已知椭圆 $M:\dfrac{x^2}4+\dfrac{y^2}3=1$,点 $F_1,C$ 分别是椭圆 $M$ 的左焦点、左顶点,过点 $F_1$ 的直线 $l$(不与 $x$ 轴重合)交 $M$ 于 $A,B$ 两点.
【难度】
【出处】
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    解析几何
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    椭圆
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    椭圆的几何量
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    椭圆的基本量
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    解析几何
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    圆锥曲线中的参数取值及范围问题
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    解析几何
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    解析几何中的计算技巧
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    化齐次联立
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    解析几何
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    坐标变换
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    坐标系下的平移变换
  1. 求 $M$ 的离心率及短轴长;
    标注
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      解析几何
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      椭圆
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      椭圆的几何量
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      椭圆的基本量
    答案
    $e=\dfrac 12$,$2b=2\sqrt 3$
    解析
    $e=\dfrac 12$,$2b=2\sqrt 3$.
  2. 是否存在直线 $l$,使得点 $B$ 在以线段 $AC$ 为直径的圆上,若存在,求出直线 $l$ 的方程;若不存在,说明理由.
    标注
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      坐标系下的平移变换
    答案
    不存在直线 $l$,使得点 $B$ 在以线段 $AC$ 为直径的圆上
    解析
    不存在直线 $l$,使得点 $B$ 在以线段 $AC$ 为直径的圆上,证明如下.
    原问题即 $\angle ABC$ 是否可能为直角,我们接下来通过证明 $\angle ACB$ 恒为钝角来否定 $\angle ABC$ 为直角的可能性.将坐标系平移至以 $C$ 为原点,记新原点为 $C'$,则椭圆方程变为$$\dfrac{\left(x'-2\right)^2}{4}+\dfrac{y'^2}3=1,$$即$$\dfrac 14x'^2-x'+\dfrac 13y'^2=0.$$此时 $F_1'(1,0)$,因此可设直线 $A'B':x'+ny'=1$,与椭圆方程化齐次联立,有$$\dfrac 14x'^2-x'\left(x'+ny'\right)+\dfrac 13y'^2=0,$$也即$$\frac 13\left(\frac{y'}{x'}\right)^2-n\cdot\frac{y'}{x'}-\frac 34=0,$$于是$$k_{C'A'}\cdot k_{C'B'}=-\frac 94.$$此时取与 $\overrightarrow{CA}$ 同向的向量 $(1,k_{C'A'})$ 以及和 $\overrightarrow{CB}$ 同向的向量 $(1,k_{C'B'})$,它们的数量积$$(1,k_{C'A'})\cdot (1,k_{C'B'})=1+k_{C'A'}\cdot k_{C'B'}=-\dfrac 54<0,$$因此 $\overrightarrow{CA}$ 与 $\overrightarrow{CB}$ 的夹角为钝角,也即 $\angle ACB$ 为钝角,欲证命题成立.
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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