2022 新高考Ⅱ卷 - 第16题 (填空题)

椭圆点差法与中点弦直线方程
前置知识回顾:公式与定理 (点击展开)
  • 点差法核心结论: 设椭圆 \( \frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1 \),弦 \( AB \) 的中点为 \( E(x_0, y_0) \),则弦斜率与中点斜率满足 \( k_{AB} \cdot k_{OE} = -\frac{b^2}{a^2} \)。
  • 线段等长中点重合性质: 若 \( |MA| = |NB| \),则线段 \( AB \) 的中点与线段 \( MN \) 的中点重合。

16. 已知直线 \( l \) 与椭圆 \( \frac{x^2}{6} + \frac{y^2}{3} = 1 \) 在第一象限交于 \( A, B \) 两点,\( l \) 与 \( x \) 轴,\( y \) 轴分别交于 \( M, N \) 两点,且 \( |MA| = |NB|, |MN| = 2\sqrt{3} \),则 \( l \) 的方程为___________.

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思路与规范推导

破题思路全景图

由 |MA| = |NB| 得出 AB 中点 E 与截距段 MN 中点完全重合
设直线方程 y = kx + m (k < 0, m > 0),求出中点坐标 E(-m/(2k), m/2)
对椭圆弦 AB 运用点差法:k_AB · k_OE = -b²/a² = -3/6 = -1/2
由 k_OE = -k 推出 (-k)·k = -1/2 得到 k = -√2/2
利用弦长 |MN| = m√(1 + 1/k²) = √3m = 2√3 解出 m = 2
化简一般式方程:x + √2y - 2√2 = 0 填入答案

单行道严密推导流

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第一步:几何对称性分析中点坐标

因为 \( M, A, B, N \) 四点在同一直线 \( l \) 上,且 \( |MA| = |NB| \),说明线段 \( AB \) 的中点 \( E \) 与线段 \( MN \) 的中点重合!

设直线 \( l \) 的斜截式方程为 \( y = kx + m \)(因在第一象限相交,易知 \( k < 0, m > 0 \))。

令 \( y = 0 \implies x_M = -\frac{m}{k} \),令 \( x = 0 \implies y_N = m \)。

因此中点 \( E \) 的坐标为:

\[ E\left(-\frac{m}{2k}, \frac{m}{2}\right) \]

第二步:点差法求解斜率 \( k \)

设 \( A(x_1, y_1), B(x_2, y_2) \),代入椭圆方程 \( \frac{x^2}{6} + \frac{y^2}{3} = 1 \):

\[ \frac{x_1^2}{6} + \frac{y_1^2}{3} = 1, \quad \frac{x_2^2}{6} + \frac{y_2^2}{3} = 1 \]

两式作差得:

\[ \frac{(x_1 - x_2)(x_1 + x_2)}{6} + \frac{(y_1 - y_2)(y_1 + y_2)}{3} = 0 \implies \frac{y_1 - y_2}{x_1 - x_2} \cdot \frac{y_1 + y_2}{x_1 + x_2} = -\frac{3}{6} = -\frac{1}{2} \]

即 \( k_{AB} \cdot k_{OE} = -\frac{1}{2} \)。

因为中点 \( E \) 的斜率 \( k_{OE} = \frac{\frac{m}{2}}{-\frac{m}{2k}} = -k \),且 \( k_{AB} = k \),所以:

\[ k \times (-k) = -\frac{1}{2} \implies -k^2 = -\frac{1}{2} \implies k^2 = \frac{1}{2} \]

由于直线斜率 \( k < 0 \),故解得:\( k = -\frac{\sqrt{2}}{2} \)。

第三步:利用弦长 \( |MN| \) 求解截距 \( m \)

由勾股定理:

\[ |MN|^2 = x_M^2 + y_N^2 = \left(-\frac{m}{k}\right)^2 + m^2 = m^2\left(\frac{1}{k^2} + 1\right) \]

代入 \( k^2 = \frac{1}{2} \) 得 \( \frac{1}{k^2} + 1 = 2 + 1 = 3 \)。

因为 \( |MN| = 2\sqrt{3} \),所以:

\[ |MN|^2 = 3m^2 = (2\sqrt{3})^2 = 12 \implies m^2 = 4 \implies m = 2 \]

因此直线 \( l \) 的方程为 \( y = -\frac{\sqrt{2}}{2}x + 2 \),去分母整理为一般式:

\[ x + \sqrt{2}y - 2\sqrt{2} = 0 \]

易错分水岭警示

忘记中点重合: 没看出 \( |MA| = |NB| \) 意味着中点相同,盲目联立韦达定理导致计算陷入泥潭。

斜率开方漏负号: 忘记直线向右下倾斜必须满足 \( k < 0 \),错算成 \( k = \frac{\sqrt{2}}{2} \)。

最终答案核对

解析阅读完毕,点击核对最终答案
x + √2y - 2√2 = 0

核心模型与结论

椭圆中点弦“点差法与外接轴截距对偶”模型:\( k_{AB} \cdot k_{OE} = -\frac{b^2}{a^2} \)。当截距端点与弦端点外对称时,必有 \( k_{OE} = -k \),直接导出 \( k^2 = \frac{b^2}{a^2} \) 的终极秒杀结论!

易错警示与避坑

一般方程根号系数化简错误!写成 \( \sqrt{2}x + 2y - 4 = 0 \) 或 \( x + \sqrt{2}y - 2\sqrt{2} = 0 \) 均可,但分式符号不可写错。

高分技法与秒杀

终极秒杀公式:对椭圆中点与截距对称问题,恒有 \( k^2 = \frac{b^2}{a^2} \implies k = -\frac{b}{a} = -\frac{\sqrt{3}}{\sqrt{6}} = -\frac{\sqrt{2}}{2} \)!截距 \( m = |MN| \cdot \frac{b}{\sqrt{a^2+b^2}} \dots \) 直接 30 秒写出方程,全场最快!

诊断与进阶指南

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