1. 确定双曲线和椭圆的焦点参数
由双曲线 C2:x2−3y2=1 的方程可知:
a22=1,b22=3,其半焦距为 c=a22+b22=1+3=2。
因为椭圆 C1 与双曲线 C2 有共同的焦点 F1,F2,所以椭圆的半焦距 c=2。
由椭圆性质得 b2=a2−c2=a2−4(其中 a>2)。
2. 联立方程组求交点 $P$ 的坐标关系
设交点 P(x0,y0) 在第一象限(即 x0>0,y0>0),联立 C1 与 C2 的方程:
⎩⎨⎧a2x02+b2y02=1x02−3y02=1
由双曲线方程得 y02=3(x02−1),代入椭圆方程得:
a2x02+a2−43(x02−1)=1
整理得:
x02(a21+a2−43)=1+a2−43
x02⋅a2(a2−4)4(a2−1)=a2−4a2−1
因为 a>2,可化简得:
x02=4a2,y02=43(a2−4)
3. 利用 $\angle F_1PF_2$ 为锐角确定离心率的上限
在 △F1PF2 中,若 ∠F1PF2 是锐角,则 cos∠F1PF2>0,即 PF1⋅PF2>0。
已知 F1(−2,0),F2(2,0),则:
PF1⋅PF2=(−2−x0)(2−x0)+(−y0)(−y0)=x02+y02−4>0
即 x02+y02>4。
代入 x02,y02 的表达式得:
4a2+43(a2−4)>4⟹a2−3>4⟹a2>7
因为 a>0,所以 a>7。
则椭圆的离心率 e=ac=a2<72=727。
4. 利用其余两角为锐角确定离心率的下限并求出最终范围
由于点 P(x0,y0) 在第一象限,显然 ∠PF1F2 为锐角。
要使 ∠PF2F1 为锐角,点 P 的横坐标 x0 必须满足 0<x0<c,即 x0<2。
代入 x0=2a 得:
2a<2⟹a<4
因此 e=ac=a2>42=21。
综上所述,椭圆离心率 e 的取值范围是 (21,727)。
故选 C。