Question

已知橢圓C的中心在坐標原點，焦點在x軸上，長軸長為2

3

，離心率為

3

3

，經(jīng)過其左焦點F₁的直線l交橢圓C于P、Q兩點．
（I）求橢圓C的方程；
（II）在x軸上是否存在一點M，使得

MP

•

MQ

恒為常數(shù)？若存在，求出M點的坐標和這個常數(shù)；若不存在，說明理由．

Answer 1

分析：（I）根據(jù)題意設出橢圓的方程，根據(jù)長軸2a的長和離心率e=

c

a

，列出方程組求出a與c的值，然后根據(jù)橢圓的性質(zhì)求出b的值，把a與b的值代入設出的橢圓方程即可確定出橢圓C的方程；
（II）根據(jù)（I）求出的c的值寫出橢圓左焦點F₁的坐標，假設在x軸上存在一點M（t，0），使得

MP

•

MQ

恒為常數(shù)，分兩種情況考慮：①當直線l與x軸不垂直時，設出過左焦點F₁的直線方程，以及P和Q兩點的坐標，把所設的直線方程與橢圓方程聯(lián)立，消去y得到關(guān)于x的方程，利用韋達定理求出兩根之和與兩根之積，然后表示出

MP

•

MQ

，把其中的縱坐標代換為橫坐標，化簡后將求出的兩根之和與兩根之積代入得到一個關(guān)系式，由此關(guān)系式與k的取值無關(guān)，得到關(guān)于t的式子為0，即可求出此時t的值，從而此時這個常數(shù)；②當直線l與x軸垂直時，求出P與Q兩點的坐標，且求出t及

MP

•

MQ

的值，與①中求出的常數(shù)相等，綜上，在x軸上存在一點M，使得

MP

•

MQ

恒為常數(shù)．

解答：解：（I）設橢圓C的方程為

x2

a2

+

y2

b2

=1 (a＞b＞0)．
由題意，得

2a=2 3 c a = 3 3

，解得

a= 3 c=1

，所以b²=2．（3分）
所求的橢圓方程為

x2

3

+

y2

2

=1．（4分）
（II）由（I）知F₁（-1，0）．
假設在x軸上存在一點M（t，0），使得

MP

•

MQ

恒為常數(shù)．
①當直線l與x軸不垂直時，設其方程為y=k（x+1），P（x₁，y₁）、Q（x₂，y₂）．
由

y=k(x+1) x2 3 + y2 2 =1

得（2+3k²）x²+6k²x+（3k²-6）=0．（6分）
所以x1+x2=-

6k2

2+3k2

，x1x2=

3k2-6

2+3k2

．（7分）

MP

•

MQ

=（x₁-t）（x₂-t）+y₁y₂
=（x₁-t）（x₂-t）+k²（x₁+1）（x₂+1）
=（k²+1）x₁x₂+（k²-t）（x₁+x₂）+k²+t²
=

(k2+1)(3k2-6)

2+3k2

-

(k2-t)•6k2

2+3k2

+k2+t2=

(6t-1)k2-6

2+3k2

+t2
=

(2t- 1 3 )(2+3k2)-(4t+ 16 3 )

2+3k2

+t2=t2+2t-

1

3

-

4t+ 16 3

2+3k2

．
因為

MP

•

MQ

是與k無關(guān)的常數(shù)，從而有4t+

16

3

=0，即t=-

4

3

．（10分）
此時

MP

•

MQ

=-

11

9

．（11分）
②當直線l與x軸垂直時，此時點P、Q的坐標分別為(-1，

2 3

3

)、(-1，-

2 3

3

)，
當t=-

4

3

時，亦有

MP

•

MQ

=-

11

9

．（13分）
綜上，在x軸上存在定點M(-

4

3

，0)，使得

MP

•

MQ

恒為常數(shù)，且這個常數(shù)為-

11

9

．（14分）

點評：本題考查橢圓的應用，及平面向量的運算法則，考查了分類討論的數(shù)學思想．關(guān)鍵是看清題中給出的條件，靈活運用韋達定理，中點坐標公式進行求解．