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)的左焦点为F(−2,0)F(-2,0),离心率为63 \dfrac { \sqrt {6}}{3}. ((Ⅰ))求椭圆CC的标准方程; ((Ⅱ))设OO为坐标原点,TT为直线x=−3x=-3上一点,过FF作TFTF的垂线交椭圆于PP、QQ,当四边形OPTQOPTQ是平行四边形时,求四边形OPTQOPTQ的面积.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 由已知椭圆的左焦点和离心率建立 $a, b, c$ 的方程组

由题意,椭圆的左焦点为 F(−2,0)F(-2,0),所以焦距半长 c=2c=2。
又离心率 e=ca=63e = \dfrac{c}{a} = \dfrac{\sqrt{6}}{3},
所以 2a=63\dfrac{2}{a} = \dfrac{\sqrt{6}}{3},解得 a=6a = \sqrt{6}。

2. 计算 $b^2$ 并写出椭圆的标准方程

由关系式 a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2,可得 b2=a2−c2=6−4=2b^2 = a^2 - c^2 = 6 - 4 = 2。
因为焦点在 xx 轴上,所以椭圆 CC 的标准方程为 x26+y22=1\dfrac{x^2}{6} + \dfrac{y^2}{2} = 1。

答案

x26+y22=1\dfrac{x^2}{6} + \dfrac{y^2}{2} = 1

(Ⅱ)

1. 设出点 $T$ 的坐标并表示直线 $PQ$ 的方程

由 (Ⅰ) 可得 F(−2,0)F(-2,0)。
设 T(−3,m)T(-3, m),则直线 TFTF 的斜率为 kTF=m−0−3−(−2)=−mk_{TF} = \dfrac{m - 0}{-3 - (-2)} = -m。
因为 TF⊥PQTF \perp PQ,且直线 PQPQ 过点 F(−2,0)F(-2,0),所以可设直线 PQPQ 的方程为 x=my−2x = my - 2(此方程在 m=0m=0 时表示垂直于 xx 轴的直线,同样适用)。

2. 联立直线与椭圆方程并写出根与系数的关系

将直线 x=my−2x = my - 2 代入椭圆方程 x2+3y2=6x^2 + 3y^2 = 6,整理可得:
(m2+3)y2−4my−2=0(m^2 + 3)y^2 - 4my - 2 = 0。
显然 Δ=16m2−4(m2+3)(−2)=24m2+24>0\Delta = 16m^2 - 4(m^2+3)(-2) = 24m^2 + 24 > 0 恒成立。
设 P(x1,y1)P(x_1, y_1),Q(x2,y2)Q(x_2, y_2),由韦达定理得:
y1+y2=4mm2+3y_1 + y_2 = \dfrac{4m}{m^2 + 3},y1y2=−2m2+3y_1 y_2 = \dfrac{-2}{m^2 + 3}。
从而可以计算:
x1+x2=m(y1+y2)−4=−12m2+3x_1 + x_2 = m(y_1 + y_2) - 4 = \dfrac{-12}{m^2 + 3}。

3. 利用平行四边形性质确定 $m$ 的值

因为四边形 OPTQOPTQ 是平行四边形(顶点顺序为 O,P,T,QO, P, T, Q),根据平行四边形的向量相加性质:
OP→+OQ→=OT→\overrightarrow{OP} + \overrightarrow{OQ} = \overrightarrow{OT},
所以 (x1+x2,y1+y2)=(−3,m)(x_1 + x_2, y_1 + y_2) = (-3, m)。
由 x1+x2=−12m2+3=−3x_1 + x_2 = \dfrac{-12}{m^2 + 3} = -3,解得 m2=1m^2 = 1,即 m=±1m = \pm 1。
此时验证 y1+y2=4mm2+3=±44=±1=my_1 + y_2 = \dfrac{4m}{m^2+3} = \dfrac{\pm 4}{4} = \pm 1 = m 成立。
因此 m=±1m = \pm 1。

4. 计算平行四边形 $OPTQ$ 的面积

平行四边形 OPTQOPTQ 的面积可由顶点坐标行列式公式给出:
S=∣x1y2−x2y1∣S = |x_1 y_2 - x_2 y_1|。
将 x1=my1−2x_1 = my_1 - 2,x2=my2−2x_2 = my_2 - 2 代入上式,得:
x1y2−x2y1=(my1−2)y2−(my2−2)y1=2(y1−y2)x_1 y_2 - x_2 y_1 = (my_1 - 2)y_2 - (my_2 - 2)y_1 = 2(y_1 - y_2)。
所以 S=2∣y1−y2∣=2(y1+y2)2−4y1y2S = 2 |y_1 - y_2| = 2 \sqrt{(y_1 + y_2)^2 - 4y_1y_2}。
将 m2=1m^2 = 1 代入,得 y1+y2=±1y_1 + y_2 = \pm 1,y1y2=−12y_1 y_2 = -\dfrac{1}{2}。
故 S=21−4(−12)=23S = 2 \sqrt{1 - 4\left(-\dfrac{1}{2}\right)} = 2 \sqrt{3}。

答案

232\sqrt{3}

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