1. 联立直线与椭圆方程,求出根与系数的关系及判别式约束
设斜率为 22 的直线 l 的方程为 y=22x+t。
联立直线与椭圆方程:
⎩⎨⎧y=22x+t4x2+2y2=1
消去 y 并整理得:x2+2tx+t2−2=0。
直线 l 与椭圆交于两点 M,N,则判别式满足:
Δ=(2t)2−4(t2−2)=−2t2+8>0⟹t2<4
设 M(x1,y1),N(x2,y2),根据韦达定理:
x1+x2=−2t,x1x2=t2−2
2. 计算弦长 $MN$ 以及点 $A$ 到直线 $l$ 的距离 $d$
弦长 MN 表达式为:
MN=1+k2∣x1−x2∣=1+21(x1+x2)2−4x1x2=238−2t2=34−t2
点 A(2,1) 到直线 l:2x−2y+2t=0 的距离 d 为:
d=(2)2+(−2)2∣2(2)−2(1)+2t∣=6∣2t∣=36∣t∣
3. 写出面积表达式并利用基本不等式求解最大面积及对应的 $t$ 值
面积 S△AMN=21⋅MN⋅d=21⋅34−t2⋅36∣t∣=22∣t∣4−t2。
由基本不等式可得:
∣t∣4−t2=t2(4−t2)⩽2t2+(4−t2)=2
因此 S△AMN⩽22×2=2。
当且仅当 t2=4−t2,即 t2=2(此时满足 t2<4),即 t=±2 时取得等号。
此时 △AMN 面积的最大值为 2,直线 l 的方程为 y=22x±2。
答案△AMN 面积的最大值为 2,此时直线 l 的方程为 y=22x±2