解题思路:(1)依题意,设椭圆C的方程为
x
2
a
2
+
y
2
b
2
=1
,c=1.再利用|PF1|、|F1F2|、|PF2|构成等差数列,即可得到a,利用b2=a2-c2得到a即可得到椭圆的方程;
(2)将直线l的方程y=kx+m代入椭圆C的方程3x2+4y2=12中,得到关于x的一元二次方程,由直线l与椭圆C仅有一个公共点知,△=0,即可得到m,k的关系式,利用点到直线的距离公式即可得到d1=|F1M|,d2=|F2N|.
法一:当k≠0时,设直线l的倾斜角为θ,则|d1-d2|=|MN|×|tanθ|,即可得到四边形F1MNF2面积S的表达式,利用基本不等式的性质即可得出S的最大值;
法二:利用d1及d2表示出
d
2
1
+
d
2
2
及d1d2,进而得到
S
2
=
1
k
2
+1
(
d
1
2
+
d
2
2
+2
d
1
d
2
)=
16
k
2
+12
(
k
2
+1)
2
,再利用二次函数的单调性即可得出其最大值.
(1)依题意,设椭圆C的方程为
x2
a2+
y2
b2=1.
∵|PF1|、|F1F2|、|PF2|构成等差数列,∴2a=|PF1|+|PF2|=2|F1F2|=4,a=2.
又∵c=1,∴b2=3.∴椭圆C的方程为
x2
4+
y2
3=1.
(2)将直线l的方程y=kx+m代入椭圆C的方程3x2+4y2=12中,得(4k2+3)x2+8kmx+4m2-12=0.
由直线l与椭圆C仅有一个公共点知,△=64k2m2-4(4k2+3)(4m2-12)=0,
化简得:m2=4k2+3.
设d1=|F1M|=
|−k+m|
k2+1,d2=|F2N|=
|k+m|
k2+1,
法一:当k≠0时,设直线l的倾斜角为θ,
则|d1-d2|=|MN|×|tanθ|,
∴|MN|=|
d1−d2
k|,S=
1
2|
d1−d2
k|(d1+d2)=|
d12−d22
2k|=
2|m|
k2+1=
2|m|
m2−3
4+1=
8
|m|+
1
|m|,
∵m2=4k2+3,∴当k≠0时,|m|>
3,|m|+
1
|m|>
3+
1
3=
4
3
3,S<2
3.
当k=0时,四边形F1MNF2是矩形,S=2
3.
所以四边形F1MNF2面积S的最大值为2
3.
法二:∵d12+d22=(
|−k+m|
k2+1)2+(
|k+m|
k2+1)2=
2(m2+k2)
k2+1=
2(5k2+3)
k2+1,d1d2=
|−k+m|
k2+1•
|k+m|
k2+1=
|m2−k2|
k2+1=
3k2+3
k2+1=3.
∴|MN|=
F1F22−(d1−d2)2=
4−(d12+d22−2d1d2)=
2
k2+1.
四边形F1MNF2的面积S=
1
2|MN|(d1+d2)=
1
k2+1(d1+d2),
S2=
1
k2+1(d12+d22+2d1d2)=
16k2+12
(k2+1)2=16−4(
1
k2+1−2)2≤12.
当且仅当k=0时,S2=12,S=2
3,故Smax=2
3.
所以四边形F1MNF2的面积S的最大值为2
3.
点评:
本题考点: 直线与圆锥曲线的综合问题;数列与解析几何的综合;椭圆的简单性质.
考点点评: 本题主要考查椭圆的方程与性质、直线方程、直线与椭圆的位置关系、等差数列、二次函数的单调性、基本不等式的性质等基础知识,考查运算能力、推理论证以及分析问题、解决问题的能力,考查数形结合、化归与转化思想.