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已知点 P 是椭圆 x24+y23=1 上异于左右顶点的一点, 设 ∠PF1F2=α, ∠PF2F1=β, ∠F2PF1=γ, 求 cosα+cosβ+cosγ 的取值范围.
容易得到 F1F2=2, F1P+F2P=4. 不妨设 F1P=2+t, F2P=2−t, t∈[0,1). 则根据余弦定理cosα+cosβ+cosγ=4+(2+t)2−(2−t)22⋅2(2+t)+4+(2−t)2−(2+t)22⋅2(2−t)+(2+t)2+(2−t)2−42(2+t)(2−t)=3−64−t2∈(1,32].
熟知椭圆中的结论 e=sinγsinα+sinβ=12. 因此 2sinγ=2sinα+β2cosα−β2. 也即 2sinα+β2cosα+β2=sinα+β2cosα−β2, 从而 cosα−β2=2cosα+β2. 首先确认一下 γ 的范围, 它在 P 在上顶点时达到最大, 为 π3, 因此 0<γ<π3. 因此 cosα+cosβ+cosγ=2cosα+β2cosα−β2+cosγ=4cos2α+β2+cosγ=4sin2γ2+cosγ=1+2sin2γ2∈(1,32].