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105_02M_q16
105 學測數學 第 16 題
📅 105 年
📝 學測數學
第 16 題
題型:選填
課綱:99課綱
從橢圓 $\Gamma$ 的兩焦點分別作垂直於長軸的直線,交橢圓於四點。已知連此四點得一個邊長為 $2$ 的正方形,則 $\Gamma$ 的長軸長為 ____ 。
橢圓的定義與標準式
橢圓的焦點與長短軸關係
坐標幾何
二次曲線
解題手法
公式代入
〔AI 推測〕
答案
$1 + \sqrt{5}$
選填題
詳解
1. 設標準橢圓方程式為 $$\Gamma: \dfrac{x^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1$$,其中 $a > b > 0$。兩焦點為 $F_1(c, 0)$ 與 $F_2(-c, 0)$,滿足 $$c^2 = a^2 - b^2$$。 2. 過焦點且垂直長軸($x$ 軸)的直線方程式為 $x = \pm c$。將 $x = c$ 代入橢圓方程式: $$\dfrac{c^2}{a^2} + \dfrac{y^2}{b^2} = 1 \implies \dfrac{y^2}{b^2} = 1 - \dfrac{c^2}{a^2} = \dfrac{a^2-c^2}{a^2} = \dfrac{b^2}{a^2} \implies y = \pm \dfrac{b^2}{a}$$。 因此,四個交點為:$$(c, b^2/a), (c, -b^2/a), (-c, b^2/a), (-c, -b^2/a)$$。 3. 這四個點所構成的矩形: - 水平邊長為 $2c$ - 垂直邊長為 $$2 \cdot \dfrac{b^2}{a}$$。 已知此四點連線構成一個邊長為 $2$ 的正方形,故: - $$2c = 2 \implies c = 1$$ - $$2 \cdot \dfrac{b^2}{a} = 2 \implies \dfrac{b^2}{a} = 1 \implies b^2 = a$$。 4. 將 $c = 1$ 且 $b^2 = a$ 代入關係式 $$c^2 = a^2 - b^2$$: $$1^2 = a^2 - a \implies a^2 - a - 1 = 0$$。 由求根公式解得 $$a = \dfrac{1 + \sqrt{5}}{2}$$(負根不合,因 $a > 0$)。 5. 我們要計算橢圓的長軸長為 $2a$: $$\text{長軸長} = 2a = 2 \cdot \dfrac{1 + \sqrt{5}}{2} = 1 + \sqrt{5}$$。 這符合 $$\text{\textcircled{18}} + \sqrt{\text{\textcircled{19}}}$$ 形式,對應 $1 + \sqrt{5}$。
題目來源:
大學入學考試中心公開試題。
解析狀態:
本解析由 AI 輔助產出,未經人工審核,非官方詳解,僅供學習參考。如與官方公告不同,請以官方公告為準。