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已知曲线 E:x24+y2b2=1 (b>0) 与点 P(5,0), O 为原点, 动点 QE, 且 OPQ 的最大值为 π4.

  1. 求曲线 E 的方程;
  2. 已知有 n+1 个点 A0,A1,A2,,An 按逆时针顺序依次在 E 上, 且 A0(2,0), An(2,0).
    1. A1,A2 关于 y 轴对称, 且 ΔOA1A3 的面积为 1 时, 求直线 A2A3 的斜率;
    2. ΔOAk1Ak (1kn) 的面积都相等时, 记多边形 A0A1A2An 的周长为 Cn. 若对于 nN, 都有 Cn<λ, 求整数 λ 的最小值.

  1. Q(2cosθ,bsinθ), 则 OPQ 的最大值为 π4 意味着 |kPQ|=|tanOPQ| 有最大值 1. 也即 |bsinθ52cosθ|b|sinθ||(2cosθ+sinθ)2cosθ|=b=1, 所以 E:x24+y2=1.
    1. A1(2cosα,sinα), A3(2cosβ,sinβ), 且 A2(2cosα,sinα). 因为 A1,A2,A3 是逆时针的位置关系, 则 0<α<π2<β<π. 于是 SΔOA1A3=12|OA1×OA3|=|cosβsinαcosαsinβ|=|sin(αβ)|=1, 于是只有 αβ=π2. 这样 kA2A3=sinαsinβ2(cosα+cosβ)=sinαcosα2(cosαsinα)=12.
    2. Ak(2cosθk,sinθk), 则类似 2.1, 有 SΔOAk1Ak=sin(θkθk1) 对任意 k 都相等, 也即 θkθk1 对任意 k 都相等. 而 θ0=0, θn=π, 所以 {θk}k=1n 是等差数列, θk=kπn. 于是 |Ak1Ak|2=(2cosθk12cosθk)2+(sinθk1sinθk)2=16sin2θk1+θk2sin2θk1θk2+4cos2θk1+θk2sin2θk1θk2=2sin2θk1θk2(2+6sin2θk1+θk2)=2sin2π2n[53cos(θk1+θk)]=2sin2π2n(53cos(2k1)πn).
      此外我们说明 k=1ncos(2k1)πn=1sinπnk=1nsinπncos(2k1)πn=1sinπnk=1n[sin((2k1)πn+πn)sin((2k1)πnπn)]=1sinπnk=1n[sin2kπnsin(2k2)πn]=1sinπn(sin2πsin0)=0. 于是Cn=4+k=1n|Ak1Ak|4+nk=1n|Ak1Ak|2=4+n10nsin2π2n<4+10n2(π2n)2=4+π102.π2<3.152<10, 也即 π102<5, 于是 Cn<9. 另一方面如果 n=2, 则 Cn=4+20>8, 所以 λ 的最小值为 9.