问题: 圆锥曲线
在△ABC中,a,b,c分别是A,B,C的对边,且b,a,c成等差数列(b≥c),设顶点B,C的坐标分别为B(-1,0),C(1,0)
(1)求顶点A的轨迹E的方程
(2)是否存在直线m,使得直线m过点B且与曲线E交于不同两点P,Q,满足|PQ|=3.5,若存在,求出直线m的方程,若不存在,说明理由
请写出详细的过程和思路,尤其是第二小题
解答:
在△ABC中,a,b,c分别是A,B,C的对边,且b,a,c成等差数列(b≥c),设顶点B,C的坐标分别为B(-1,0),C(1,0)
(1)求顶点A的轨迹E的方程
因为b,a,c成等差数列,所以:b+c=2a
而,a=BC=2
所以,b+c=4
也就是说,点A到B、C两点的距离之和为定长4
那么,点A在以B、C为焦点的椭圆上。
令椭圆方程为:x^2/u^2+y^2/v^2=1(因为焦点在x轴上,所以:u>v)
其中,b+c=2a=2u=4
所以,u=2
而,c^2=u^2-v^2=1
所以,v^2=u^2-1=3
所以,椭圆方程为:x^2/4+y^2/3=1
又因为,b≥c,所以,点A位于椭圆的左半支上,即:x≤0
又因为,A、B、C是△ABC的三个顶点,即A、B、C要构成三角形
所以,点A不能在BC直线上,即:y≠0(亦即,x≠-2)
所以,E的方程为:
x^2/4+y^2/3=1(x≤0且x≠-2)
(2)是否存在直线m,使得直线m过点B且与曲线E交于不同两点P,Q,满足|PQ|=3.5,若存在,求出直线m的方程,若不存在,说明理由
设过点B(-1,0)的直线m为:y=k(x+1)
它与曲线E相交于两点P(x1,y1)、Q(x2,y2)
其中,y1=kx1+k,y2=kx2+k
所以:y1-y2=k(x1-x2)
那么,PQ^2=(x1-x2)^2+(y1-y2)^2=(x1-x2)^2+k^2(x1-x2)^2
=(k^2+1)(x1-x2)^2……………………………………………(1)
联立直线y=k(x+1)与E:x^2/4+y^/3=1,就有:
3x^2+4y^2-12=0
===> 3x^2+4[k(x+1)]^2-12=0
===> 3x^2+4k^2(x^2+2x+1)-12=0
===> (4k^2+3)x^2+8k^2x+(4k^2-12)=0
所以:x1+x2=-8k^2/(4k^2+3),x1x2=(4k^2-12)/(4k^2+3)
将上述代入到(1)式,就有:
PQ^2=(k^2+1)(x1-x2)^2
=(k^2+1)[(x1+x2)^2-4x1x2]
=(k^2+1){[-8k^2/(4k^2+3)]^2-4*(4k^2-12)/(4k^2+3)}
=(k^2+1)*[(148k^2-144)/(4k^2+3)^2]
=(7/2)^2=49/4
所以:
(4k^2+4)(148k^2-144)=49*(16k^4+24k^2+9)
===> 592k^4-576k^2+592k^2-576=784k^4+1176k^2+441
===> 192k^4+1160k^2+1017=0
k^2=。。。
然后舍去负值,进行开方。(数据实在是难以计算啊!)
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