已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)C: \dfrac {x^{2}}{a^{2}}+ \dfrac {y^{2}}{b^{2}}=1(a > b > 0)的左焦点F(−2,0)F(-2,0)左顶点A1(−4,0)A_{1}(-4,0). ((Ⅰ))求椭圆CC的方程; ((Ⅱ))已知P(2,3)P(2,3),Q(2,−3)Q(2,-3)是椭圆上的两点,AA,BB是椭圆上位于直线PQPQ两侧的动点.若∠APQ=∠BPQ∠APQ=∠BPQ,试问直线ABAB的斜率是否为定值?请说明理由.

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完整解法

(Ⅰ)

1. 确定椭圆的参数 $a$ 和 $c$

由题意,椭圆的左焦点为 F(−2,0)F(-2,0),左顶点为 A1(−4,0)A_{1}(-4,0),
因此,可得:
c=2c = 2, a=4a = 4

2. 求出 $b^2$ 并写出椭圆的标准方程

根据椭圆中 a2=b2+c2a^2 = b^2 + c^2 的关系,可得:
b2=a2−c2=42−22=12b^{2} = a^{2} - c^{2} = 4^{2} - 2^{2} = 12
所以椭圆 CC 的方程为:
x216+y212=1\dfrac{x^{2}}{16}+ \dfrac{y^{2}}{12}=1

答案

x216+y212=1\dfrac{x^{2}}{16}+ \dfrac{y^{2}}{12}=1

(Ⅱ)

1. 转化角相等条件为斜率关系

由于 P(2,3)P(2,3), Q(2,−3)Q(2,-3) 的横坐标均为 22,所以直线 PQPQ 垂直于 xx 轴。
因为 AA,BB 位于直线 PQPQ 的两侧,且 ∠APQ=∠BPQ\angle APQ = \angle BPQ,
所以直线 PAPA 与 PBPB 的倾斜角互补,其斜率之和为 00。
设直线 PAPA 的斜率为 kk (k≠0k \neq 0),则直线 PBPB 的斜率为 −k-k。

2. 联立直线与椭圆方程并消元

设 A(x1,y1)A(x_1, y_1), B(x2,y2)B(x_2, y_2),
直线 PAPA 的方程为:y−3=k(x−2)y - 3 = k(x - 2),即 y=k(x−2)+3y = k(x-2)+3。
联立直线 PAPA 方程与椭圆方程:
{y=k(x−2)+33x2+4y2=48\begin{cases} y = k(x-2)+3 \\ 3x^2 + 4y^2 = 48 \end{cases}
消去 yy 整理得:
(3+4k2)x2+8(3k−2k2)x+16k2−48k−12=0(3+4k^2)x^2 + 8(3k-2k^2)x + 16k^2-48k-12 = 0

3. 利用韦达定理求得 $x_1$ 表达式

由于点 P(2,3)P(2,3) 在椭圆上,所以 x=2x=2 是上述二次方程的一个实数根。
由根与系数的关系可得:
2+x1=16k2−24k3+4k22 + x_1 = \dfrac{16k^2 - 24k}{3+4k^2}
解得:
x1=8k2−24k−63+4k2x_1 = \dfrac{8k^2 - 24k - 6}{3+4k^2}

4. 利用对称性求得 $x_2$ 并计算两根的和与差

同理,用 −k-k 代替 kk,可得 BB 的横坐标:
x2=8k2+24k−63+4k2x_2 = \dfrac{8k^2 + 24k - 6}{3+4k^2}
由此计算可得:
x1+x2=16k2−123+4k2x_1 + x_2 = \dfrac{16k^2 - 12}{3+4k^2}
x1−x2=−48k3+4k2x_1 - x_2 = \dfrac{-48k}{3+4k^2}

5. 计算 $AB$ 的斜率并求出定值

由于点 AA 在直线 PAPA 上,点 BB 在直线 PBPB 上,有:
y1=k(x1−2)+3y_1 = k(x_1-2)+3, y2=−k(x2−2)+3y_2 = -k(x_2-2)+3
所以:
y1−y2=k(x1−2)+k(x2−2)=k(x1+x2−4)y_1 - y_2 = k(x_1-2) + k(x_2-2) = k(x_1+x_2-4)
将 x1+x2=16k2−123+4k2x_1+x_2 = \dfrac{16k^2-12}{3+4k^2} 代入上式得:
x1+x2−4=16k2−12−4(3+4k2)3+4k2=−243+4k2x_1+x_2-4 = \dfrac{16k^2-12 - 4(3+4k^2)}{3+4k^2} = \dfrac{-24}{3+4k^2}
故 y1−y2=−24k3+4k2y_1-y_2 = \dfrac{-24k}{3+4k^2}
从而,直线 ABAB 的斜率为:
kAB=y1−y2x1−x2=−24k3+4k2−48k3+4k2=12k_{AB} = \dfrac{y_1-y_2}{x_1-x_2} = \dfrac{\dfrac{-24k}{3+4k^2}}{\dfrac{-48k}{3+4k^2}} = \dfrac{1}{2}
因此,直线 ABAB 的斜率为定值,其定值为 12\dfrac{1}{2}。

答案

直线 ABAB 的斜率是定值,定值为 12\dfrac{1}{2}

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