1. 联立直线与椭圆方程并消元得到一元二次方程
设直线 l 的方程为 y=22x+t。
联立方程组:
⎩⎨⎧y=22x+t4x2+2y2=1
消去 y 并整理得:x2+2tx+t2−2=0。
设 M(x1,y1),N(x2,y2),则由根与系数的关系得:
x1+x2=−2t,x1x2=t2−2。
由于直线与椭圆有两个交点,则判别式 Δ=(2t)2−4(t2−2)=8−2t2>0,即 t2<4。
2. 求弦长 $MN$
弦长 MN=1+k2∣x1−x2∣=1+21(x1+x2)2−4x1x2
=23(−2t)2−4(t2−2)=238−2t2=34−t2。
3. 求点 $A$ 到直线 $l$ 的距离
将直线 l 的方程改写为:2x−2y+2t=0。
点 A(2,1) 到直线 l 的距离为:
d=(2)2+(−2)2∣2⋅2−2⋅1+2t∣=6∣2t∣=32∣t∣。
4. 表示三角形面积并利用基本不等式求最值
△AMN 的面积为:
S=21⋅MN⋅d=21⋅34−t2⋅32∣t∣=22∣t∣4−t2。
由基本不等式得:
t2(4−t2)⩽(2t2+4−t2)2=4,
当且仅当 t2=4−t2,即 t2=2 (t=±2) 时等号成立。
此时面积 S 取得最大值,最大值为 Smax=22⋅2=2。
满足 t2<4,符合题意。
此时直线 l 的方程为 y=22x±2。
答案△AMN 面积的最大值为 2,此时直线 l 的方程为 y=22x±2