已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0) \dfrac {x^{2}}{a^{2}}+ \dfrac {y^{2}}{b^{2}}=1(a > b > 0)的左、右焦点分别为F1(−c,0)F_{1}(-c,0),F2(c,0)F_{2}(c,0),若椭圆上存在点PP使asin⁡∠PF1F2=csin⁡∠PF2F1 \dfrac {a}{\sin \angle PF_{1}F_{2}}= \dfrac {c}{\sin \angle PF_{2}F_{1}},则该椭圆的离心率的取值范围为()()
A. (0,2−1)(0, \sqrt {2}-1)
B. (22,1)( \dfrac { \sqrt {2}}{2},1)
C. (0,22)(0, \dfrac { \sqrt {2}}{2})
D. (2−1,1)( \sqrt {2}-1,1)

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完整解法

1. 利用正弦定理转化已知角的关系为焦半径的关系

在 △PF1F2\triangle PF_1F_2 中,由正弦定理得:
PF2sin⁡∠PF1F2=PF1sin⁡∠PF2F1\dfrac{PF_2}{\sin \angle PF_1F_2} = \dfrac{PF_1}{\sin \angle PF_2F_1}
即 sin⁡∠PF2F1sin⁡∠PF1F2=PF1PF2\dfrac{\sin \angle PF_2F_1}{\sin \angle PF_1F_2} = \dfrac{PF_1}{PF_2}。
已知 asin⁡∠PF1F2=csin⁡∠PF2F1\dfrac{a}{\sin \angle PF_1F_2} = \dfrac{c}{\sin \angle PF_2F_1},可得:
sin⁡∠PF2F1sin⁡∠PF1F2=ca=e\dfrac{\sin \angle PF_2F_1}{\sin \angle PF_1F_2} = \dfrac{c}{a} = e
因此,有 PF1=e⋅PF2PF_1 = e \cdot PF_2。

2. 结合椭圆定义与焦半径公式表示点 $P$ 的横坐标 $x_P$

由椭圆定义知 PF1+PF2=2aPF_1 + PF_2 = 2a,将 PF1=e⋅PF2PF_1 = e \cdot PF_2 代入得:
(e+1)PF2=2a  ⟹  PF2=2a1+e(e + 1) PF_2 = 2a \implies PF_2 = \dfrac{2a}{1+e}
设 P(xP,yP)P(x_P, y_P),根据椭圆的焦半径公式,有 PF2=a−exPPF_2 = a - e x_P。
得:
a−exP=2a1+e  ⟹  exP=a−2a1+e=a(e−1)1+ea - e x_P = \dfrac{2a}{1+e} \implies e x_P = a - \dfrac{2a}{1+e} = \dfrac{a(e-1)}{1+e}
解得 xP=a(e−1)e(1+e)x_P = \dfrac{a(e-1)}{e(1+e)}。

3. 根据点 $P$ 的存在条件建立不等式并求解离心率范围

因为存在点 PP 构成 △PF1F2\triangle PF_1F_2,所以点 PP 不能是椭圆的长轴端点,即 yP≠0y_P \neq 0,从而 −a<xP<a-a < x_P < a。
把 xP=a(e−1)e(1+e)x_P = \dfrac{a(e-1)}{e(1+e)} 代入 −a<xP<a-a < x_P < a:

  1. a(e−1)e(1+e)<a  ⟹  e−1e(1+e)<1  ⟹  e−1<e2+e  ⟹  e2+1>0\dfrac{a(e-1)}{e(1+e)} < a \implies \dfrac{e-1}{e(1+e)} < 1 \implies e-1 < e^2+e \implies e^2+1 > 0,此式对任意 e∈(0,1)e \in (0, 1) 恒成立;
  2. a(e−1)e(1+e)>−a  ⟹  e−1e(1+e)>−1  ⟹  e−1>−e2−e  ⟹  e2+2e−1>0\dfrac{a(e-1)}{e(1+e)} > -a \implies \dfrac{e-1}{e(1+e)} > -1 \implies e-1 > -e^2-e \implies e^2+2e-1 > 0。
    解方程 e2+2e−1=0e^2+2e-1 = 0 得正根 e=2−1e = \sqrt{2}-1。
    因为 e>0e>0,所以 e2+2e−1>0e^2+2e-1 > 0 的解为 e>2−1e > \sqrt{2}-1。
    结合椭圆的离心率范围 e∈(0,1)e \in (0, 1),可得 e∈(2−1,1)e \in (\sqrt{2}-1, 1)。

故正确选项为 D。

答案

D

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