Question

16．已知椭圆E：$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}$=1（a＞b＞0）过点$（\sqrt{2}，1）$，且离心率e=$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$，
（1）求椭圆E的标准方程；
（2）设直线x-my+1=0交椭圆E于A，B两点，判断点$P（-\frac{9}{4}，0）$与以线段AB的圆的位置关系，并说明理由．

Answer 1

分析 解法一：（1）由已知得建立方程关系，解得即可得出椭圆E的方程．
（2）设点A（x₁，y₁），B（x₂，y₂），AB中点为H（x₀，y₀）．直线方程与椭圆方程联立化为（m²+2）y²-2my-3=0，利用根与系数的关系中点坐标公式可得：y₀=$\frac{m}{{m}^{2}+2}$．|GH|²=$（{x}_{0}+\frac{9}{4}）^{2}+{y}_{0}^{2}$．$\frac{|AB{|}^{2}}{4}$=$\frac{（{m}^{2}+1）[（{y}_{1}+{y}_{2}）^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}]}{4}$，作差|GH|²-$\frac{|AB{|}^{2}}{4}$即可判断出．
解法二：（1）同解法一．
（2）设点A（x₁，y₁），B（x₂，y₂），则$\overrightarrow{GA}$=$（{x}_{1}+\frac{9}{4}，{y}_{1}）$，$\overrightarrow{GB}$=$（{x}_{2}+\frac{9}{4}，{y}_{2}）$．直线方程与椭圆方程联立化为（m²+2）y²-2my-3=0，计算$\overrightarrow{GA}•\overrightarrow{GB}$=$（{x}_{1}+\frac{9}{4}）（{x}_{2}+\frac{9}{4}）+{y}_{1}{y}_{2}$即可得出∠AGB，进而判断出位置关系．

解答 解：（1）∵椭圆的离心率e=$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$，
∴$\frac{c}{a}$=$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$，即c=$\frac{{\sqrt{2}}}{2}$a，即c²=$\frac{1}{2}$a²，
则b²=a²-c²=$\frac{1}{2}$a²，
∵椭圆E过点$（\sqrt{2}，1）$，
∴$\frac{2}{{a}^{2}}$+$\frac{1}{{b}^{2}}$=1，
即$\frac{2}{{a}^{2}}$+$\frac{1}{{b}^{2}}$=$\frac{2}{{a}^{2}}$+$\frac{2}{{a}^{2}}$=$\frac{4}{{a}^{2}}$=1，
则a²=4，b²=2，
则椭圆的标准方程为$\frac{{x}^{2}}{4}$+$\frac{{y}^{2}}{2}$=1；
（2）设点A（x₁y₁），B（x₂，y₂），AB中点为H（x₀，y₀）．
由$\left\{\begin{array}{l}{x=my-1}\\{\frac{{x}^{2}}{4}+\frac{{y}^{2}}{2}=1}\end{array}\right.$，化为（m²+2）y²-2my-3=0，
∴y₁+y₂=$\frac{2m}{{m}^{2}+2}$，y₁y₂=$\frac{-3}{{m}^{2}+2}$，∴y₀=$\frac{m}{{m}^{2}+2}$．
G$（-\frac{9}{4}，0）$，
∴|GH|²=$（{x}_{0}+\frac{9}{4}）^{2}+{y}_{0}^{2}$=$（m{y}_{0}+\frac{5}{4}）^{2}$+${y}_{0}^{2}$=$（{m}^{2}+1）{y}_{0}^{2}$+$\frac{5}{2}m{y}_{0}$+$\frac{25}{16}$．
$\frac{|AB{|}^{2}}{4}$=$\frac{（{x}_{1}-{x}_{2}）^{2}+（{y}_{1}-{y}_{2}）^{2}}{4}$=$\frac{（{m}^{2}+1）[（{y}_{1}+{y}_{2}）^{2}-4{y}_{1}{y}_{2}]}{4}$=$（{m}^{2}+1）（{y}_{0}^{2}-{y}_{1}{y}_{2}）$，
故|GH|²-$\frac{|AB{|}^{2}}{4}$=$\frac{5}{2}m{y}_{0}+（{m}^{2}+1）{y}_{1}{y}_{2}$+$\frac{25}{16}$=$\frac{5{m}^{2}}{2（{m}^{2}+2）}$-$\frac{3（{m}^{2}+1）}{{m}^{2}+2}$+$\frac{25}{16}$=$\frac{17{m}^{2}+2}{16（{m}^{2}+2）}$＞0．
∴$|GH|＞\frac{|AB|}{2}$，故G在以AB为直径的圆外．
解法二：（1）同解法一．
（2）设点A（x₁y₁），B（x₂，y₂），则$\overrightarrow{GA}$=$（{x}_{1}+\frac{9}{4}，{y}_{1}）$，$\overrightarrow{GB}$=$（{x}_{2}+\frac{9}{4}，{y}_{2}）$．
由$\left\{\begin{array}{l}{x=my-1}\\{\frac{{x}^{2}}{4}+\frac{{y}^{2}}{2}=1}\end{array}\right.$，化为（m²+2）y²-2my-3=0，
∴y₁+y₂=$\frac{2m}{{m}^{2}+2}$，y₁y₂=$\frac{-3}{{m}^{2}+2}$，
从而$\overrightarrow{GA}•\overrightarrow{GB}$=$（{x}_{1}+\frac{9}{4}）（{x}_{2}+\frac{9}{4}）+{y}_{1}{y}_{2}$
=$（m{y}_{1}+\frac{5}{4}）（m{y}_{2}+\frac{5}{4}）$+y₁y₂
=$（{m}^{2}+1）{y}_{1}{y}_{2}+\frac{5}{4}m（{y}_{1}+{y}_{2}）$+$\frac{25}{16}$
=$\frac{5{m}^{2}}{2（{m}^{2}+2）}$-$\frac{3（{m}^{2}+1）}{{m}^{2}+2}$+$\frac{25}{16}$=$\frac{17{m}^{2}+2}{16（{m}^{2}+2）}$＞0．
∴$\overrightarrow{GA}•\overrightarrow{GB}$＞0，又$\overrightarrow{GA}$，$\overrightarrow{GB}$不共线，
∴∠AGB为锐角．
故点G$（-\frac{9}{4}，0）$在以AB为直径的圆外．

点评 本小题主要考查椭圆、圆、直线与椭圆的位置关系、点与圆的位置关系、向量数量积运算性质等基础知识，考查推理论证能力、运算求解能力，考查数形结合思想、化归与转化思想、函数与方程思想，属于难题．