设椭圆C: +
=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,上顶点为A,过点A与AF2垂直的直线交z轴负半轴于点Q,且
+
=
,过A,Q,F2三点的圆的半径为2.过定点M(0,2)的直线l与椭圆C交于G,H两点(点G在点M,H之间).
(I)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)设直线l的斜率k>0,在x轴上是否存在点P(m,0),使得以PG,PH为邻边的平行四边形是菱形.如果存在,求出m的取值范围,如果不存在,请说明理由.
设椭圆C: +
=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,上顶点为A,过点A与AF2垂直的直线交z轴负半轴于点Q,且
+
=
,过A,Q,F2三点的圆的半径为2.过定点M(0,2)的直线l与椭圆C交于G,H两点(点G在点M,H之间).
(I)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)设直线l的斜率k>0,在x轴上是否存在点P(m,0),使得以PG,PH为邻边的平行四边形是菱形.如果存在,求出m的取值范围,如果不存在,请说明理由.
【考点】KH:直线与圆锥曲线的综合问题;K3:椭圆的标准方程.
【分析】(I)因为,知a,c的一个方程,再利用△AQF的外接圆与直线l相切得出另一个方程,解这两个方程组成的方程组即可求得所求椭圆方程;
(II)设l的方程代入椭圆的方程,消去y得到关于x的一元二次方程,再结合根与系数的关系利用向量的坐标表示,利用基本不等式,即可求得m的取值范围.
【解答】解:(I)因为,所以F1为F2Q中点.
设Q的坐标为(﹣3c,0),
因为AQ⊥AF2,所以b2=3c×c=3c2,a2=4c×c=4c2,
且过A,Q,F2三点的圆的圆心为F1(﹣c,0),半径为2c
因为该圆与直线l相切,所以,解得c=1,
所以a=2,b=,所以所求椭圆方程为
;
(Ⅱ)设l的方程为y=kx+2(k>0),与椭圆方程联立,消去y可得(3+4k2)x2+16kx+4=0.
设G(x1,y1),H(x2,y2),则x1+x2=﹣
∴=(x1﹣m,y1)+(x2﹣m,y2)=(x1+x2﹣2m,y1+y2).
=(x1+x2﹣2m,k(x1+x2)+4)
又=(x2﹣x1,y2﹣y1)=(x2﹣x1,k(x2﹣x1)).
由于菱形对角线互相垂直,则()•
=0,
所以(x2﹣x1)[(x1+x2)﹣2m]+k(x2﹣x1)[k(x1+x2)+4]=0.
故(x2﹣x1)[(x1+x2)﹣2m+k2(x1+x2)+4k]=0.
因为k>0,所以x2﹣x1≠0.
所以(x1+x2)﹣2m+k2(x1+x2)+4k=0,即(1+k2)(x1+x2)+4k﹣2m=0.
所以(1+k2)(﹣)+4k﹣2m=0.
解得m=﹣,即
因为k>,可以使
,所以
故存在满足题意的点P且m的取值范围是[).
【点评】本题考查椭圆的标准方程,考查直线与椭圆的位置关系,考查韦达定理的运用,考查基本不等式的运用,解题时应充分挖掘题目的隐含条件,寻找量与量间的关系灵活转化,属于中档题.