题目
已知 、 分别是椭圆 的左、右焦点, 是 上异于左、右顶点的动点,记 内切圆的面积为 ,外接圆的面积为 ,若 的最小值为 ,则 的离心率为 __。
参考解答
解析:
设 ∠F₁PF₂ = θ,记 PF₁ = m,PF₂ = n,则
第一步:用 、 表示
由余弦定理
所以
第二步:求内切圆半径
又 △PF₁F₂ 的周长为
所以内切圆半径为
第三步:求外接圆半径
在 △PF₁F₂ 中,由正弦定理
其中 为外接圆半径,所以
第四步:写出面积比
利用 、,得
第五步:求最小值
由 与 得
又由 及均值不等式
所以
即
当 (即 为短轴端点)时取等号。
于是
所以
第六步:求离心率
由上式得
代入 :
因为 ,两边约去 :
所以
补充说明:
一是 的来历:由第一步 ,代入半角公式 即得。
二是 的等号条件: 固定时,乘积在 时最大,此时 为短轴端点, 取到最大值,也就是 S₂/S₁ 取到最小值。
三是与原解析的对照:原解析把 乘开后得到 ,化为 ,因式分解为 ,再由 得 ;本解先约去 再配方,殊途同归,且更直接。
四是数值检验:取 时, 对应 , 在短轴端点处
而 与 时最小值均为 , 与 时均为 ,只有 时恰为 。
答案: