Question Number 39860 by ajfour last updated on 12/Jul/18
Commented by ajfour last updated on 12/Jul/18
$${OA}\:=\:{BP}\:\:\:,\:{OT}\:=\mathrm{1},\:\:\:\&\: \\ $$$$\angle{OTB}\:=\:\angle{BTP}\:\:\:\left({given}\:{conditions}\right). \\ $$
Answered by ajfour last updated on 13/Jul/18
$$\frac{{xx}_{{T}} }{{a}^{\mathrm{2}} }+\frac{{yy}_{{T}} }{{b}^{\mathrm{2}} }=\mathrm{1}\:\:\:\left({eq}.\:{of}\:{tangent}\:{at}\:{T}\right) \\ $$$$\left(\mathrm{0},\:{b}+{a}\right)\:{lies}\:{on}\:{this}\:{tangent} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\boldsymbol{{y}}_{\boldsymbol{{T}}} =\:\frac{\boldsymbol{{b}}^{\mathrm{2}} }{\boldsymbol{{a}}+\boldsymbol{{b}}}\:\:\:\:\:\:\:\:…..\left(\boldsymbol{{i}}\right) \\ $$$${And}\:{since}\:\frac{{x}_{{T}} ^{\mathrm{2}} }{{a}^{\mathrm{2}} }+\frac{{y}_{{T}} ^{\mathrm{2}} }{{b}^{\mathrm{2}} }=\mathrm{1}\:\:\:,\:{hence} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{{x}}_{\boldsymbol{{T}}} ^{\mathrm{2}} \:=\:\boldsymbol{{a}}^{\mathrm{2}} −\frac{\boldsymbol{{a}}^{\mathrm{2}} \boldsymbol{{b}}^{\mathrm{2}} }{\left(\boldsymbol{{a}}+\boldsymbol{{b}}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:\:\:\:…\left(\boldsymbol{{ii}}\right) \\ $$$${As}\:\:\:\:{OT}=\mathrm{1}\:\:{so}\:\:\:\boldsymbol{{x}}_{\boldsymbol{{T}}} ^{\mathrm{2}} +\boldsymbol{{y}}_{\boldsymbol{{T}}} ^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{1}\:\:\: \\ $$$$\Rightarrow\:\:{a}^{\mathrm{2}} −\frac{{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} }{\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} }+\frac{{b}^{\mathrm{4}} }{\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\mathrm{1}\:\:…\left({iii}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\left({a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)=\frac{{b}^{\mathrm{2}} \left({a}^{\mathrm{2}} −{b}^{\mathrm{2}} \right)}{\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${one}\:{solution}\:{of}\:{this}\:{eq}.\:{is} \\ $$$${a}={b}=\mathrm{1}\:\:\:,\:{otherwise} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:{a}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\:=\:\frac{{b}^{\mathrm{2}} \left({a}−{b}\right)}{{a}+{b}}\:\:\:\:\: \\ $$$${if}\:{a}={br}\:\:{then} \\ $$$$\:\:{b}^{\mathrm{2}} {r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}={b}^{\mathrm{2}} \left(\frac{{r}−\mathrm{1}}{{r}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\:\:\:\:{b}^{\mathrm{2}} \left({r}^{\mathrm{2}} −\frac{{r}−\mathrm{1}}{{r}+\mathrm{1}}\right)=\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:…\left({iv}\right) \\ $$$${And}\:{as}\:\left(\:\:\frac{{PT}}{{OT}}\:=\:\frac{{BP}}{{OB}}\:\:\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\frac{{x}_{{T}} ^{\mathrm{2}} +\left[\left({a}+{b}\right)−{y}_{{T}} \right]^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}}\:=\:\frac{{a}^{\mathrm{2}} }{{b}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Rightarrow\:\:{a}^{\mathrm{2}} −\frac{{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} }{\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} }+\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} +{y}_{{T}} ^{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\mathrm{2}\left({a}+{b}\right){y}_{{T}} \:=\:\frac{{a}^{\mathrm{2}} }{{b}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Rightarrow\:{a}^{\mathrm{2}} −\frac{{a}^{\mathrm{2}} {b}^{\mathrm{2}} }{\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} }+\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} +\frac{{b}^{\mathrm{4}} }{\left({a}+{b}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\mathrm{2}{b}^{\mathrm{2}} \:=\:\frac{{a}^{\mathrm{2}} }{{b}^{\mathrm{2}} }\:\:\:\:\:\:…\left({v}\right) \\ $$$${using}\:\left({iii}\right)\:\:{in}\:{above}\:{eq}.\:\left({v}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{1}+\left(\boldsymbol{{a}}+\boldsymbol{{b}}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\boldsymbol{{b}}^{\mathrm{2}} \:=\:\frac{\boldsymbol{{a}}^{\mathrm{2}} }{\boldsymbol{{b}}^{\mathrm{2}} } \\ $$$${again}\:{with}\:{a}={br} \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{1}+{b}^{\mathrm{2}} \left({r}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{b}^{\mathrm{2}} ={r}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:{b}^{\mathrm{2}} \left({r}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{r}−\mathrm{1}\right)={r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\:\:\:\:…\left({vi}\right) \\ $$$${comparing}\:\left({iv}\right)\:{and}\:\left({vi}\right) \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\frac{{r}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{r}−\mathrm{1}}{{r}^{\mathrm{2}} −\frac{{r}−\mathrm{1}}{{r}+\mathrm{1}}}\:=\:\frac{{r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:\frac{\mathrm{2}{r}}{{r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}−\frac{{r}−\mathrm{1}}{{r}+\mathrm{1}}}\:=\:{r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1} \\ $$$$\:\mathrm{2}{r}\left({r}+\mathrm{1}\right)=\left({r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left[\left({r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left({r}+\mathrm{1}\right)−\left({r}−\mathrm{1}\right)\right] \\ $$$$\Rightarrow\:\:\mathrm{2}{r}=\left({r}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \left[\left({r}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right] \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\mathrm{2}{r}\:=\:\left({r}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\left({r}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \\ $$$${or}\:\:\:\boldsymbol{{r}}^{\mathrm{4}} −\mathrm{3}\boldsymbol{{r}}^{\mathrm{2}} =\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:\:{r}=\:\sqrt{\mathrm{3}}\:\:\:\:\:\:\left({valid}\:{answer}\right) \\ $$$$\:\:\:{Now}\:{from}\:\left({vi}\right)\:{we}\:{have} \\ $$$$\:\:\:\boldsymbol{{b}}^{\mathrm{2}} \:=\:\frac{\boldsymbol{{r}}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{\boldsymbol{{r}}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}\boldsymbol{{r}}−\mathrm{1}}\:=\:\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}+\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{3}}}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\sqrt{\mathrm{3}}} \\ $$$$\:\:\:=\:\frac{\sqrt{\mathrm{3}}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\:\:\:{While}\:\:\boldsymbol{{a}}^{\mathrm{2}} \:=\:\boldsymbol{{b}}^{\mathrm{2}} \boldsymbol{{r}}^{\mathrm{2}} \:=\:\frac{\mathrm{3}\left(\sqrt{\mathrm{3}}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{2}} \\ $$$${Ellipse}\:{eq}.\:{is}\:{thus} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{3}\left(\sqrt{\mathrm{3}}−\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{2}{y}^{\mathrm{2}} }{\:\sqrt{\mathrm{3}}−\mathrm{1}}\:=\mathrm{1} \\ $$$${or}\:\:\:\:\underset{\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_} {\:} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{6}{y}^{\mathrm{2}} \:=\:\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}−\mathrm{3}\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\overset{\:\:\:\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\:.} {\:} \\ $$
Commented by tanmay.chaudhury50@gmail.com last updated on 13/Jul/18
$${bah}…{very}\:{good}…{excellent}… \\ $$
Commented by ajfour last updated on 13/Jul/18
$${thanks}\:{sir}\:! \\ $$
Commented by MrW3 last updated on 13/Jul/18
$${awesome}! \\ $$