已知椭圆 $\dfrac{{{x^2}}}{{{a^2}}} + \dfrac{{{y^2}}}{{{b^2}}} = 1\left(a > b > 0\right)$ 的离心率 $e = \dfrac{{\sqrt 3 }}{2}$,连接椭圆的四个顶点得到的菱形的面积为 $ 4 $.
【难度】
【出处】
2010年高考天津卷(理)
【标注】
  1. 求椭圆的方程;
    标注
    答案
    解析
    由 $e = \dfrac{c}{a} = \dfrac{{\sqrt 3 }}{2}$,得 $3{a^2} = 4{c^2}$,再由 ${c^2} = {a^2} - {b^2}$,得 $a = 2b$;
    由题意可知,$\dfrac{1}{2} \times 2a \times 2b = 4$,即 $ab = 2$.
    解方程组\[ \begin{cases}
    {a = 2b} ,\\
    {ab = 2},
    \end{cases}\]得 $ a=2 $,$ b=1 $,所以椭圆的方程为 $\dfrac{{{x^2}}}{4} + {y^2} = 1$.
  2. 设直线 $l$ 与椭圆相交于不同的两点 $A,B$,已知点 $A$ 的坐标为 $ \left(- a,0\right)$,点 $Q\left(0,{y_0}\right)$ 在线段 $AB$ 的垂直平分线上,且 $\overrightarrow {QA} \cdot \overrightarrow {QB} = 4$,求 ${y_0}$ 的值.
    标注
    答案
    解析
    由(1)可知 $ A\left(-2,0\right) $.设 $ B $ 点的坐标为 $ \left(x_{1,},y_{1}\right) $,直线 $ l $ 的斜率为 $ k $,则直线 $ l $ 的方程为 $ y=k\left(x+2\right) $,
    于是 $ A,B $ 两点的坐标满足方程组\[\begin{cases}
    {y = k\left(x + 2\right)} ,\\
    {\dfrac{{{x^2}}}{4} + {y^2} = 1}.
    \end{cases} \]由方程组消去 $ y $ 并整理,得\[\left(1 + 4{k^2}\right){x^2} + 16{k^2}x + \left(16{k^2} - 4\right) = 0,\]由 $ - 2{x_1} = \dfrac{{16{k^2} - 4}}{{1 + 4{k^2}}}$,得 ${x_1} = \dfrac{{2 - 8{k^2}}}{{1 + 4{k^2}}}$,从而 ${y_1} = \dfrac{{4{k^{}}}}{{1 + 4{k^2}}}$.
    设线段 $ AB $ 是中点为 $ M $,则 $ M $ 的坐标为 $\left( - \dfrac{{8{k^2}}}{{1 + 4{k^2}}},\dfrac{{2{k^{}}}}{{1 + 4{k^2}}}\right)$.
    以下分两种情况:
    (i)当 $ k=0 $ 时,点 $ B $ 的坐标为 $ \left(2,0\right) $.线段 $ AB $ 的垂直平分线为 $ y $ 轴,于是\[\overrightarrow {QA}= \left( - 2, - {{ {y}}_0}\right),\overrightarrow {QB} = \left(2, - {y_0}\right).\]由 $ \overrightarrow {QA} \cdot \overrightarrow {QB} = 4$,得 ${y_0} = \pm 2\sqrt 2 $.
    (ii)当 $k \ne 0$ 时,线段 $ AB $ 的垂直平分线方程为\[ y - \dfrac{{2{k^{}}}}{{1 + 4{k^2}}} = \dfrac{1}{k}\left(x + \dfrac{{8{k^2}}}{{1 + 4{k^2}}}\right) . \]令 $ x=0 $,解得 ${y_0} = \dfrac{{6{k^{}}}}{{1 + 4{k^2}}}$.
    由 $ \overrightarrow {QA} = \left( - 2, - {{ {y}}_0}\right)$,$\overrightarrow {QB} = \left({x_1},{y_1} - {y_0}\right) $ 及\[ \begin{split} \overrightarrow {QA} \cdot \overrightarrow {QB} & = - 2{x_1} - {y_0}\left({y_1} - {y_0}\right) \\&= \dfrac{{ - 2\left(2 - 8{k^2}\right)}}{{1 + 4{k^2}}} + \dfrac{{6{k^{}}}}{{1 + 4{k^2}}}\left(\dfrac{{4k}}{{1 + 4{k^2}}} + \dfrac{{6k}}{{1 + 4{k^2}}}\right) \\& = \dfrac {4\left(16k^4+15k^2-1\right)} {\left(1+4k^2\right)^2} =4, \end{split} \]整理得 $7{k^2} = 2$,故 $k = \pm \dfrac{{\sqrt {14} }}{7}$,所以 ${y_0} = \pm \dfrac{{2\sqrt {14} }}{5}$.
    综上,${y_0} = \pm 2\sqrt 2$ 或 ${y_0} = \pm \dfrac{{2\sqrt {14} }}{5}$.
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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