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设椭圆C:(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,上顶点为A,过点A与AF2垂直的直线交x轴负半轴于点Q,且,若过A,Q,F2三点的圆恰好与直线l:相切.过定点M(0,2)的直线l1与椭圆C交于G,H两点(点G在点M,H之间).
(Ⅰ)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)设直线l1的斜率k>0,在x轴上是否存在点P(m,0),使得以PG,PH为邻边的平行四边形是菱形.如果存在,求出m的取值范围,如果不存在,请说明理由;
(Ⅲ)若实数λ满足,求λ的取值范围.

【答案】分析:(I)因为,知a,c的一个方程,再利用△AQF的外接圆得出另一个方程,解这两个方程组成的方程组即可求得所求椭圆方程;
(II)由(I)知设l1的方程为y=kx+2,将直线的方程代入椭圆的方程,消去y得到关于x的一元二次方程,再结合根系数的关系利用向量的坐标表示即可求得满足题意的点P且m的取值范围.
(Ⅲ)先分两种情况讨论:①当直线l1斜率存在时,设直线l1方程为y=kx+2,代入椭圆方程消去y得到关于x的一元二次方程,再结合根系数的关系利用向量的坐标表示即可求得满足题意的λ的取值范围;②又当直线l1斜率不存在时,直线l1的方程为x=0,同样利用向量的坐标运算求λ的取值范围.
解答:解:(Ⅰ)因为,
所以F1为F2Q中点.
设Q的坐标为(-3c,0),
因为AQ⊥AF2,所以b2=3c×c=3c2,a2=4c×c=4c2,
且过A,Q,F2三点的圆的圆心为F1(-c,0),半径为2c.(2分)
因为该圆与直线l相切,所以.
解得c=1,所以a=2,.
故所求椭圆方程为.(4分)
(Ⅱ)设l1的方程为y=kx+2(k>0),
由得(3+4k2)x2+16kx+4=0.
设G(x1,y1),H(x2,y2),则.(5分)
所以=(x1+x2-2m,y1+y2).
=(x1+x2-2m,k(x1+x2)+4).
由于菱形对角线互相垂直,则.(6分)
所以(x2-x1)[(x1+x2)-2m]+k(x2-x1)[k(x1+x2)+4]=0.
故(x2-x1)[(x1+x2)-2m+k2(x1+x2)+4k]=0.
因为k>0,所以x2-x1≠0.
所以(x1+x2)-2m+k2(x1+x2)+4k=0
即(1+k2)(x1+x2)+4k-2m=0.
所以
解得.即.
因为k>0,所以.
故存在满足题意的点P且m的取值范围是.(8分)
(Ⅲ)①当直线l1斜率存在时,
设直线l1方程为y=kx+2,代入椭圆方程
得(3+4k2)x2+16kx+4=0.
由△>0,得.(9分)
设G(x1,y1),H(x2,y2),
则,.
又,所以(x1,y1-2)=λ(x2,y2-2).所以x1=λx2.(10分)
所以x1+x2=(1+λ)x2,x1x2=λx22.
所以.将上式代入整理得:
.(11分)
因为,所以.即.
所以.
解得.
又0<λ<1,所以.(13分)
②又当直线l1斜率不存在时,直线l1的方程为x=0,
此时,,,,,所以.所以,即所求λ的取值范围是.(14分)
点评:当直线与圆锥曲线相交时   涉及弦长问题,常用“韦达定理法”设而不求计算弦长(即应用弦长公式);涉及弦长的中点问题,常用“点差法”设而不求,将弦所在直线的斜率、弦的中点坐标联系起来,相互转化   同时还应充分挖掘题目的隐含条件,寻找量与量间的关系灵活转化,往往就能事半功倍.
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