已知椭圆 $\dfrac{x^2}2+y^2=1$ 上两个不同的点 $A$,$B$ 关于直线 $y=mx+\dfrac 12$ 对称.
【难度】
【出处】
【标注】
  1. 求实数 $m$ 的取值范围;
    标注
    答案
    $m<-\dfrac{\sqrt 6}3$ 或 $m>\dfrac{\sqrt 6}3$.
    解析
    这是一道对称问题,关键是要利用中点坐标和垂直来表达对称的条件.由题意知 $m\neq 0$,可设直线 $AB$ 的方程为 $y=-\dfrac 1mx+b$,并设 $A\left(x_1,y_1\right)$,$B\left(x_2,y_2\right)$.
    由 $\begin{cases}
    \dfrac{x^2}2+y^2=1,\\
    y=-\dfrac 1mx+b
    \end{cases}$ 消去 $y$,得\[\left(\dfrac 12+\dfrac 1{m^2}\right)x^2-\dfrac{2b}mx+b^2-1=0.\]因为直线 $y=-\dfrac 1mx+b$ 与椭圆 $\dfrac{x^2}2+y^2=1$ 有两个不同的交点,所以\[\Delta=-2b^2+2+\dfrac 4{m^2}>0, \quad \cdots \cdots ① \]且有\[\begin{cases}x_1+x_2=-\dfrac{-\frac{2b}m}{\frac 12+\frac 1{m^2}}=\dfrac{4mb}{m^2+2},\\x_1x_2=\dfrac{b^2-1}{\frac 12+\frac 1{m^2}}=\dfrac{2m^2\left(b^2-1\right)}{m^2+2}.\end{cases}\]于是 $AB$ 中点的横坐标为 $\dfrac{x_1+x_2}2=\dfrac{2mb}{m^2+2}$,代入直线 $y=-\dfrac 1mx+b$ 可得其纵坐标为 $\dfrac{m^2b}{m^2+2}$.
    将线段 $AB$ 中点 $M\left(\dfrac{2mb}{m^2+2},\dfrac{m^2b}{m^2+2}\right)$代入直线方程 $y=mx+\dfrac 12$ 解得\[b=-\dfrac{m^2+2}{2m^2}, \quad \cdots \cdots ② \]把 $ ② $ 代入 $ ① $,可解得 $m<-\dfrac{\sqrt 6}3$ 或 $m>\dfrac{\sqrt 6}3$.
  2. 求 $\triangle AOB$ 面积的最大值($O$ 为坐标原点).
    标注
    答案
    $\dfrac{\sqrt 2}2$.
    解析
    三角形的面积,利用弦长公式和点到直线的距离公式表达即可.令 $t=\dfrac 1m\in\left(-\dfrac{\sqrt 6}2,0\right)\cup \left(0,\dfrac{\sqrt 6}2\right)$,则由弦长公式可得\[{\left|{AB}\right|}=\sqrt{t^2+1}\cdot \dfrac{\sqrt{-2t^4+2t^2+\frac 32}}{t^2+\frac 12},\]$O$ 到直线 $AB$ 的距离为 $d=\dfrac{t^2+\frac 12}{\sqrt{t^2+1}}$.
    设 $\triangle AOB$ 的面积为 $S\left(t\right)$,所以\[S\left(t\right)=\dfrac 12 {\left|{AB}\right|}\cdot d=\dfrac 12\sqrt{-2\left(t^2-\dfrac 12\right)^2+2}\leqslant \dfrac{\sqrt 2}2,\]当且仅当 $t^2=\dfrac 12$ 时,等号成立.
    故 $\triangle AOB$ 面积的最大值为 $\dfrac{\sqrt 2}2$.
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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