已知椭圆 $C:9x^2+y^2=m^2\left(m>0\right)$,直线 $l$ 不过原点 $O$ 且不平行于坐标轴,$l$ 与 $C$ 有两个交点 $A$,$B$,线段 $AB$ 的中点为 $M$.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 证明:直线 $OM$ 的斜率与 $l$ 的斜率的乘积为定值;
    标注
    答案
    解析
    有关弦的中点问题,设出弦的两个端点的坐标,利用点差法可得直线 $OM$ 的斜率与 $l$ 的斜率的关系.用点差法来证.
    设 $A\left(x_1,y_1\right)$,$B\left(x_2,y_2\right)$,则:
    $ x_M=\dfrac{x_1+x_2}{2} $,$ y_{M}=\dfrac{y_1+y_2}{2} $,所以 $ k_{OM}=\dfrac{y_{M}}{x_{M}}=\dfrac{y_1+y_2}{x_1+x_2} $.
    又\[ \begin{cases}9x_1^2+y_1^2=m^2,\\9x_2^2+y_2^2=m^2,\end{cases}\]两式相减得\[9\left(x_1+x_2\right)\left(x_1-x_2\right)+\left(y_1+y_2\right)\left(y_1-y_2\right)=0, \]即\[ \dfrac{y_1+y_2}{x_1+x_2}\cdot\dfrac{y_1-y_2}{x_1-x_2}=-9. \]所以 $k_{OM}\cdot k_l=-9 $,
    因此原命题得证,且定值为 $-9$.
  2. 若 $l$ 过点 $\left(\dfrac m3,m\right)$,延长线段 $OM$ 与 $C$ 交于点 $P$,四边形 $OAPB$ 能否为平行四边形?若能,求此时 $l$ 的斜率;若不能,说明理由.
    标注
    答案
    四边形 $OAPB$ 能为平行四边形,此时 $l$ 的斜率为 $4\pm\sqrt7$
    解析
    设出中点坐标,以中点坐标为参数驱动图形,再结合第一小题的结论进行消参.假设存在符合题意的平行四边形 $OAPB$,如图.设 $M\left(x_0,y_0\right)$,则 $P\left(2x_0,2y_0\right)$,于是\[ 9x_0^2+y_0^2=\dfrac 14m^2 \quad \cdots \cdots ① . \]此时根据第(1)小题的结论,由斜率公式有\[ \dfrac{m-y_0}{\dfrac m3-x_0}\cdot\dfrac{y_0}{x_0}=-9, \]整理得\[ 3mx_0+my_0=9x_0^2+y_0^2=\dfrac 14m^2, \]即\[ 3x_0+y_0=\dfrac 14m \quad \cdots \cdots ② . \]由方程 ① 与 ② 解得\[ \begin{cases}x_0=\dfrac{m}{24}\left(1+\sqrt 7\right),\\y_0=\dfrac{m}{8}\left(1-\sqrt 7\right),\end{cases} \]或\[ \begin{cases}x_0=\dfrac{m}{24}\left(1-\sqrt 7\right),\\y_0=\dfrac{m}{8}\left(1+\sqrt 7\right),\end{cases} \]所以 $ k_{OM}=\dfrac{y_0}{x_0}=\dfrac{3\left(1-\sqrt7\right)}{1+\sqrt7} $ 或 $ k_{OM}=\dfrac{y_0}{x_0}=\dfrac{3\left(1+\sqrt7\right)}{1-\sqrt7} $,
    于是根据第(1)小题的结论,得直线 $l$ 的斜率为\[ -9\cdot\dfrac{x_0}{y_0}=4+\sqrt 7. \]或\[ -9\cdot\dfrac{x_0}{y_0}=4-\sqrt 7. \]故当直线 $l$ 的斜率为 $4\pm\sqrt7$ 时,四边形 $OAPB$ 为平行四边形.
题目 问题1 答案1 解析1 备注1 问题2 答案2 解析2 备注2
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