已知椭圆CC:x2a2+y2b2=1(a>b>0)\dfrac{{x}^{2}}{{a}^{2}}+\dfrac{{y}^{2}}{{b}^{2}}=1(a>b>0)的左、右顶点分别为AA,BB,∣AB∣=4|AB|=4,离心率为22.(Ⅰ)\dfrac{\sqrt{2}}{2}.(Ⅰ)求椭圆的方程; (Ⅱ)(Ⅱ)设点DD为线段ABAB上的动点,过DD作线段ABAB的垂线交椭圆CC于不同的两点EE和FF,NN为线段AEAE上一点,∣AN∣=λ∣AE∣.|AN|=λ|AE|.是否存在实数λλ,使得∠NDE=∠DBF∠NDE=∠DBF?若存在,求出λλ的值;若不存在,请说明理由.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 根据椭圆的顶点求出长半轴 $a$ 的值

由已知椭圆的左、右顶点分别为 A,BA, B,且 ∣AB∣=4|AB| = 4,得 2a=42a = 4,所以 a=2a = 2.

2. 利用离心率求出 $c$,进而求出 $b^2$,并写出椭圆方程

因为离心率 e=ca=22e = \dfrac{c}{a} = \dfrac{\sqrt{2}}{2},且 a=2a = 2,所以 c=2c = \sqrt{2}.
由 b2=a2−c2b^2 = a^2 - c^2 得,b2=4−2=2b^2 = 4 - 2 = 2.
所以椭圆 CC 的方程为 x24+y22=1\dfrac{x^2}{4} + \dfrac{y^2}{2} = 1.

答案

x24+y22=1\dfrac{x^2}{4} + \dfrac{y^2}{2} = 1

(Ⅱ)

1. 设出相关点的坐标并用向量共线表示点 $N$ 的坐标

由 (Ⅰ) 可得 A(−2,0),B(2,0)A(-2, 0), B(2, 0).
设 E(m,n)E(m, n),则 F(m,−n)F(m, -n),其中 −2<m<2-2 < m < 2,且满足 m24+n22=1\dfrac{m^2}{4} + \dfrac{n^2}{2} = 1,即 4−m2=2n24 - m^2 = 2n^2.
由于 NN 在线段 AEAE 上,且 ∣AN∣=λ∣AE∣|AN| = \lambda |AE|,故 AN→=λAE→\overrightarrow{AN} = \lambda \overrightarrow{AE},其中 0<λ<10 < \lambda < 1.
因为 AE→=(m+2,n)\overrightarrow{AE} = (m+2, n),所以 AN→=(λ(m+2),λn)\overrightarrow{AN} = (\lambda(m+2), \lambda n).
设 N(xN,yN)N(x_N, y_N),则有 xN+2=λ(m+2)x_N + 2 = \lambda(m+2),yN=λny_N = \lambda n,
可得 N(λm+2λ−2,λn)N(\lambda m + 2\lambda - 2, \lambda n).

2. 利用直角三角形的性质表示角相等的正切值等式

因为 EF⊥ABEF \perp AB,定点为 D(m,0)D(m, 0),
所以 DE⊥ABDE \perp AB,DF⊥ABDF \perp AB.
在直角三角形 BDFBDF 中,tan⁡∠DBF=∣DF∣∣DB∣=∣−n∣2−m=∣n∣2−m\tan \angle DBF = \dfrac{|DF|}{|DB|} = \dfrac{|-n|}{2-m} = \dfrac{|n|}{2-m}.
过 NN 作 NP⊥DENP \perp DE 于 PP,则 P(m,λn)P(m, \lambda n).
在直角三角形 NPDNPD 中,tan⁡∠NDE=∣NP∣∣DP∣=∣(1−λ)(m+2)∣∣λn∣=(1−λ)(m+2)λ∣n∣\tan \angle NDE = \dfrac{|NP|}{|DP|} = \dfrac{|(1-\lambda)(m+2)|}{|\lambda n|} = \dfrac{(1-\lambda)(m+2)}{\lambda |n|}.
若 ∠NDE=∠DBF\angle NDE = \angle DBF,则有 tan⁡∠NDE=tan⁡∠DBF\tan \angle NDE = \tan \angle DBF,
即 (1−λ)(m+2)λ∣n∣=∣n∣2−m\dfrac{(1-\lambda)(m+2)}{\lambda |n|} = \dfrac{|n|}{2-m}.

3. 化简等式并结合椭圆方程求出 $\lambda$ 的值

将等式变形得:
1−λλ=n2(m+2)(2−m)=n24−m2.\dfrac{1-\lambda}{\lambda} = \dfrac{n^2}{(m+2)(2-m)} = \dfrac{n^2}{4-m^2}.
因为 E(m,n)E(m, n) 在椭圆上,所以 4−m2=2n24-m^2 = 2n^2,代入上式得:
1−λλ=n22n2=12.\dfrac{1-\lambda}{\lambda} = \dfrac{n^2}{2n^2} = \dfrac{1}{2}.
解得 λ=23\lambda = \dfrac{2}{3}.
由于 0<λ<10 < \lambda < 1,故 λ=23\lambda = \dfrac{2}{3} 符合题意。
所以存在实数 λ=23\lambda = \dfrac{2}{3},使得 ∠NDE=∠DBF\angle NDE = \angle DBF.

答案

存在实数 λ=23\lambda = \dfrac{2}{3},使得 ∠NDE=∠DBF\angle NDE = \angle DBF.

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