基本不等式法解圆锥曲线中的最值和范围问题

方法四 基本不等式法

基本不等式法解圆锥曲线中的最值和范围问题

解题步骤:

第一步 将所求最值的量用变量表示出来,
第二步 用基本不等式求这个表达式的最值,并且使用基本不等式求出最值.

【例】已知椭圆M:\dfrac{x^2}{a^2}+\dfrac{y^2}{3}=1(a>0):的一个焦点为F(-1,0),左右顶点分别为AB. 经过点F的直线l与椭圆交于CD两点.
(Ⅰ)求椭圆方程;
(Ⅱ)当直线l的倾斜角为45^\circ时,求线段CD的长;
(Ⅲ)记\triangle ABD\triangle ABC的面积分别为S_1S_2,求|S_1-S_2|的最大值.

【解析】

(I)因为F(-1,0)为椭圆的焦点,所以c=1

b^2=3,所以a^2=4

所以椭圆方程为\dfrac{x^2}{4}+\dfrac{y^2}{3}=1.

(Ⅱ)因为直线的倾斜角为45^\circ,所以直线的斜率为1

所以直线方程为y=x+1,和椭圆方程联立得到

\begin{cases}\dfrac{x^2}{4}+\dfrac{y^2}{3}=1 \\y=x+1 \end{cases},消掉y,得到7x^2+8x-8=0

所以\Delta=288x_1+x_2=-\dfrac{8}{7}x_1 x_2=\dfrac{8}{7}

所以|CD|=\sqrt{1+k^2}|x_1-x_2|=\dfrac{24}{7}

(Ⅲ)当直线l无斜率时,直线方程为x=-1

此时D\left(-1,\dfrac{3}{2}\right)C\left(-1,-\dfrac{3}{2}\right)

\triangle ABD\triangle ABC面积相等,|S_1-S_2|=0

当直线l斜率存在(显然k \neq 0)时,设直线方程为y=k(x+1)(k \neq 0)

C(x_1,y_1)D(x_2,y_2)

和椭圆方程联立得到\begin{cases}\dfrac{x^2}{4}+\dfrac{y^2}{3}=1 \\y=k(x+1) \end{cases}

消掉y,得到(3+3k^2)x^2+8k^2x-12=0

显然\Delta >0,方程有根,

x_1+x_2=-\dfrac{8k^2}{3+4k^2}x_1x_2=-\dfrac{4k^2-12}{3+4k^2}

此时|S_1-S_2|=2||y_2|-|y_1||=2|k(x_2+1)+k(x_1+1)|
=2|k(x_2+x_1)+2k|=\dfrac{12|k|}{3+3k}
因为k\neq 0
上式=\dfrac{12}{\dfrac{3}{|k|}+4|k|} \leqslant \dfrac{12}{2\sqrt{\dfrac{3}{|k|} \cdot 4|k|}}=\dfrac{12}{2\sqrt{12}}=\sqrt{3},(k=\pm \dfrac{\sqrt{3}}{2}时等号成立),
所以的最大值为\sqrt{3}

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