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押题第37道 椭圆中与面积有关的取值范围问题(原卷版)

【押题背景】取值范围类似于函数的值域,解析几何中几何量的取值范围问题,需要选择合适的变量构建出可解出范围的函数,是高中数学的传统难点.解决椭圆中的面积取值范围问题,关键在于找到构建面积的合理路径,设法简化表达式,将问题转化为常见的函数模型,从而求出取值范围.【押题典例】典例1 已知椭圆C:2222x ya b+=1(a>b>0)的左右焦点分别为F1,F2,点P是椭圆C上一点,以PF1为直径的圆E:x2292y⎛+=⎝⎭过点F2.(1)求椭圆C的方程;(2)过点P且斜率大于0的直线l1与C的另一个交点为A,与直线x=4的交点为B,过点(3)且与l1垂直的直线l2与直线x=4交于点D,求△ABD面积的最小值.【答案】(1)22184x y+=;(2).【解析】(1)在圆E的方程中,令y=0,得到:x2=4,所以F1(﹣2,0),F2(2,0),又因为212OE F P=,所以P点坐标为(2,所以122a PF PF=+=则a=b=2,因此椭圆的方程为22184x y+=;(2)设直线l1:y=k(x﹣2)(k>0),所以点B的坐标为()42k,设A(x A,y A),D(x D,y D),将直线l1代入椭圆方程得(1+2k2)x2+(﹣8k2)x+8k2﹣k﹣4=0,所以x P x A228412kk--=+,所以x A224212kk--=+,直线l2的方程为y1k=-(x﹣3),所以点D坐标为14k⎛⎫⎪⎝⎭,押题第37道椭圆中与面积有关的取值范围问题所以S △ABD 12=(4﹣x A )|y B ﹣y D |12=•12k k +=2k 3k ++≥,当且仅当2k 3k =,即k =时取等号,综上,△ABD 面积的最小值. 典例2如图所示,已知椭圆C :x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的左焦点为F (-1,0),左准线方程为x =-2.(1)求椭圆C 的标准方程;(2)若A ,B 两点满足OA ⊥OB (O 为坐标原点),求△AOB 面积的取值范围. 【答案】 (1)x 22+y 2=1;(2)S ∈⎣⎡⎦⎤23,22.【解析】 (1)由题设知,c =1,a 2c =2,又∵a 2=b 2+c 2,∴b 2=a 2-c 2=1, 所以椭圆的标准方程为x 22+y 2=1.(2)解法一:当直线OA ,OB 分别与坐标轴重合时,易知△AOB 的面积S =22; 当直线OA ,OB 的斜率均存在且不为零时,设OA :y =kx ,OB :y =-1k x .设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),将y =kx 代入椭圆C 得到x 2+2k 2x 2=2,所以x 21=22k 2+1,y 21=2k 22k 2+1, 同理x 22=2k 22+k 2,y 22=22+k 2,△AOB 的面积S =OA ·OB 2=(k 2+1)2(2k 2+1)(k 2+2).令t =k 2+1∈(1,+∞),S =t 2(2t -1)(t +1)=12+1t -1t2, 令u =1t∈(0,1),则S =1-u 2+u +2=1-⎝⎛⎭⎫u -122+94∈⎣⎡⎭⎫23,22.综上所述,S ∈⎣⎡⎦⎤23,22. 解法二:设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),因为OAOB ,所以x 1x 2+y 1y 2=0.①当直线AB 的斜率不存在时,△AOB 是等腰直角三角形.所以, 可设A (t ,t ),B (t ,-t ),则t 22+t 2=1,得t 2=23.此时△AOB 面积S =t 2=23;②当直线AB 的斜率存在时,设AB 方程为y =kx +m .由⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +m ,x 22+y 2=1.得1+2k 2x 2+4kmx +2m 2-2=0.所以Δ=8(1+2k 2-m 2)>0,且⎩⎪⎨⎪⎧x 1+x 2=-4km1+2k 2,x 1x 2=2m 2-21+2k2,所以x 1x 2+y 1y 2=(1+k 2)x 1x 2+km (x 1+x 2)+m 2=3m 2-2-2k 21+2k2,所以m 2=23(1+k 2). 又AB =(x 1-x 2)2+(y 1-y 2)2=1+k 2|x 1-x 2|,O 到AB 的距离h =|m |1+k 2,所以△AOB 面积S =12AB ·h =12|m ||x 1-x 2|=2|m |·1+2k 2-m 21+2k 2= 2 3· 1+5k 2+4k 4 1+2k 2= 23· 1+k 21+4k 2 +4k 4,当k =0时,S = 2 3,当k≠0时,S =231+ 14k 2+1 k2+4,∵4k 2+1k 2≥4,当且仅当k 2=12取“=”,∴0< 1 4k 2+1k 2+4≤18∴S ∈(23,22],综上,△AOB 面积的取值范围是⎣⎡⎦⎤23,22.【押题匹配】(2020·无锡模拟)在平面直角坐标系xOy 中,已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为32,且过点(3,12),点P 在第四象限,A 为左顶点,B 为上顶点,P A 交y 轴于点C ,PB 交x 轴于点D .如图所示.(1)求椭圆C 的标准方程;(2)求△PCD 面积的最大值. 【答案】 (1)x 24+y 2=1;(2)2-1.【解析】(1)设c 2=a 2-b 2,则c a = 32,所以a 2=4b 2.又点⎝ ⎛⎭⎪⎫ 3,12在椭圆上,所以3a 2+14b 2=1.解得a 2=4,b 2=1,所以椭圆方程为x 24+y 2=1. (2)由题意,AP 直线斜率存在,所以设直线AP :y =k(x +2),P 在第四象限,所以-12<k <0.令x =0得y C =2k ,所以C (0,2k ).由⎩⎪⎨⎪⎧y =k (x +2),x 24+y 2=1,消去y ,得(1+4k 2)x 2+16k 2x +16k 2-4=0.所以x A x P =16k 2-41+4k 2.又x A =-2,所以x P =-8k 2-21+4k 2,y P =k (x P+2)=4k 1+4k 2.即P ⎝ ⎛⎭⎪⎫-8k 2-21+4k 2,4k 1+4k 2. 设D(m,0),因为B(0,1),P ,B ,D 三点共线,所以m -00-1=-8k 2-21+4k 24k 1+4k 2-1,解得m =2(1+2k )1-2k .即D ⎝ ⎛⎭⎪⎫2(1+2k )1-2k ,0.所以S △PCD =S △P AD -S △CAD =12·AD ·||y P -y C =12·⎝ ⎛⎭⎪⎫2(1+2k )1-2k +2⎪⎪⎪⎪4k 1+4k 2-2k =4||k (1+2k )1+4k 2. 因为-12<k <0,所以S △PCD =-8k 2-4k 1+4k 2=-2+2(1-2k )1+4k 2.令t =1-2k ,则1<t <2,所以2k =1-t ,所以S △PCD =-2+2t t 2-2t +2=-2+2t +2t-2≤-2+22 2-2=2-1.当且仅当t =2时取等号,此时k =1-22,所以△PCD 面积的最大值为2-1.【押题变式】1、(2020江苏无锡高三)若椭圆x 24+y 2b 2=1(0<b <2)的左、右焦点分别为F 1,F 2,B 是短轴的一个端点,则△F 1BF 2的面积的最大值是________.2、(2020江苏盐城高三)椭圆x 2a 2+y 2b 2=1()a >b >0的长轴端点为A ,B ,短轴端点为C ,D ,动点P 满足P APB =2,△P AB 面积的最大值为163,△PCD 面积的最小值为23,则此椭圆的离心率为_________.3、(2020江苏镇江高三)已知A ,B 分别为椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的右顶点和上顶点,直线y =kx (k >0)与椭圆交于C ,D 两点,若四边形ACBD 的面积最大值为3b 2,则椭圆的离心率为________.4、(2020江苏连云港高三)过椭圆x 216+y 24=1上一点P 作圆x 2+y 2=2的两条切线,切点分别为M ,N ,若直线MN 与x 轴、y 轴分别交于点A ,B ,则△OAB 面积的最小值为________.5、(2020江苏泰州高三)椭圆两焦点分别为F 1(-4,0),F 2(4,0),P 为椭圆上的动点,直线PF 2与椭圆的交点为Q ,若△PF 1Q 面积的最大值为15,则该椭圆的标准方程为________.6、(2020江苏通州高三)如图所示,点A (1,3)为椭圆x 22+y 2n =1上一定点,过点A 引两直线与椭圆分别交于B ,C 两点. (1)求椭圆的标准方程;(2)若直线AB ,AC 与x 轴围成的是以点A 为顶点的等腰三角形. ①求直线BC 的斜率;②求△ABC 的面积的最大值,并求出此时直线BC 的方程.7、(2020江苏扬州高三)如图所示,在平面直角坐标系xOy 中,椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的左顶点为A ,与x 轴平行的直线与椭圆E 交于B ,C 两点,过B ,C 两点且分别与直线AB ,AC 垂直的直线相交于点D .已知椭圆E 的离心率为53,右焦点到右准线的距离为455. (1)求椭圆E 的标准方程;(2)证明点D 在一条定直线上运动,并求出该直线的方程; (3)求△BCD 面积的最大值.8、(2020江苏徐州高三)已知点A (0,-2),椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为32,F 是椭圆E 的右焦点,直线AF 的斜率为233,O 为坐标原点.如图37­6所示.(1)求E 的方程;(2)设过点A 的直线l 与E 相交于P ,Q 两点,当△OPQ 的面积最大时, 求l 的方程.9、(2020江苏南京高三)如图所示,已知椭圆C :x 22+y 2=1,设A 1,A 2分别为椭圆C 的左、右顶点,S 为直线x =22上一动点(不在x 轴上),直线A 1S 交椭圆C 于点M ,直线A 2S 交椭圆于点N ,设S 1,S 2分别为△A 1SA 2,△MSN 的面积,求S 1S 2的最大值.10、(2020江苏苏州高三)设椭圆E :x 216+y 24=1,P 为椭圆C :x 24+y 2=1上任意一点,过点P 的直线y =kx+m 交椭圆E 于A ,B 两点,射线PO 交椭圆E 于点Q .如图所示.(1)求OQOP的值;(2)求△ABQ 面积的最大值.。

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