(1)证明:设C(x 1,y 1)D(x 2,y 2)E(x 0,y 0),则
x 1 2
a 2 +
y 1 2
b 2 =1 (1) ,
x 2 2
a 2 +
y 2 2
b 2 =1 (2)
两式相减得
( x 1 - x 2 )( x 1 + x 2 )
a 2 +
( y 1 - y 2 )( y 1 + y 2 )
b 2 =0
即
2 x 0 ( x 1 - x 2 )
a 2 +
2 y 0 ( y 1 - y 2 )
b 2 =0 …(3分)
∴ k 1 =
y 1 - y 2
x 1 - x 2 =
- b 2 • x 0
a 2 • y 0 =-
b 2
a 2 • k 2
∴ k 1 • k 2 =-
b 2
a 2 …(7分)
(2)逆命题:设直线L 1:y=k 1x+p交椭圆 Γ:
x 2
a 2 +
y 2
b 2 =1 (a>b>0) 于C、D两点,交直线L 2:y=k 2x于点E.若 k 1 • k 2 =-
b 2
a 2 ,则E为CD的中点.…(9分)
证法一:由方程组
y= k 1 x+p
x 2
a 2 +
y 2
b 2 =1 ⇒( b 2 + a 2
k 21 ) x 2 +2 k 1 p a 2 x+ a 2 p 2 - a 2 b 2 =0 …(10分)
因为直线L 1:y=k 1x+p交椭圆C、D于C、D两点,
所以△>0,即 a 2
k 21 + b 2 - p 2 >0 ,设C(x 1,y 1)、D(x 2,y 2)、E(x 0,y 0)
则∴ x 0 =
x 1 + x 2
2 =
- k 1 p a 2
b 2 + a 2
k 21 , y 0 =
y 1 + y 2
2 =
p b 2
b 2 + a 2
k 21 …(12分)
y= k 1 x+p
y= k 2 x ⇒
x=
p
k 2 - k 1
y= k 2 x
又因为 k 1 • k 2 =-
b 2
a 2 ,所以
x=
p
k 2 - k 1 =
- a 2 k 1 p
b 2 + a 2
k 21 = x 0
y= k 2 x=
b 2 p
b 2 + a 2
k 21 = y 0 ,故E为CD的中点.…(14分)
证法二:设C(x 1,y 1)D(x 2,y 2)E(x 0,y 0)
则
x 1 2
a 2 +
y 1 2
b 2 =1 (1) ,
x 2 2
a 2 +
y 2 2
b 2 =1 (2)
两式相减得
( x 1 - x 2 )( x 1 + x 2 )
a 2 +
( y 1 - y 2 )( y 1 + y 2 )
b 2 =0
即 k 1 =
y 1 - y 2
x 1 - x 2 =
- b 2 •( x 1 + x 2 )
a 2 •( y 1 + y 2 ) …(9分)
又∵ k 1 • k 2 =-
b 2
a 2 , k 2 =
y 0
x 0 ,
y 1 + y 2
x 1 + x 2 =
x 0
y 0 即
k 1 x 1 +p+ k 2 x 2 +p
x 1 + x 2 =
k x 0 +p
x 0 …(12分)∴ k 1 +
2p
x 1 + x 2 = k 1 +
p
x 0
得x 1+x 2=2x 0∴y 1+y 2=2y 0,即E为CD的中点.…(14分)
(3)设直线L 1:y=k 1x+p,p≠0交双曲线 Γ:
x 2
a 2 -
y 2
b 2 =1 (a>0 ,b>0) 于C、D两点,交直线L 2:y=k 2x于点E.
则E为CD中点的充要条件是 k 1 • k 2 =
b 2
a 2 .…(16分)