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2021年高考数学新高考Ⅱ-20

  2022-04-29 23:03:11  

20.(12分)已知椭圆C的方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),右焦点为F(20),且离心率为63
(Ⅰ)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)设MN是椭圆C上的两点,直线MN与曲线x2+y2=b2(x>0)相切.证明:MNF三点共线的充要条件是|MN|=3
分析:(Ⅰ)利用离心率以及焦点的坐标,求出ac的值,结合a2=b2+c2,即可求出b的值,从而得到椭圆的标准方程;
(Ⅱ)先证明充分性,设直线MN的方程,利用圆心到直线的距离公式求出m的值,联立直线与椭圆的方程,求出|MN|即可;再证明必要性,设直线MN的方程,由圆心到直线的距离公式求出mt的关系,联立直线与椭圆的方程,求出|MN|,得到方程,求出mt的值,从而得到直线MN必过点F,即可证明必要性.
(Ⅰ)解:由题意可得,椭圆的离心率ca=63,又c=2
所以a=3,则b2=a2c2=1
故椭圆的标准方程为x23+y2=1
(Ⅱ)证明:先证明必要性,
MNF三点共线时,设直线MN的方程为x=my+2
则圆心O(0,0)到直线MN的距离为d=2m2+1=1,解得m2=1
联立方程组{x=my+2x23+y2=1,可得(m2+3)y2+22my1=0
4y2+22my1=0
所以|MN|=1+m28m2+164=2×244=3
所以必要性成立;
下面证明充分性,
|MN|=3时,设直线MN的方程为x=ty+m
此时圆心O(0,0)到直线MN的距离d=|m|t2+1=1,则m2t2=1
联立方程组{x=ty+mx23+y2=1,可得(t2+3)y2+2tmy+m23=0
则△=4t2m24(t2+3)(m23)=12(t2m2+3)=24
因为|MN|=1+t224t2+3=3
所以t2=1m2=2
因为直线MN与曲线x2+y2=b2(x>0)相切,
所以m>0,则m=2
则直线MN的方程为x=ty+2恒过焦点F(2,0)
MNF三点共线,
所以充分性得证.
综上所述,MNF三点共线的充要条件是|MN|=3

点评:本题考查了椭圆标准方程的求解、直线与椭圆位置关系的应用,在解决直线与圆锥曲线位置关系的问题时,一般会联立直线与圆锥曲线的方程,利用韦达定理和“设而不求”的方法进行研究,属于中档题.

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