Question

已知A、B是圓x²+y²=4上滿足條件

OA

⊥

OB

的兩個點(diǎn)，其中O是坐標(biāo)原點(diǎn)，分別過A、B作x軸的垂線段，交橢圓x²+4y²=4于A₁、B₁點(diǎn)，動點(diǎn)P滿足

A1P

+2

PB1

=

0

（I）求動點(diǎn)P的軌跡方程
（II）設(shè)S₁和S₂分別表示△PAB和△B₁A₁A的面積，當(dāng)點(diǎn)P在x軸的上方，點(diǎn)A在x軸的下方時，求S₁+S₂的最大值．

Answer 1

分析：（I）設(shè)P（x，y），A₁（x₁，y₁），B₁（x₂，y₂），求符合某種條件的動點(diǎn)的軌跡方程，其實質(zhì)就是利用題設(shè)中的幾何條件，用“坐標(biāo)化”將其轉(zhuǎn)化為尋求x，y的關(guān)系，結(jié)合向量的垂直關(guān)系及向量的坐標(biāo)運(yùn)算即得動點(diǎn)P的軌跡方程；
（II）根據(jù)（I）A（x₁，2y₁），B（x₂，2y₂），得出直線AB的方程，再利用點(diǎn)到直線的距離公式求得點(diǎn)P到直線AB的距離，最后利用基本不等式求出S₁+S₂的最大值即可．

解答：解：（I）設(shè)P（x，y），A₁（x₁，y₁），B₁（x₂，y₂），
則x₁²+4y₁²=4①x₂²+4y₂²=4②從而A（x₁，2y₁），B（x₂，2y₂）由于

OA

⊥

OB

，所以

OA

•

OB

=0，進(jìn)而有x₁x₂+4y₁y₂=0③根據(jù)

A1P

+2

PB1

=

0

可得（x-x₁，y-y₁）+2（x₂-x，y₂-y）=（0，0）即

x-x1+2(x2-x)=0 y-y1+2(y2-y)=0

?

x=2x2-x1④ y=2y2-y1⑤

由④²+4×⑤²，并結(jié)合①②③得
x²+4y²=（2x₂-x₁）²+4（2y₂-y₁）²
=4（x₂²+4y₂²）+（x₁²+4y₁²）-4（x₁x₂+4y₁y₂）
=4×4+4-4×0=20
所以動點(diǎn)P的軌跡方程為x²+4y²=20
（II）根據(jù)（I）A（x₁，2y₁），B（x₂，2y₂），所以直線AB的方程為y-2y1=

2(y2-y1)

x2-x1

(x-x1)
即2（y₂-y₁）x-（x₂-x₁）y+2y₁（x₂-x₁）-2x₁（y₂-y₁）=0
從而點(diǎn)P（2x_2′-x₁，2y₂-y₁）（2y₂-y₁＞0）到直線AB的距離為d=

|2(y2-y1)(2x2-x1)-(x2-x1)(2y2-y1)+2y1(x2-x1)-2x1(y2-y1)|

4(y2-y1)2+(x2-x1)2

=

|2(y2-y1)(2x2-2x1)+(x2-x1)(3y1-2y2)|

( x 2 1 +4 y 2 1 )+( x 2 2 +4 y 2 2 )-2(x1x2+4y1y2)

=

|(2y2-y1)(x2-x1)|

4+4-2×0

=

(2y2-y1)|x2-x1|

2 2

又因為|AB|=2

2

所以S=

1

2

|AB|d=

1

2

×2

2

×

(2y2-y1)|x2-x1|

2 2

=

(2y2-y1)|x2-x1|

2

而S2=

1

2

|y1(x2-x1)|=-

1

2

y1|x2-x1|（∵y₁＜0）
所以S1+S2=

(2y2-y1)|x2-x1|

2

-

1

2

y1|x2-x1|=(y2-y1)|x2-x1|=|(x2-x1)(y2-y1)|
由①+②-2×③得(x2-x1)2+4(y2-y1)2=8(也可以由|AB|=

(x2-x1)2+(2y2-2y1)2

=2

2

而得到)
從而有8=（x₂-x₁）²+4（y₂-y₁）²≥2×|x₂-x₁|×2|y₂-y₁|=4|x₂-x₁||y₂-y₁|
當(dāng)且僅當(dāng)|x₂-x₁|=2|y₂-y₁|時取等號．
所以S₁+S₂=|（x₂-x₁）（y₂-y₁）|≤2，即S₁+S₂的最大值為2

點(diǎn)評：求曲線的軌跡方程是解析幾何的兩個基本問題之一   求符合某種條件的動點(diǎn)的軌跡方程，其實質(zhì)就是利用題設(shè)中的幾何條件，用“坐標(biāo)化”將其轉(zhuǎn)化為尋求變量間的關(guān)系，求曲線的軌跡方程常采用的方法有直接法、定義法、代入法、參數(shù)法，本題利用的是直接法，直接法是將動點(diǎn)滿足的幾何條件或者等量關(guān)系，直接坐標(biāo)化，列出等式化簡即得動點(diǎn)軌跡方程．