已知过点的曲线的方程为求曲线的标准方程; 已知点,为直线上任意一点,过作的垂线交曲线于点,证明:平分线段其中为坐标原点; 求最大值.
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完整解法
(Ⅰ)
1. 代入已知点 $P$ 的坐标求出 $a$ 的值
将点 的坐标代入曲线 的方程 中:
解得 。
2. 求出 $b^2$ 并写出曲线 $C$ 的标准方程
由方程结构可知,曲线 为以 为焦点的椭圆,半焦距 。
又 ,因此 。
故曲线 的标准方程为:
答案
曲线 的标准方程为 。
(Ⅱ)(ⅰ)
1. 设出直线 $BD$ 的方程并求得点 $A$ 的坐标与直线 $OA$ 的方程
因为 ,设直线 的方程为 。
又点 在直线 上,设 。
由 ,得 与直线 的方向向量 垂直,
所以 。
故 ,直线 的斜率为 。
2. 将直线与椭圆方程联立,用韦达定理求线段 $BD$ 的中点坐标
将 代入椭圆方程 得:
设 ,由韦达定理得:
设线段 的中点为 ,则:
3. 证明 $O, M, A$ 三点共线,推出 $OA$ 平分线段 $BD$
计算原点 与中点 连线的斜率:
因为 ,所以 三点共线。
即直线 经过线段 的中点 ,故 平分线段 。
答案
证明见解析,已证得 平分线段 。
(Ⅱ)(ⅱ)
1. 利用距离公式与弦长公式表示 $|AF|$ 和 $|BD|$ 的长度
由 和 ,得:
由上一问的一元二次方程 ,判别式为:
由弦长公式得:
2. 表示比值,通过换元与单调性分析求最大值
计算比值:
令 ,则 ,故 。
代入上式得:
设函数 (),求导得 。
当 时,,故 在 上单调递增。
因此 (当且仅当 ,即 时取得最小值)。
所以:
即 的最大值为 。
答案
的最大值为 。
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