问题: 椭圆问题。
已知点G是三角形ABC的重心,A(0,-1),B(O,1),在x轴上有一点M满足|向量MA|=|向量MC|, 向量GM=a*向量AB.
1.求点C的轨迹方程。
2.若斜率为k的直线与点C的轨迹交于不同的两点P、Q,且满足|向量AP|=|向量AQ|,试求k的取值范围。
解答:
1)
设 C (x,y),
则重心G 为 (x/3, y/3);
令 M的坐标为 (m, 0);
|MA|^2 = m^2+1;
|MC|^2 = (x-m)^2 + y^2;
|MA| = |MC|, 得 m^2+1 = (x-m)^2 + y^2 (1);
向量GM=a*向量AB, GM 平行于AB, 故 m = x/3, 代入 (1);
x^2/9 +1 = 4x^2/9 + y^2;
x^2/3 + y^2 = 1;
为保证 ABC 能组成三角形, x<>0,(x=0, C与A或B重合);
故 点C的轨迹方程
x^2/3 + y^2 = 1, x<>0;
2)设 P、Q为不同的点,其坐标为(xp,yp),(xq,yq), xp<>xq;
由斜率定义: k = (yp-yq)/(xp-xq);
P,Q在椭圆上;
则有:
xp^2/3 + yp^2 = 1;
xq^2/3 + yq^2 = 1;
两式相减:
(xp-xq)(xp+xq)/3 + (yp-yq)(yp+yq) = 0;
k = (yp-yq)/(xp-xq) = -(xp+xq)/(yp+yq)/3;
另外 由|AP| = |AQ|;
|AP|^2 = xp^2 + (yp+1)^2;
|AQ|^2 = xq^2 + (yq+1)^2;
也用两式相减:
(xp-xq)(xp+xq)+(yp-yq)(yp+yq+2) = 0;
k = (yp-yq)/(xp-xq) = -(xp+xq)/(yp+yq+2);
比较两种方式计算的k,
可得: yp+yq = 1;
xp+xq = -3k;
P, Q在椭圆上,其中点必在椭圆内,
其中点坐标为:((xp+xq)/2, (yp+yq)/2) = (-3k/2, 1/2);
即
(-3k/2)^2/3 + (1/2)^2 <1;
整理得:
k^2 < 1;
故 -1<k<1.
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