y1),=(x2+2,y2),
∴x1x2+2(x1+x2)+4+y1y2=
∴或m=-2(舍去)
∴实数m的值为;
(ii)若△ACD的重心恒在y轴的左侧,即重心的横坐标恒小于0,即,∴
∴4m<t2+4对所有符合条件的t恒成立
由t2>m2-4知:
①若m2-4<0,即-2<m<2时,t2∈[0,+∞),∴t2+4≥4,∴m<1,∴-2<m<1;
②若m2-4≥0,即m≤-2或m≥2时,t2∈(m2-4,+∞),∴4m<m2,∴m≤0或m≥4
综上知,实数m的取值范围是(-∞,-2)∪(-2,1)∪[4,+∞).
分析:(1)根据∠AFB=150°,可得∠OFB=30°(O为坐标原点),从而可知a=2b,又a=2,故可求椭圆E的方程;
(2)根据直线l过x轴上一点M(m,0)(m≠-2)不垂直于y轴,假设l:x=ty+m与椭圆方程联立,消元整理可得(t2+4)y2+2mty+m2-4=0,利用△=4m2t2-4(t2+4)(m2-4)>0,可得t2>m2-4
(i)若以CD为直径的圆恒过A点,利用,可求实数m的值;
(ii)若△ACD的重心恒在y轴的左侧,即重心的横坐标恒小于0,,结合t2>m2-4,分类讨论,即可求得实数m的取值范围.
点评:本题考查椭圆的标准方程,考查直线与椭圆的位置关系,考查分类讨论的数学思想,解题的关键是直线方程与椭圆方程联立,利用韦达定理解题.
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