黄金比例被公认为是最具美感的比例,其值为K=5−12.K=\dfrac{\sqrt{5}-1}{2}.已知椭圆E:x2a2+y2b2=1(a>b>0)E:\dfrac{x^{2}}{a^{2}}+\dfrac{y^{2}}{b^{2}}=1(a>b>0)的离心率e=Ke=K,设坐标原点为OO,椭圆的右焦点为FF,左顶点为AA,下顶点为BB,过点FF且垂直于xx轴的直线交椭圆于点PP和QQ,则()(\quad)
A. b2a2=K2\dfrac{b^{2}}{a^{2}}=\dfrac{K}{2}
B. b2=acb^{2}=ac
C. ∠ABF>90°∠ABF>90°
D. ∠POQ=90°∠POQ=90°

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完整解法

1. 分析选项 A,求出 $\dfrac{b^2}{a^2}$ 与黄金比例 $K$ 的关系

由题意,椭圆的离心率 e=ca=K=5−12e = \dfrac{c}{a} = K = \dfrac{\sqrt{5}-1}{2},且 KK 满足 K2+K−1=0K^2 + K - 1 = 0,即 K2=1−KK^2 = 1 - K.
在椭圆中有 a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2,因此离心率平方为:
e2=c2a2=a2−b2a2=1−b2a2e^2 = \dfrac{c^2}{a^2} = \dfrac{a^2 - b^2}{a^2} = 1 - \dfrac{b^2}{a^2}
因为 e=Ke = K,所以有:
1−b2a2=K2=1−K1 - \dfrac{b^2}{a^2} = K^2 = 1 - K
从而解得 b2a2=K\dfrac{b^2}{a^2} = K.
因此选项 A 错误.

2. 分析选项 B,求 $b^2$ 与 $ac$ 的关系

由第 1 步可知,b2a2=K\dfrac{b^2}{a^2} = K.
又因为离心率 e=ca=Ke = \dfrac{c}{a} = K,所以有:
b2a2=ca\dfrac{b^2}{a^2} = \dfrac{c}{a}
两边同乘以 a2a^2,得:
b2=acb^2 = ac
因此选项 B 正确.

3. 分析选项 C,计算 $∠ABF$ 的度数

建立平面直角坐标系,左顶点为 A(−a,0)A(-a, 0),下顶点为 B(0,−b)B(0, -b),右焦点为 F(c,0)F(c, 0).
则有:
BA→=(−a,b),BF→=(c,b)\overrightarrow{BA} = (-a, b), \quad \overrightarrow{BF} = (c, b)
计算它们的数量积为:
BA→⋅BF→=−ac+b2\overrightarrow{BA} \cdot \overrightarrow{BF} = -ac + b^2
由第 2 步中已求得的结论 b2=acb^2 = ac,代入可得:
BA→⋅BF→=−ac+ac=0\overrightarrow{BA} \cdot \overrightarrow{BF} = -ac + ac = 0
因此 BA→⊥BF→\overrightarrow{BA} \perp \overrightarrow{BF},即 ∠ABF=90∘∠ABF = 90^\circ.
所以选项 C 错误.

4. 分析选项 D,计算 $∠POQ$ 的度数

过右焦点 F(c,0)F(c, 0) 且垂直于 xx 轴的直线方程为 x=cx = c.
将其代入椭圆方程 x2a2+y2b2=1\dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1,可得:
c2a2+y2b2=1⇒y2=b2(1−c2a2)=b4a2\dfrac{c^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1 \Rightarrow y^2 = b^2 \left(1 - \dfrac{c^2}{a^2}\right) = \dfrac{b^4}{a^2}
所以交点 PP 和 QQ 的坐标分别为 (c,b2a)\left(c, \dfrac{b^2}{a}\right) 和 (c,−b2a)\left(c, -\dfrac{b^2}{a}\right).
计算向量 OP→\overrightarrow{OP} 与 OQ→\overrightarrow{OQ} 的数量积为:
OP→⋅OQ→=c2−b4a2\overrightarrow{OP} \cdot \overrightarrow{OQ} = c^2 - \dfrac{b^4}{a^2}
由第 2 步已知 b2=acb^2 = ac,所以 b4a2=(ac)2a2=c2\dfrac{b^4}{a^2} = \dfrac{(ac)^2}{a^2} = c^2.
代入可得:
OP→⋅OQ→=c2−c2=0\overrightarrow{OP} \cdot \overrightarrow{OQ} = c^2 - c^2 = 0
因此 OP→⊥OQ→\overrightarrow{OP} \perp \overrightarrow{OQ},即 ∠POQ=90∘∠POQ = 90^\circ.
所以选项 D 正确.

答案

BD

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