1609

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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.

解法 1: 走边

容易得到 F1F2=2, F1P+F2P=4. 不妨设 F1P=2+t, F2P=2t, t[0,1). 则根据余弦定理cosα+cosβ+cosγ=4+(2+t)2(2t)222(2+t)+4+(2t)2(2+t)222(2t)+(2+t)2+(2t)242(2+t)(2t)=364t2(1,32].

解法 2: 走角

熟知椭圆中的结论 e=sinγsinα+sinβ=12. 因此 2sinγ=2sinα+β2cosαβ2. 也即 2sinα+β2cosα+β2=sinα+β2cosαβ2, 从而 cosαβ2=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+β2cosαβ2+cosγ=4cos2α+β2+cosγ=4sin2γ2+cosγ=1+2sin2γ2(1,32].