题目
如图所示,当篮球放在桌面上并被斜上方一个灯泡 (当成质点)发出的光线照射后,在桌面上留下的影子是椭圆,且篮球与桌面的接触点是椭圆的右焦点。假设篮球的半径为 ,灯泡与桌面的距离为 ,灯泡垂直照射在平面上的点为 ,椭圆的右顶点到 点的距离为 ,则此时椭圆的离心率 等于 __。

参考解答
解析:
以 为坐标原点,沿桌面向右为 轴正方向,竖直向上为 轴正方向建立平面直角坐标系。
由球的半径为 且与桌面相切,球心 在接触点 的正上方 处。设 ,则
由题意
第一步:由相切条件求
直线 的斜率为
故直线 的方程为
因为 是光线与球相切的一条直线,所以球心 到 的距离等于半径 :
解得
因为 是椭圆的右焦点、 是右顶点,所以 在 的左侧,即 ,故舍去 ,得
于是
即
第二步:由另一条切线的斜率求
设直线 的方程为
即
同样由相切得球心 到 的距离为 :
两边平方并整理:
即
解得
或
因为 ,而 与 是两条不同的切线( 与 是椭圆的两个不同顶点),故
此时直线 为
令 ,得 ,即
于是
即
第三步:求离心率
由
解得
所以
补充说明:
一是原解析在计算 时写作 与 ,按直线方程 代入点 应为 ;据此得到两个根,其中 不满足 ,应舍去,原解析未写明这一舍根理由。
二是 与 相同,说明此时 与 是同一条切线, 与 重合、影子退化,故舍去;原解析只写"因 PN 的斜率小于 PR 的斜率",可以补上这一几何解释。
三是所得 、 满足
影子确为椭圆;数值验证也给出影子椭圆的顶点恰为 与 、焦点为 ,与题设一致。
答案: