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设x,y∈R,i、j,为直角坐标平面内x轴,y轴正方向上的单位向量,若向量a=xi+(y+2)j,b=xi+(y-2)j

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:数学作业 时间:2024/07/19 14:20:16
设x,y∈R,
i
j
,为直角坐标平面内x轴,y轴正方向上的单位向量,若向量
a
=x
i
+(y+2)
j
b
=x
i
+(y-2)
j
,且|
a
|+|
b
|=8.
(1)求点M(x,y)的轨迹C的方程;
(2)过点(0,3)作直线l与曲线C交于A、B两点.设
OP
=
OA
+
OB
,是否存在这样的直线l,使得四边形OAPB为菱形?若存在,求出直线l的方程;若不存在,请说明理由.
(1)∵

a=x

i+(y+2)

j,

b=x

i+(y-2)

j
∴|

a|=
x2+(y+2)2,|

b|=
x2+(y−2)2
设F1(0,-2),F2(0,2),动点M(x,y),可得|

a|、|

b|分别表示点M到F1、F2的距离.
∵|

a|+|

b|=8,即M到F1、F2的距离之和等于8,
∴点M(x,y)的轨迹C是以F1(0,-2),F2(0,2)为焦点,长轴长为8的椭圆,
可得a=4,c=2,b2=a2-c2=12,
可得椭圆方程为
y2
16+
x2
12=1,即为点M(x,y)的轨迹C的方程;
(2)由于直线l过点(0,3),故
①当直线l为y轴时,A、B为椭圆的顶点,可得

OP=

OA+

OB=

0
此时点P与原点重合,不符合题意;
②当直线l与x轴不垂直时,设方程为y=kx+3,A(x1,y1),B(x2,y2


y=kx+3

y2
16+
x2
12=1消去y,得(4+3k2)x2+18kx-21=0
此时△=(18k)2-4(4+3k2)•(-21)=576k2+336>0恒成立
x1+x2=
−18k
4+3k2,代入直线得y1+y2=k(x1+x2)+12=
24
4+3k2


OP=

OA+

OB,∴四边形OAPB是平行四边形,
若四边形OAPB是菱形,则|

OA|=|

OB|


OA=(x1,y1),

OB=(x2,y2
∴x12+y12=x22+y22,化简得(x1+x2)(x1-x2)+(y1+y2)(y1-y2)=0
 可得l的斜率k=
y1−y2
x1−x2=-
x1+x2
y1+y2=-

−18k
4+3k2

24
4+3k2=-
3k
4
解之得k=0,因此存在直线y=3,使得四边形OAPB为菱形.