Question

如图，已知椭圆的右焦点为F，过F的直线（非x轴）交椭圆于M、N两点，右准线l交x轴于点K，左顶点为A．
（1）求证：KF平分∠MKN；
（2）直线AM、AN分别交准线l于点P、Q，设直线MN的倾斜角为θ，试用θ表示线段PQ的长度|PQ|，并求|PQ|的最小值．

Answer

（1）法一：几何法，分别过M和N点作准线的垂线，并设出对应的垂足，根据直角梯形列出比例关系，再由椭圆的第二定义，将到焦点的距离之比转化到对应准线的距离之比，判断出∠KMM1=∠KNN1，再由内错角相等得到∠MKF=∠NKF，即得到证明；
法二：代数法，根据题意设直线MN的方程为x=my+1，再设出点M、N的坐标，联立直线和椭圆的方程，消去x得到关于y的一个二次方程，根据韦达定理表示出y1+y2和y1y2，再代入斜率公式，进行证明；
（2）由题意求出点A和右准线的方程，并设出四点M、N、P和Q的坐标，根据A，M，P三点共线得到对应的斜率相等，求出点P和Q的坐标，联立直线和椭圆的方程，消去x得到关于y的一个二次方程，根据韦达定理表示出y1+y2和y1y2，再代入两点之间的距离公式，化简后用m表示|PQ|，再把m用cotθ表示，利用三角恒等变换公式和θ∈（0，π），求出最小值．
【解析】
（1）法一：作MM1⊥l于M1，
NN1⊥l于N1，则，
由椭圆的第二定义，有，
∴，
∴∠KMM1=∠KNN1，即∠MKF=∠NKF，
∴KF平分∠MKN．
法二：设直线MN的方程为x=my+1，
设M、N的坐标分别为（x1，y1），（x2，y2），
由得，（3m2+4）y2+6my-9=0，
∴
设KM和KN的斜率分别为k1，k2，显然只需证k1+k2=0即可．
∵K（4，0），∴
而x2y1+x1y2-4（y1+y2）=（my2+1）y1+（my1+1）y2-4（y1+y2）
=，
即k1+k2=0得证，故KF平分∠MKN．
（2）设M、N的坐标分别为（x1，y1），（x2，y2），
由题意知，A（-2，0），右准线的方程：x==4，
故令P（4，yp），Q（4，yq），
∵A，M，P三点共线，∴kAP=kAM，即，得yp=，即P点为
由A，N，Q三点共线，同理可求出Q点为，
设直线MN的方程为x=my+1．由得，（3m2+4）y2+6my-9=0，
∴，

则
=
又∵直线MN的倾斜角为θ，则m=cotθ，θ∈（0，π），
∴，
∴时，|PQ|min=6．