1. 设出相关量,根据圆锥曲线定义表示焦半径关系
设椭圆的长半轴为 a,双曲线的实半轴为 a1(其中 a>a1),半焦距为 c。
记 MF1=r1,MF2=r2,焦距 F1F2=2c。
由椭圆的定义可知:r1+r2=2a;
由双曲线的定义及对称性可知:∣r1−r2∣=2a1。
2. 利用余弦定理建立焦半径与焦距的几何关系
在 △F1MF2 中,已知 ∠F1MF2=3π。
由余弦定理得:
∣F1F2∣2=r12+r22−2r1r2cos3π
即:
4c2=r12+r22−r1r2①
3. 联立几何关系与椭圆、双曲线方程特征,求出离心率倒数的关系式
将椭圆定义式 (r1+r2)2=4a2 展开,得 r12+r22=4a2−2r1r2。代入①中得:
4c2=4a2−3r1r2⟹4c23r1r2=c2a2−1=e121−1②
将双曲线定义式 (r1−r2)2=4a12 展开,得 r12+r22=4a12+2r1r2。代入①中得:
4c2=4a12+r1r2⟹4c2r1r2=1−c2a12=1−e221③
联立②③两式,消去 4c2r1r2,得:
31(e121−1)=1−e221⟹e121+e223=4
4. 利用不等式求解离心率倒数之和的最大值
令 x=e11,y=e21。因为 e1∈(0,1),e2>1,所以 x>1,0<y<1。
已知 x2+3y2=4,求 x+y 的最大值。
根据柯西不等式:
(x+y)2=(1⋅x+31⋅3y)2≤(12+(31)2)(x2+3y2)
(x+y)2≤(1+31)⋅4=316
因此,x+y≤343
等号成立条件为 1x=1/33y⟹x=3y。
代入 x2+3y2=4 得 12y2=4⟹y=33∈(0,1),此时 x=3>1,符合题意。
所以椭圆和双曲线的离心率的倒数之和的最大值为 343。