Cho elip \((E):\frac{{{x^2}}}{4} + \frac{{{y^2}}}{1} = 1\) với hai tiêu điểm \({F_1},{F_2}\). Tìm tọa độ điểm \(M\) thuộc \((E)\) sao cho góc $\widehat{F_{1}M{F}_2}={60}^{°}$.

a) Phương trình chính tác của đường elip là: \(\frac{{{x^2}}}{{{5^2}}} + \frac{{{y^2}}}{{{3^2}}} = 1 \Leftrightarrow \frac{{{x^2}}}{{25}} + \frac{{{y^2}}}{9} = 1\).

b) Ta có: \(a = 5,b = 3\) nên \({c^2} = {a^2} - {b^2} = 25 - 9 = 16\), suy ra \(c = 4\).

Các tiêu điểm của elip có toạ độ là \(( - 4;0)\) và \((4;0)\).

Vậy \(M\) và \(N\) chính là các tiêu điểm của elip. Vì vậy, tổng khoảng cách từ mọi điểm trên đường elip đến \(M\) và \(N\) luôn bằng \(2a = 10\;m\) không đổi.

c) Gọi giao điểm của đường thẳng \(OP\) và elip là \(Q\).

Vì độ dài bán trục lớn là \(5\;m\) nên \(OQ \le 5\). Suy ra \(OQ < OP = 6\;m\).

Vậy vị trí \(P\) ở ngoài hồ.

d) Giả sử \(C\left( {{x_0};{y_0}} \right)\). Ta có: \(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{\frac{{x_0^2}}{{25}} + \frac{{y_0^2}}{9} = 1}\\{|{y_0}| = 2}\end{array} \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{\frac{{x_0^2}}{{25}} + \frac{4}{9} = 1}\\{|{y_0}| = 2}\end{array} \Rightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}{\left| {{x_0}} \right| = \frac{{5\sqrt 5 }}{3}}\\{\left| {{y_0}} \right| = 2}\end{array}} \right.} \right.} \right.\)

Vậy \(C\) cách trục nhỏ một khoảng bằng \(\frac{{5\sqrt 5 }}{3}\;m\).

Gọi phương trình chính tắc của elip \((E)\) là \(\frac{{{x^2}}}{{{a^2}}} + \frac{{{y^2}}}{{{b^2}}} = 1,{a^2} = {b^2} + {c^2}(a,b,c > 0)\).

Hai đỉnh trên trục nhỏ và hai tiêu điểm tạo thành một hình vuông nên \(b = c\).

Mặt khác, diện tích hình vuông bằng 32 nên \(2c.2b = 32 \Leftrightarrow {b^2} = 8\).

Suy ra \({a^2} = {b^2} + {c^2} = 16\).

Vậy Elip cần tìm có phương trình chính tắc \((E):\frac{{{x^2}}}{{16}} + \frac{{{y^2}}}{8} = 1\).