已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)\text{C}:\dfrac{{{x}^{2}}}{{{a}^{2}}}+\dfrac{{{y}^{2}}}{{{b}^{2}}}=1(a>b>0)的右焦点为F(1,0)F(1,0),过原点OO的动直线与椭圆CC交于PP,QQ两点,且△OFP\triangle OFP面积的最大值为12.(1)\dfrac{1}{2}.(1)求椭圆CC的方程; (2)经过点F(1,0)F(1,0)的直线ll,与椭圆CC交于AA,BB两点,四边形OAPBOAPB能否为平行四边形??若能,求此时直线ll的方程,若不能,说明理由.

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完整解法

(1)

1. 确定椭圆的焦距参数 $c$

由已知椭圆的右焦点为 F(1,0)F(1,0),可知半焦距 c=1c=1.

2. 分析三角形面积的最大值并求出 $b$

设动直线与椭圆交于 P,QP, Q 两点。由于 P,QP, Q 关于原点对称,△OFP\triangle OFP 的面积 S=12∣OF∣⋅∣yP∣=12c∣yP∣=12∣yP∣S = \dfrac{1}{2} |OF| \cdot |y_P| = \dfrac{1}{2} c |y_P| = \dfrac{1}{2} |y_P|。
当点 PP 位于椭圆短轴端点时,∣yP∣|y_P| 取得最大值 bb,此时面积最大。
由题意得最大面积为 12b=12\dfrac{1}{2} b = \dfrac{1}{2},解得 b=1b=1.

3. 求出 $a^2$ 并写出椭圆方程

由 a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2,得 a2=12+12=2a^2 = 1^2 + 1^2 = 2。
因为 a>b>0a > b > 0,所以椭圆 CC 的方程为 x22+y2=1\dfrac{x^2}{2}+y^2=1.

答案

椭圆CC的方程为 x22+y2=1\dfrac{x^2}{2}+y^2=1

(2)

1. 讨论直线 $l$ 的斜率并设出直线方程

设 A(x1,y1)A(x_1, y_1),B(x2,y2)B(x_2, y_2),若直线 ll 的斜率为 00,则直线 ll 为 xx 轴,此时 O,A,BO, A, B 三点共线,无法构成四边形。
因此直线 ll 的斜率不为 00,可设直线 ll 的方程为 x=my+1x=my+1.

2. 将直线方程代入椭圆方程并用韦达定理表示坐标和

联立直线与椭圆方程:
{x=my+1x22+y2=1  ⟹  (my+1)2+2y2=2  ⟹  (m2+2)y2+2my−1=0\begin{cases} x = my + 1 \\ \dfrac{x^2}{2} + y^2 = 1 \end{cases} \implies (my+1)^2 + 2y^2 = 2 \implies (m^2+2)y^2 + 2my - 1 = 0
判别式 Δ=4m2−4(m2+2)(−1)=8m2+8>0\Delta = 4m^2 - 4(m^2+2)(-1) = 8m^2+8 > 0 恒成立。
根据韦达定理:
y1+y2=−2mm2+2y_1 + y_2 = -\dfrac{2m}{m^2+2}
则 x1+x2=m(y1+y2)+2=−2m2m2+2+2=4m2+2x_1 + x_2 = m(y_1 + y_2) + 2 = -\dfrac{2m^2}{m^2+2} + 2 = \dfrac{4}{m^2+2}.

3. 利用平行四边形条件表示点 $P$ 坐标

若四边形 OAPBOAPB 为平行四边形,则由向量加法的平行四边形法则可知,对角线互相平分,即 OP→=OA→+OB→\overrightarrow{OP} = \overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB}。
设 P(x0,y0)P(x_0, y_0),则:
x0=x1+x2=4m2+2x_0 = x_1 + x_2 = \dfrac{4}{m^2+2}
y0=y1+y2=−2mm2+2y_0 = y_1 + y_2 = -\dfrac{2m}{m^2+2}

4. 由点 $P$ 在椭圆上建立关于 $m$ 的方程并求解

由于点 P(x0,y0)P(x_0, y_0) 在椭圆 CC 上,其坐标满足椭圆方程:
x022+y02=1  ⟹  x02+2y02=2\dfrac{x_0^2}{2} + y_0^2 = 1 \implies x_0^2 + 2y_0^2 = 2
代入 x0,y0x_0, y_0 的表达式得:
(4m2+2)2+2(−2mm2+2)2=2\left(\dfrac{4}{m^2+2}\right)^2 + 2\left(-\dfrac{2m}{m^2+2}\right)^2 = 2
16+8m2(m2+2)2=2  ⟹  8(m2+2)(m2+2)2=2  ⟹  8m2+2=2\dfrac{16 + 8m^2}{(m^2+2)^2} = 2 \implies \dfrac{8(m^2+2)}{(m^2+2)^2} = 2 \implies \dfrac{8}{m^2+2} = 2
解得 m2+2=4  ⟹  m2=2  ⟹  m=±2m^2+2 = 4 \implies m^2 = 2 \implies m = \pm\sqrt{2}。

5. 得出结论并写出直线方程

由于存在实数 m=±2m = \pm\sqrt{2},所以四边形 OAPBOAPB 能为平行四边形。
此时直线 ll 的方程为 x−2y−1=0x - \sqrt{2}y - 1 = 0 或 x+2y−1=0x + \sqrt{2}y - 1 = 0.

答案

四边形OAPBOAPB能为平行四边形,此时直线ll的方程为x−2y−1=0x-\sqrt{2}y-1=0或x+2y−1=0x+\sqrt{2}y-1=0

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