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圆锥曲线:以椭圆为背景的面积问题、斜率问题、向量问题专项训练
圆锥曲线:以椭圆为背景的面积问题、斜率问题、向量问题专项训练
考点目录
以椭圆为背景的面积问题
以椭圆为背景的斜率问题
以椭圆为背景的向量问题
考点一 以椭圆为背景的面积问题
例1.(24-25高三上·甘肃白银·阶段练习)在直角坐标系中,,分别是,轴上一点,且.动点满足,点的轨迹为.
(1)求曲线的方程;
(2)过点的直线与曲线交于,两点,求面积的最大值.
【答案】(1)
(2)1
【详解】(1)由题意,
,分别是,轴上一点,且.
动点满足,
设,,,
∴,,,
即
∴,解得:,
∴曲线的方程为:.
(2)由题意及(1)得,
在中,
过点的直线与曲线交于,两点,
易知直线的斜率存在,设其方程为,即,设,,
由消去得,
由,得,
,.
设点到直线距离为,的面积为,
,解得:
设,则,
,
当且仅当时取等号,
∴面积的最大值为1.
例2.(24-25高二上·新疆乌鲁木齐·期末)已知焦点在x轴上的椭圆C的长轴长是短轴长的3倍,且椭圆C经过点,过点的直线l交椭圆C于A,B两点.
(1)求椭圆C的标准方程与离心率;
(2)当直线l的倾斜角是时,求的面积.
【答案】(1),;
(2).
【详解】(1)设椭圆的标准方程为:,
依题意,,解得,
所以椭圆的标准方程为:,离心率.
(2)依题意,直线的方程为,设,
由消去得,,,
所以的面积.
例3.(24-25高三上·贵州铜仁·期末)在平面直角坐标系中,椭圆的离心率是,上的点到两焦点的距离之和等于4.
(1)求椭圆的方程;
(2)过焦点作斜率为1的直线与椭圆相交于两点.求的面积.
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)由椭圆的定义知,则
由,得,故.
∴椭圆C的方程为.
(2)设,由(1)知,则的方程为,
由得,
显然,,
∴.
∵点到直线的距离,
∴,故的面积为.
例4.(24-25高三上·河南漯河·期末)已知椭圆的离心率为,且过点为坐标原点,为椭圆的右顶点.
(1)求的方程;
(2)过点斜率为的直线交椭圆于另一点,求的面积;
(3)在(2)的条件下,若点为椭圆上不与点重合的点,且的面积与的面积相等,求点的坐标.
【答案】(1)
(2)
(3).
【详解】(1)根据离心率以及点的坐标可得,解得,
可知椭圆的方程为;
(2)直线方程为:,令得:,
记,
由,得.
的面积.
(3)在(2)的条件下,,如下图所示:
易知点到直线的距离
的面积与的面积相等,则与到直线的距离相等,
设到直线距离为的点在直线上,
则,解得或,
当时,由得(舍)或.
因此可得.
当时,联立,此时无解.
综上,点坐标为.
变式1.(24-25高二下·浙江丽水·期末)已知椭圆的方程为,椭圆的左、右焦点分别为、,过的直线与椭圆交于P、Q两点(P、Q均不在x轴上).
(1)若椭圆的离心率为,求的值;
(2)若,左顶点为,求的面积的最大值.
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)∵椭圆的离心率为,
∴,
解得.
(2)时,,故,所以,,
、均不在轴上,故直线的斜率不为0,
设直线的方程为,,,
联立与得,
因,
由韦达定理,,,
所以,
又,故的面积,
而,
当且仅当,即时等号成立,
所以的面积的最大值为.
变式2.(2025·贵州黔南·三模)已知,分别是椭圆的左、右焦点,,分别是椭圆的左、右顶点,点,在椭圆上,且不与两点重合.
(1)当四边形为平行四边形时,请写出点,的位置关系(说明理由即可,不需证明).
(2)在(1)的条件下,若,且.
(i)求椭圆的方程;
(ii)若点在直线上,且,,求的面积.
【答案】(1)点,关于原点对称
(2)(i);(ii)
【详解】(1)因为四边形为平行四边形,,分别是椭圆的左、右顶点,
则的中点为坐标原点,又点,在椭圆上,
又因为椭圆为中心对称图形,所以点,关于原点对称;
(2)(i)由对称性可知,又,所以,
由椭圆的定义可知,即,所以,
设,则,
因为点在椭圆上,所以,所以,
又,所以,即,所以,
解得,
所以椭圆方程为;
(ii)如图,过点作,垂足为,直线与轴交于点,
因为,所以,又,
所以,
所以,所以,又,,,
所以,,
所以,又点在椭圆上,所以,解得,
不妨取,则,所以,
又,
所以
;
由对称性,可得,,或,,
或,,时,同理可得,
综上可得.
变式3.(24-25高二下·河南濮阳·期末)已知椭圆的离心率为,上顶点为.
(1)求的方程;
(2)过点的直线与交于两点,点在第二象限,点在轴的下方,直线分别与轴交于点.
(ⅰ)证明:;
(ⅱ)求四边形面积的最大值.
【答案】(1);
(2)(ⅰ)证明见解析;(2).
【详解】(1)由已知,,结合,∴,,
故椭圆的方程为.
(2)
(ⅰ)由过点的直线与椭圆交于不同的两点,
可知直线的斜率一定存在且不为零,
设直线的方程为,即,设,,
联立方程组,可得,
,即,
又,
又,同理,
故
,
所以中点的横坐标为,故的中垂线过,则.
(ⅱ)故
,
当且仅当即时,等号成立,
故四边形面积的最大值为4.
变式4.(24-25高三下·云南·期中)已知动点到点 的距离和它到直线 的距离的比为 ,记点 的轨迹为曲线 .
(1)求 的方程;
(2)若 分别与 轴正半轴交于点 ,与 轴正半轴交于点 ,点 为 上任一点且在第三象限. 设 与 轴交于点 与 轴交于点 ,求四边形 的面积.
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)设动点,
由题意得:,化简得:,
所以的方程为;
(2)设点,且,,,如图
所以直线,令得:,
直线,令得:,
所以,,
所以四边形的面积
,
所以四边形ABMN的面积为.
考点二 以椭圆为背景的斜率问题
例1.(2025·贵州黔南·模拟预测)如图,圆是圆内一个定点,是圆上任意一点.线段的垂直平分线和半径相交于点,当点在圆上运动时,记动点的轨迹为曲线.
(1)求曲线的方程;
(2)设曲线与轴从左到右的交点为点,点为曲线上异于的动点,设交直线于点,连结交曲线于点,直线的斜率分别为.
(ⅰ)求证:为定值;
(ⅱ)证明:直线经过轴上的定点,并求出该定点的坐标.
【答案】(1)
(2);
【详解】(1)由题意可知,,
由椭圆定义可得,点N的轨迹是以E, F为焦点的椭圆,
且长轴长,焦距,
所以,
因此曲线C方程为.
(2)(ⅰ)设,,,
由题可知,,如下图所示,
则,,
而,于是,
所以,
又,则,
因此为定值;
(ⅱ)由题意可知,直线PQ不可能与轴平行,
设直线PQ的方程为,,,知,
由,得,
,得
所以
由(i)可知,,
即,
将代入化简得,化简得解得舍或,
所以直线PQ的方程为,
因此直线PQ经过定点
例2.(24-25高二下·湖南邵阳·期末)已知椭圆:的长轴长为4,离心率,过E的右焦点F且不与y轴垂直的直线与椭圆E相交于A,B两点.
(1)求E的标准方程;
(2)若点,设直线的斜率分别为,求证:;
(3)若点C,D分别为E的左、右顶点,直线与的交点为Q,求点Q的轨迹方程.
【答案】(1)
(2)证明见解析
(3)
【详解】(1)解:由椭圆的长轴长为4,离心率,
可得,解得,又由,可得,
所以椭圆E的标准方程为.
(2)解:由题意知,直线的斜率不为0,不妨设直线的方程为,
且,联立方程组,整理得,
则有且,
故.
(3)解:设点,由题意知点A和点B均不在x轴上,所以,
则直线的方程为,① 直线的方程为,②
由①②消去y得,
即,
又由,代入可得,
解得,所以点点的轨迹方程是.
例3.(2025·四川绵阳·模拟预测)在平面直角坐标系中,为坐标原点,椭圆的左,右焦点分别为,,抛物线的焦点为,,的面积为1.
(1)求椭圆、抛物线的标准方程;
(2)过点的直线分别与抛物线交于,两点,与椭圆交于,两点,设直线的斜率分别是,,,.证明:为定值.
【答案】(1)椭圆,抛物线
(2)证明见解析
【详解】(1)根据题意作图如下:
由已知得,又,分别为椭圆的左、右焦点,且,
则,所以点在椭圆上,所以.
又,且,解得,所以.
所以椭圆的标准方程为,抛物线的标准方程为.
(2)证明:根据题意作图如下:
当直线斜率不存在,即时,直线与抛物线只有一个交点,不符合题意.
设直线的方程为,
联立,消去得,
所以,,且,
联立,消去得,
所以,,且.
故
,
又因为,所以,
所以.
综上,为定值.
变式1.(25-26高三上·四川南充·阶段练习)已知椭圆:的两个焦点与短轴的一个端点是等腰直角三角形的三个顶点,且椭圆过,直线:与椭圆交于、.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设直线、的斜率分别为、,求两直线斜率的值.
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)由题意可知,解得,
故椭圆的标准方程为;
(2)设,,
联立,消去得,
,解得,
,,
则、,
,
故两直线斜率.
变式2.(25-26高三上·重庆·阶段练习)已知点为椭圆上的动点,为过点且垂直于轴的直线上一点,且点纵坐标为点纵坐标的2倍.
(1)求点的轨迹;
(2)过点作斜率为的直线交于点,且点在以为直径的圆外,求的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)设,则有,又
所以,即.
故点的轨迹为.
(2)设直线为,与椭圆联立有:
,消元得,
设,则有,
且有,
由,解得.又点在以为直径的圆外,
所以,解得,
所以,又,所以.
即的取值范围为.
变式3.(2025·河北·模拟预测)椭圆的右焦点与抛物线的焦点相同,点为与的一个交点.
(1)求椭圆与抛物线的方程;
(2)抛物线的切线与椭圆交于,两点.
(i)求直线斜率的取值范围;
(ii)已知点,求面积的最大值.
【答案】(1)抛物线方程为,椭圆的方程为
(2)(i);(ii)
【详解】(1)由题意点在抛物线上,
得,所以抛物线方程为,
则抛物线的焦点为,
又因为椭圆的右焦点与抛物线的焦点相同,
所以的右焦点为,故.
又点在上,得,
解得,,则椭圆的方程为.
(2)(i)设切线的方程,并分别与椭圆和抛物线联立,
得,整理得,
由题意得,
设,,
则,.
,得,
直线与抛物线相切,得.
又因为,所以,
解得(舍)或,得或,
所以切线斜率的取值范围为.
(ii)由(i)得,,
点到直线的距离为,
所以面积,又,
.
得当时,即满足条件,此时的面积最大为.
变式4.(25-26高三上·安徽·开学考试)已知椭圆:过点,其离心率为.四边形的顶点均在椭圆上,直线过的左焦点,对角线,交点为椭圆的右焦点.
(1)求椭圆的方程;
(2)若,的斜率存在且分别为,,求证:为定值;
(3)过点作,垂足为,求的最大值.
【答案】(1);
(2)证明见解析;
(3).
【详解】(1)由已知得,即,得,
故,
所以椭圆的方程为.
(2)由(1)可得,
由题意知均存在且不等于0,
则设直线的方程为:,
则.
设直线方程为:
与椭圆方程联立得:,,
所以,因为,
故,因此.
同理.
斜率为
,
故.
(3)由(2)知:直线的方程为:,
即
所以直线过定点.
因为,由几何意义知:,
故的最大值为.
考点三 以椭圆为背景的向量问题
例1.(2024·福建泉州·模拟预测)椭圆的左、右焦点分别为为椭圆上第一象限内的一点,且与轴相交于点,离心率,若,则( )
A. B. C. D.
【答案】D
【详解】,,则,所以,,
椭圆方程化为,
,因此在圆上,
由,解得,在第一象限,则,
,则,
故选:D.
例2.(24-25高二上·重庆·期中)椭圆的右顶点为A,上顶点为,,点为椭圆上一点且,则的值为( )
A. B. C. D.2
【答案】A
【详解】椭圆的右顶点,上顶点,
设,则,
由可得,解得,即,
又由,则,
将代入椭圆方程,得,
即,解得或(舍),所以.
故选:A.
例3.(2024·上海闵行·一模)已知、分别为椭圆的左、右焦点,过的直线交椭圆于、两点.若,则 .
【答案】
【详解】椭圆,则、,
设,因为,即,
即,又,解得,不妨取,
则的方程为,由,解得或,
所以,
所以,,
所以.
故答案为:.
例4.(2024·浙江温州·模拟预测)椭圆的右焦点是F, 过F的直线交椭圆C于A,B两点.点O是坐标原点,若直线AB上存在异于F的点P,使得,则的取值范围是 .
【答案】
【详解】由题意可知:,则,
因为直线AB过F,可知直线AB与椭圆必相交,
若直线AB的斜率为0,即直线AB为x轴,不妨设,
则,
因为,则,解得,
当,此时点即为点,不合题意;
当,此时点,;
若直线AB的斜率不为0,设,
则,
联立方程,消去x得,
则,
因为,则,
可得,
整理得,则,,
即,
可得,
因为,则,当且仅当,即时,等号成立,
可得,所以;
综上所述:的取值范围是.
故答案为:.
例5.(24-25高二上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)在平面直角坐标系中,已知椭圆的离心率为,且过点.
(1)求椭圆的方程;
(2)设过点的直线与椭圆交于不同的两点,且,求直线的斜率.
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)由可知,,则,即,
则椭圆的方程为,
将点代入椭圆方程可得,
解得,,
故椭圆的方程为;
(2)由题意可知直线的斜率存在且不为,
设直线的方程为,且,,
将直线方程与椭圆方程联立,得,
,化简得,解得或,
,,
由可知,所以,,
所以,化简得 ,解得,
所以直线的斜率为.
例6.(24-25高二上·福建莆田·阶段练习)已知椭圆离心率,设点M和N分别是椭圆上不同的两动点.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)若直线MN过点,且,线段MN的中点为P,求直线OP的斜率的取值范围.
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)因为,
故椭圆C的标准方程为;
(2)由题意可知直线MN的斜率存在且不为0,设其方程为,
联立,得,
由,得;
设,则,
则,
因为,所以,
即,
设直线OP的斜率为,
因为,两式相减得,即,
则,
故直线OP的斜率的取值范围为.
变式1.(25-26高二上·安徽阜阳·阶段练习)已知椭圆的右焦点为,点在直线上,,为坐标原点,则=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【详解】设,则,
因为,所以,所以,
所以,
故选:C.
变式2.(24-25高二上·四川巴中·阶段练习)已知椭圆的右顶点为A,左焦点为F,若该椭圆的上顶点到焦点的距离为2,离心率,若点M为椭圆上任意一点,则的取值范围是 .
【答案】
【详解】因为椭圆的上顶点到焦点的距离为2,所以,
因为离心率,所以,所以,所以椭圆的方程为.
设,则,
因为,所以
.
因为,所以,即的取值范围是.
故答案为:
变式3.(24-25高二上·甘肃陇南·阶段练习)已知,是椭圆的两个焦点,是椭圆上在第一象限内的点,若的面积为,则 .
【答案】/0.25
【详解】
由题知,,则,则,
则,,,.
故答案为:.
变式4.(24-25高二上·浙江绍兴·期中)已知点在椭圆上,过点作斜率为1的直线与椭圆交于A,B两点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)求的值.
【答案】(1);
(2).
【详解】(1)由题意,故椭圆方程为;
(2)由题意,联立椭圆方程得,
整理得,显然,则,,
所以,
由.
变式5.(24-25高二下·上海·期中)已知椭圆的左、右焦点分别为,,点,过点且与垂直的直线交轴负半轴于点,且.
(1)求证:是等边三角形;
(2)若过、、三点的圆恰好与直线相切,求此时椭圆的方程;
(3)若,直线过且与椭圆交于,两点,,且,求的斜率.
【答案】(1)证明见解析
(2)
(3)
【详解】(1)设,由,,
则,,
因为,所以,解得:,
故,由,,
则,即,
所以,则,
又因为,所以是等边三角形;
(2)由(1)知,,故,此时点,
又为直角三角形,故其外接圆圆心为,半径为,
所以,解得:,,,
所以椭圆的方程为:
(3)若,则,,
所以椭圆的方程为:
则,,,
①当直线与轴重合时,则,,所以,不满足题意.
②设直线方程为,,,
则,,,
则
由,化简得:,
则有,
因为,
所以,
因为,,化简得:,
即,
即,则,
所以直线的斜率
2
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圆锥曲线:以椭圆为背景的面积问题、斜率问题、向量问题专项训练
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以椭圆为背景的面积问题
以椭圆为背景的斜率问题
以椭圆为背景的向量问题
考点一 以椭圆为背景的面积问题
例1.(24-25高三上·甘肃白银·阶段练习)在直角坐标系中,,分别是,轴上一点,且.动点满足,点的轨迹为.
(1)求曲线的方程;
(2)过点的直线与曲线交于,两点,求面积的最大值.
例2.(24-25高二上·新疆乌鲁木齐·期末)已知焦点在x轴上的椭圆C的长轴长是短轴长的3倍,且椭圆C经过点,过点的直线l交椭圆C于A,B两点.
(1)求椭圆C的标准方程与离心率;
(2)当直线l的倾斜角是时,求的面积.
例3.(24-25高三上·贵州铜仁·期末)在平面直角坐标系中,椭圆的离心率是,上的点到两焦点的距离之和等于4.
(1)求椭圆的方程;
(2)过焦点作斜率为1的直线与椭圆相交于两点.求的面积.
例4.(24-25高三上·河南漯河·期末)已知椭圆的离心率为,且过点为坐标原点,为椭圆的右顶点.
(1)求的方程;
(2)过点斜率为的直线交椭圆于另一点,求的面积;
(3)在(2)的条件下,若点为椭圆上不与点重合的点,且的面积与的面积相等,求点的坐标.
变式1.(24-25高二下·浙江丽水·期末)已知椭圆的方程为,椭圆的左、右焦点分别为、,过的直线与椭圆交于P、Q两点(P、Q均不在x轴上).
(1)若椭圆的离心率为,求的值;
(2)若,左顶点为,求的面积的最大值.
变式2.(2025·贵州黔南·三模)已知,分别是椭圆的左、右焦点,,分别是椭圆的左、右顶点,点,在椭圆上,且不与两点重合.
(1)当四边形为平行四边形时,请写出点,的位置关系(说明理由即可,不需证明).
(2)在(1)的条件下,若,且.
(i)求椭圆的方程;
(ii)若点在直线上,且,,求的面积.
变式3.(24-25高二下·河南濮阳·期末)已知椭圆的离心率为,上顶点为.
(1)求的方程;
(2)过点的直线与交于两点,点在第二象限,点在轴的下方,直线分别与轴交于点.
(ⅰ)证明:;
(ⅱ)求四边形面积的最大值.
变式4.(24-25高三下·云南·期中)已知动点到点 的距离和它到直线 的距离的比为 ,记点 的轨迹为曲线 .
(1)求 的方程;
(2)若 分别与 轴正半轴交于点 ,与 轴正半轴交于点 ,点 为 上任一点且在第三象限. 设 与 轴交于点 与 轴交于点 ,求四边形 的面积.
考点二 以椭圆为背景的斜率问题
例1.(2025·贵州黔南·模拟预测)如图,圆是圆内一个定点,是圆上任意一点.线段的垂直平分线和半径相交于点,当点在圆上运动时,记动点的轨迹为曲线.
(1)求曲线的方程;
(2)设曲线与轴从左到右的交点为点,点为曲线上异于的动点,设交直线于点,连结交曲线于点,直线的斜率分别为.
(ⅰ)求证:为定值;
(ⅱ)证明:直线经过轴上的定点,并求出该定点的坐标.
例2.(24-25高二下·湖南邵阳·期末)已知椭圆:的长轴长为4,离心率,过E的右焦点F且不与y轴垂直的直线与椭圆E相交于A,B两点.
(1)求E的标准方程;
(2)若点,设直线的斜率分别为,求证:;
(3)若点C,D分别为E的左、右顶点,直线与的交点为Q,求点Q的轨迹方程.
例3.(2025·四川绵阳·模拟预测)在平面直角坐标系中,为坐标原点,椭圆的左,右焦点分别为,,抛物线的焦点为,,的面积为1.
(1)求椭圆、抛物线的标准方程;
(2)过点的直线分别与抛物线交于,两点,与椭圆交于,两点,设直线的斜率分别是,,,.证明:为定值.
变式1.(25-26高三上·四川南充·阶段练习)已知椭圆:的两个焦点与短轴的一个端点是等腰直角三角形的三个顶点,且椭圆过,直线:与椭圆交于、.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设直线、的斜率分别为、,求两直线斜率的值.
变式2.(25-26高三上·重庆·阶段练习)已知点为椭圆上的动点,为过点且垂直于轴的直线上一点,且点纵坐标为点纵坐标的2倍.
(1)求点的轨迹;
(2)过点作斜率为的直线交于点,且点在以为直径的圆外,求的取值范围.
变式3.(2025·河北·模拟预测)椭圆的右焦点与抛物线的焦点相同,点为与的一个交点.
(1)求椭圆与抛物线的方程;
(2)抛物线的切线与椭圆交于,两点.
(i)求直线斜率的取值范围;
(ii)已知点,求面积的最大值.
变式4.(25-26高三上·安徽·开学考试)已知椭圆:过点,其离心率为.四边形的顶点均在椭圆上,直线过的左焦点,对角线,交点为椭圆的右焦点.
(1)求椭圆的方程;
(2)若,的斜率存在且分别为,,求证:为定值;
(3)过点作,垂足为,求的最大值.
考点三 以椭圆为背景的向量问题
例1.(2024·福建泉州·模拟预测)椭圆的左、右焦点分别为为椭圆上第一象限内的一点,且与轴相交于点,离心率,若,则( )
A. B. C. D.
例2.(24-25高二上·重庆·期中)椭圆的右顶点为A,上顶点为,,点为椭圆上一点且,则的值为( )
A. B. C. D.2
例3.(2024·上海闵行·一模)已知、分别为椭圆的左、右焦点,过的直线交椭圆于、两点.若,则 .
例4.(2024·浙江温州·模拟预测)椭圆的右焦点是F, 过F的直线交椭圆C于A,B两点.点O是坐标原点,若直线AB上存在异于F的点P,使得,则的取值范围是 .
例5.(24-25高二上·黑龙江哈尔滨·阶段练习)在平面直角坐标系中,已知椭圆的离心率为,且过点.
(1)求椭圆的方程;
(2)设过点的直线与椭圆交于不同的两点,且,求直线的斜率.
例6.(24-25高二上·福建莆田·阶段练习)已知椭圆离心率,设点M和N分别是椭圆上不同的两动点.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)若直线MN过点,且,线段MN的中点为P,求直线OP的斜率的取值范围.
变式1.(25-26高二上·安徽阜阳·阶段练习)已知椭圆的右焦点为,点在直线上,,为坐标原点,则=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
变式2.(24-25高二上·四川巴中·阶段练习)已知椭圆的右顶点为A,左焦点为F,若该椭圆的上顶点到焦点的距离为2,离心率,若点M为椭圆上任意一点,则的取值范围是 .
变式3.(24-25高二上·甘肃陇南·阶段练习)已知,是椭圆的两个焦点,是椭圆上在第一象限内的点,若的面积为,则 .
变式4.(24-25高二上·浙江绍兴·期中)已知点在椭圆上,过点作斜率为1的直线与椭圆交于A,B两点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)求的值.
变式5.(24-25高二下·上海·期中)已知椭圆的左、右焦点分别为,,点,过点且与垂直的直线交轴负半轴于点,且.
(1)求证:是等边三角形;
(2)若过、、三点的圆恰好与直线相切,求此时椭圆的方程;
(3)若,直线过且与椭圆交于,两点,,且,求的斜率.
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