Question

如圖，已知橢圓（a＞b＞0），M為橢圓上的一個動點(diǎn)，F(xiàn)₁、F₂分別為橢圓的左、右焦點(diǎn)，A、B分別為橢圓的一個長軸端點(diǎn)與短軸的端點(diǎn)．當(dāng)MF₂⊥F₁F₂時(shí)，原點(diǎn)O到直線MF₁的距離為|OF₁|．
（1）求a，b滿足的關(guān)系式；
（2）當(dāng)點(diǎn)M在橢圓上變化時(shí)，求證：∠F₁MF₂的最大值為；
（3）設(shè)圓x²+y²=r²（0＜r＜b），G是圓上任意一點(diǎn)，過G作圓的切線交橢圓于Q₁，Q₂兩點(diǎn)，當(dāng)OQ₁⊥OQ₂時(shí)，求r的值．（用b表示）

Answer 1

【答案】分析：（1）設(shè)F₁（-c，0），F(xiàn)₂（c，0），A（a，c），B（0，b），因?yàn)镸F₂⊥F₁F₂，所以點(diǎn)M坐標(biāo)為 ，由此能夠求出a=．
（2）設(shè)MF₁=m，MF₂=n，m+n=2a，由余弦定理得=．因?yàn)?img src="http://thumb.1010pic.com/pic6/res/gzsx/web/STSource/20131024183340234134785/SYS201310241833402341347021_DA/4.png">，所以cos∠F₁MF₂≥0，由此能夠證明：∠F₁MF₂的最大值為．
（3）設(shè)G（rcosθ，rsinθ）圓上任意一點(diǎn)，過G點(diǎn)的切線交該橢圓于Q₁（x₁，x₂），Q₂（x₂，y₂），則切線l的法向量為（rcosθ，rsinθ），直線l的方程為xcosθ+ysinθ-r=0，聯(lián)立方程組，能夠推導(dǎo)出r=．
解答：解：（1）設(shè)F₁（-c，0），F(xiàn)₂（c，0），A（a，c），B（0，b），
因?yàn)镸F₂⊥F₁F₂，所以點(diǎn)M坐標(biāo)為 ，
所以MF₁方程b²x-2axy+b²c=0，
O到MF₁距離，整理得2b⁴=a²c²，
所以解得a=．
（2）設(shè)MF₁=m，MF₂=n，m+n=2a，
由余弦定理得
=
=．
因?yàn)?img src="http://thumb.1010pic.com/pic6/res/gzsx/web/STSource/20131024183340234134785/SYS201310241833402341347021_DA/15.png">，
所以cos∠F₁MF₂≥0，
當(dāng)且僅當(dāng)m=n=a=，cos∠F₁MF₂=0，
由三角形內(nèi)角及余弦單調(diào)性知有最大值．
（3）設(shè)G（rcosθ，rsinθ）圓上任意一點(diǎn)，過G點(diǎn)的切線交該橢圓于Q₁（x₁，x₂），Q₂（x₂，y₂），
則切線l的法向量為（rcosθ，rsinθ），直線l的方程為xcosθ+ysinθ-r=0，
聯(lián)立方程組，
①cosθ=0時(shí)，|OG|=|Q₁G|=|Q₂G|，所以r=，即：r=；
②cosθ≠0時(shí)，由，
得（1+cos²θ）y²-2rsinθy+r²-2b²cos²θ=0，
所以，
因?yàn)閤₁x₂cos²θ=r²-（y₁+y₂）rsinθ+sin²θ，
由OQ₁⊥OQ₂得，x₁x₂cos²θ+y₁y₂cos²θ=r²-（y₁+y₂）rsinθ+y₁y₂=0
所以3r²cos²θ=2b²cos²θ，從而r=；
由①、②知，r=．
點(diǎn)評：本題主要考查橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程，簡單幾何性質(zhì)，直線與橢圓的位置關(guān)系，橢圓的簡單性質(zhì)等基礎(chǔ)知識．考查運(yùn)算求解能力，推理論證能力；考查函數(shù)與方程思想，化歸與轉(zhuǎn)化思想．