2019版高考數(shù)學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第八章 解析幾何 第53講 曲線(xiàn)與方程學(xué)案
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1、 第53講 曲線(xiàn)與方程 考綱要求 考情分析 命題趨勢(shì) 了解方程的曲線(xiàn)與曲線(xiàn)的方程的對(duì)應(yīng)關(guān)系. 2017·全國(guó)卷Ⅱ,20 2016·全國(guó)卷Ⅰ,20(1) 2016·全國(guó)卷Ⅲ,20(2) 求滿(mǎn)足條件的動(dòng)點(diǎn)軌跡及軌跡方程,用直接法和定義法較為普遍. 分值:3~5分 1.曲線(xiàn)與方程 一般地,在直角坐標(biāo)系中,如果某曲線(xiàn)C上的點(diǎn)與一個(gè)二元方程f(x,y)=0的實(shí)數(shù)解建立了如下關(guān)系: (1)曲線(xiàn)上點(diǎn)的坐標(biāo)都是__這個(gè)方程__的解; (2)以這個(gè)方程的解為坐標(biāo)的點(diǎn)都是__曲線(xiàn)上__的點(diǎn). 那么,這個(gè)方程叫做曲線(xiàn)的方程,這條曲線(xiàn)叫做方程的曲線(xiàn). 曲線(xiàn)可以看作是符合
2、某條件的點(diǎn)的集合,也可看作是適合某種條件的點(diǎn)的軌跡,因此,此類(lèi)問(wèn)題也叫軌跡問(wèn)題. 2.求曲線(xiàn)方程的基本步驟 1.思維辨析(在括號(hào)內(nèi)打“√”或“×”). (1)f(x0,y0)=0是點(diǎn)P(x0,y0)在曲線(xiàn)f(x,y)=0上的充要條件.( √ ) (2)方程x2+xy=x表示的曲線(xiàn)是一個(gè)點(diǎn)和一條直線(xiàn).( × ) (3)到兩條互相垂直的直線(xiàn)距離相等的點(diǎn)的軌跡方程是x2=y(tǒng)2.( × ) (4)方程y=與x=y(tǒng)2表示同一曲線(xiàn).( × ) 解析 (1)正確.由f(x0,y0)=0可知點(diǎn)P(x0,y0)在曲線(xiàn)f(x,y)=0上,又P(x0,y0)在曲線(xiàn)f(x,y)=0上時(shí),有f(
3、x0,y0)=0.所以f(x0,y0)=0是P(x0,y0)在曲線(xiàn)f(x,y)=0上的充要條件. (2)錯(cuò)誤.方程變?yōu)閤(x+y-1)=0,所以x=0或x+y-1=0,故方程表示直線(xiàn)x=0或直線(xiàn)x+y-1=0. (3)錯(cuò)誤.當(dāng)以?xún)蓷l互相垂直的直線(xiàn)為x軸,y軸時(shí),是x2=y(tǒng)2,否則不正確. (4)錯(cuò)誤.因?yàn)榉匠蘺=表示的曲線(xiàn)只是方程x=y(tǒng)2表示曲線(xiàn)的一部分,故其不正確. 2.和點(diǎn)O(0,0),A(c,0)距離的平方和為常數(shù)c(c≠0)的點(diǎn)的軌跡方程為_(kāi)_2x2+2y2-2cx+c2-c=0__. 解析 設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x,y),由題意知 ()2+()2=c, 即x2+y2+(x-c)
4、2+y2=c,即2x2+2y2-2cx+c2-c=0. 3.MA和MB分別是動(dòng)點(diǎn)M(x,y)與兩定點(diǎn)A(-1,0)和B(1,0)的連線(xiàn),則使∠AMB為直角的動(dòng)點(diǎn)M的軌跡方程是__x2+y2=1(x≠±1)__. 解析 點(diǎn)M在以A,B為直徑的圓上,但不能是A,B兩點(diǎn). 4.平面內(nèi)有三個(gè)點(diǎn)A(-2,y),B,C(x,y),若⊥,則動(dòng)點(diǎn)C的軌跡方程為_(kāi)_y2=8x(x≠0)__. 解析 =,=,由⊥,得·=0. 即2x+·=0.∴動(dòng)點(diǎn)C的軌跡方程為y2=8x(x≠0). 5.圓的方程為x2+y2=4,拋物線(xiàn)過(guò)點(diǎn)A(-1,0),B(1,0)且以圓的切線(xiàn)為準(zhǔn)線(xiàn),則拋物線(xiàn)焦點(diǎn)的軌跡方程是__+
5、=1(y≠0) __. 解析 設(shè)拋物線(xiàn)焦點(diǎn)為F,過(guò)A,B,O作準(zhǔn)線(xiàn)的垂線(xiàn)AA1,BB1,OO1,則+=2=4,由拋物線(xiàn)定義得+=+,∴+=4,故F點(diǎn)的軌跡是以A,B為焦點(diǎn),長(zhǎng)軸長(zhǎng)為4的橢圓(去掉長(zhǎng)軸兩端點(diǎn)). 一 定義法求軌跡方程 應(yīng)用定義法求曲線(xiàn)方程的關(guān)鍵在于由已知條件推出關(guān)于動(dòng)點(diǎn)的等量關(guān)系式,由等量關(guān)系結(jié)合曲線(xiàn)定義判斷是何種曲線(xiàn),再設(shè)出標(biāo)準(zhǔn)方程,用待定系數(shù)法求解. 【例1】 已知圓M:(x+1)2+y2=1,圓N:(x-1)2+y2=9,動(dòng)圓P與圓M外切并且與圓N內(nèi)切,圓心P的軌跡為曲線(xiàn)C,求C的方程. 解析 由已知得圓M的圓心為M(-1,0),半徑r1=1;圓N的圓
6、心為N(1,0),半徑r2=3.設(shè)圓P的圓心為P(x,y),半徑為R.因?yàn)閳AP與圓M外切并且與圓N內(nèi)切,所以+=(R+r1)+(r2-R)=r1+r2=4>2=.由橢圓的定義可知,曲線(xiàn)C是以M,N為左、右焦點(diǎn),長(zhǎng)半軸長(zhǎng)為2,短半軸長(zhǎng)為的橢圓(左頂點(diǎn)除外),其方程為+=1(x≠-2). 二 直接法求軌跡方程 直接法求軌跡方程的常見(jiàn)類(lèi)型及解題策略 (1)題中給出等量關(guān)系,求軌跡方程.直接代入即可得出方程. (2)題中未明確給出等量關(guān)系,求軌跡方程.可利用已知條件尋找等量關(guān)系,得出方程. 【例2】 (2016·全國(guó)卷Ⅲ)已知拋物線(xiàn)C:y2=2x的焦點(diǎn)為F,平行于x軸的兩條直線(xiàn)l1,l2
7、分別交C于A,B兩點(diǎn),交C的準(zhǔn)線(xiàn)于P,Q兩點(diǎn). (1)若F在線(xiàn)段AB上,R是PQ的中點(diǎn),證明AR∥FQ; (2)若△PQF的面積是△ABF的面積的兩倍,求AB中點(diǎn)的軌跡方程. 解析 由題知F.設(shè)l1:y=a,l2:y=b,則ab≠0,且 A,B,P,Q, R. 記過(guò)A,B兩點(diǎn)的直線(xiàn)為l,則l的方程為2x-(a+b)y+ab=0. (1)由于F在線(xiàn)段AB上,故1+ab=0. 記AR的斜率為k1,F(xiàn)Q的斜率為k2,則 k1=====-b=k2. 所以AR∥FQ. (2)設(shè)l與x軸的交點(diǎn)為D(x1,0), 則S△ABF=|b-a||FD|=|b-a|, S△PQF=. 由
8、題設(shè)可得|b-a|=,解得x1=1. 設(shè)滿(mǎn)足條件的AB的中點(diǎn)為E(x,y). 當(dāng)AB與x軸不垂直時(shí),由kAB=kDE可得=(x≠1). 而=y(tǒng),所以y2=x-1(x≠1). 當(dāng)AB與x軸垂直時(shí),E與D重合,故所求軌跡方程為y2=x-1. 三 相關(guān)點(diǎn)法求軌跡方程 相關(guān)點(diǎn)法求軌跡方程的基本步驟 (1)設(shè)點(diǎn):設(shè)被動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y),主動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為(x1,y1), (2)求關(guān)系式:求出兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)之間的關(guān)系式 (3)代換:將上述關(guān)系式代入已知曲線(xiàn)方程,便可得到所求動(dòng)點(diǎn)的軌跡方程. 【例3】 (2018·安徽合肥高三調(diào)研)已知M為橢圓C:+=1上的動(dòng)點(diǎn),過(guò)點(diǎn)M作x軸的垂線(xiàn),垂足為
9、D,點(diǎn)P滿(mǎn)足=. (1)求動(dòng)點(diǎn)P的軌跡E的方程; (2)若A,B兩點(diǎn)分別為橢圓C的左、右頂點(diǎn),F(xiàn)為橢圓C的左焦點(diǎn),直線(xiàn)PB與橢圓C交于點(diǎn)Q,直線(xiàn)QF,PA的斜率分別為kQF,kPA,求的取值范圍. 解析 (1)設(shè)P(x,y),M(m,n),依題意知D(m,0),且y≠0. 由=M,得(m-x,-y)=(0,-n), 則有? 又M(m,n)為橢圓C:+=1上的點(diǎn), ∴+=1,即x2+y2=25, 故動(dòng)點(diǎn)P的軌跡E的方程為x2+y2=25(y≠0). (2)依題意知A(-5,0),B(5,0),F(xiàn)(-4,0),設(shè)Q(x0,y0), ∵線(xiàn)段AB為圓E的直徑,∴AP⊥BP,設(shè)直線(xiàn)P
10、B的斜率為kPB,則kPA=-,
==-kQFkPB=-kQFkQB=-·=
-=-===,
∵點(diǎn)P不同于A,B兩點(diǎn)且直線(xiàn)QF的斜率存在,
∴-5 11、2+y2=100,點(diǎn)A的坐標(biāo)為(-3,0),M為圓C上任一點(diǎn),線(xiàn)段AM的垂直平分線(xiàn)交CM于點(diǎn)P,則點(diǎn)P的軌跡方程為?。? .
解析 由題可知C(3,0),r=10,由中垂線(xiàn)性質(zhì)知=,故+=+==10,即P點(diǎn)的軌跡為以原點(diǎn)為中心,點(diǎn)A,C為焦點(diǎn)的橢圓,2a=10,c=3,b=4,故點(diǎn)P的軌跡方程為+=1.
3.已知兩個(gè)定圓O1和O2,它們的半徑分別是1和2,且=4.動(dòng)圓M與圓O1內(nèi)切,又與圓O2外切,建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,求動(dòng)圓圓心M的軌跡方程,并說(shuō)明軌跡是何種曲線(xiàn).
解析 如圖所示,以O(shè)1O2的中點(diǎn)O為原點(diǎn),O1O2所在直線(xiàn)為x軸建立平面直角坐標(biāo)系.
由=4,得O1(-2,0),O2 12、(2,0).設(shè)動(dòng)圓M的半徑為r,則由動(dòng)圓M與圓O1內(nèi)切,有=r-1,
由動(dòng)圓M與圓O2外切,有=r+2,
∴-=3,
∴點(diǎn)M的軌跡是以O(shè)1,O2為焦點(diǎn),實(shí)軸長(zhǎng)為3的雙曲線(xiàn)的左支,
∴a=,c=2,∴b2=c2-a2=,
∴點(diǎn)M的軌跡方程為-=1.
4.如圖所示,A(m,m)和B(n,-n)兩點(diǎn)分別在射線(xiàn)OS,OT(點(diǎn)S,T分別在第一、四象限)上移動(dòng),且·=-,O為坐標(biāo)原點(diǎn),動(dòng)點(diǎn)P滿(mǎn)足=+.
(1)求mn的值;
(2)求動(dòng)點(diǎn)P的軌跡方程,并說(shuō)明它表示什么曲線(xiàn)?
解析 (1)∵·=(m,m)·(n,-n)=-2mn=-,
∴mn=.
(2)設(shè)P(x,y)(x>0),由=+ 13、,
得(x,y)=(m,m)+(n,-n)=(m+n,m-n).
∴整理得x2-=4mn,又mn=,
∴P點(diǎn)的軌跡方程為x2-=1(x>0).它表示以原點(diǎn)為中心,焦點(diǎn)在x軸上,實(shí)軸長(zhǎng)為2,焦距為4的雙曲線(xiàn)x2-=1的右支.
易錯(cuò)點(diǎn) 軌跡方程與實(shí)際的軌跡不對(duì)應(yīng)
錯(cuò)因分析:①要注意參數(shù)的取值影響x,y的取值范圍;②曲線(xiàn)的方程與方程的曲線(xiàn)要對(duì)應(yīng).
【例1】 如圖,在正方形OABC中,O為坐標(biāo)原點(diǎn),點(diǎn)A的坐標(biāo)為(10,0),點(diǎn)C的坐標(biāo)為(0,10),分別將線(xiàn)段OA和AB十等分,分點(diǎn)分別記為A1,A2,…,A9和B1,B2,…,B9,連接OBi,過(guò)Ai作x軸的垂線(xiàn)與OBi交于點(diǎn)Pi( 14、i∈N*,1≤i≤9).求證:點(diǎn)Pi(i∈N*,1≤i≤9)都在同一條拋物線(xiàn)上,并求P的軌跡方程.
解析 依題意,過(guò)Ai(i∈N*,1≤i≤9)且與x軸垂直的直線(xiàn)方程為x=i,Bi的坐標(biāo)為(10,i),
所以直線(xiàn)OBi的方程為y=x.
設(shè)Pi的坐標(biāo)為(x,y),由
得y=x2,即x2=10y.
所以點(diǎn)Pi(i∈N*,1≤i≤9)都在同一條拋物線(xiàn)上,且拋物線(xiàn)E的方程為x2=10y.
由于i∈[1,9],所以x∈[0,10],y∈[0,10],從而點(diǎn)P的軌跡方程為x2=10y(x∈[0,10]).
【跟蹤訓(xùn)練1】 方程(x2+y2-4)=0的曲線(xiàn)形狀是( C )
解析 由題 15、意得x+y+1=0或x2+y2=4(x+y+1≥0)表示直線(xiàn)x+y+1=0和圓x2+y2=4在直線(xiàn)x+y+1=0右上方的部分.
課時(shí)達(dá)標(biāo) 第53講
[解密考綱]求曲線(xiàn)的軌跡方程,經(jīng)常通過(guò)定義法或直接法,在解答題的第(1)問(wèn)中出現(xiàn).
一、選擇題
1.已知兩定點(diǎn)A(-2,0),B(1,0),如果動(dòng)點(diǎn)P滿(mǎn)足|PA|=2|PB|,則動(dòng)點(diǎn)P的軌跡是( B )
A.直線(xiàn) B.圓
C.橢圓 D.雙曲線(xiàn)
解析 設(shè)P(x,y),則
=2,整理得x2+y2-4x=0,
又D2+E2-4F=16>0,所以動(dòng)點(diǎn)P的軌跡是圓.
2.(2017·全國(guó)卷Ⅲ)已知雙曲線(xiàn)C:-=1(a>0,b> 16、0)的一條漸近線(xiàn)方程為y=x,且與橢圓+=1有公共焦點(diǎn),則C的方程為( B )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
解析 根據(jù)雙曲線(xiàn)C的漸近線(xiàn)方程為y=x,可知=,?、儆謾E圓+=1的焦點(diǎn)坐標(biāo)為(3,0)和(-3,0),所以a2+b2=9,?、诟鶕?jù)①②可知a2=4,b2=5,故選B.
3.已知點(diǎn)P是直線(xiàn)2x-y+3=0上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),定點(diǎn)M(-1,2),Q是線(xiàn)段PM延長(zhǎng)線(xiàn)上的一點(diǎn),且|PM|=|MQ|,則Q點(diǎn)的軌跡方程是( D )
A.2x+y+1=0 B.2x-y-5=0
C.2x-y-1=0 D.2x-y+5=0
解析 設(shè)Q(x,y),則P為(-2-x,4-y 17、),代入2x-y+3=0得Q點(diǎn)的軌跡方程為2x-y+5=0.
4.設(shè)圓(x+1)2+y2=25的圓心為C,A(1,0)是圓內(nèi)一定點(diǎn),Q為圓周上任一點(diǎn),線(xiàn)段AQ的垂直平分線(xiàn)與 CQ的連線(xiàn)交于點(diǎn)M,則M的軌跡方程為( D )
A.-=1 B.+=1
C.-=1 D.+=1
解析 ∵M(jìn)為AQ垂直平分線(xiàn)上一點(diǎn),則|AM|=|MQ|,
∴|MC|+|MA|=|MC|+|MQ|=|CQ|=5,
故M的軌跡是以定點(diǎn)C,A為焦點(diǎn)的橢圓,
∴a=,c=1,則b2=a2-c2=,
∴橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
5.設(shè)過(guò)點(diǎn)P(x,y)的直線(xiàn)分別與x軸的正半軸和y軸的正半軸交于A,B兩點(diǎn), 18、點(diǎn)Q與點(diǎn)P關(guān)于y軸對(duì)稱(chēng),O為坐標(biāo)原點(diǎn),若=2,且·=1,則點(diǎn)P的軌跡方程是( A )
A.x2+3y2=1(x>0,y>0) B.x2-3y2=1(x>0,y>0)
C.3x2-y2=1(x>0,y>0) D.3x2+y2=1(x>0,y>0)
解析 設(shè)A(a,0),B(0,b),a>0,b>0.由=2,
得(x,y-b)=2(a-x,-y),即a=x>0,b=3y>0,點(diǎn)Q(-x,y),故由·=1,得(-x,y)·(-a,b)=1,即ax+by=1.將a,b代入ax+by=1得所求的軌跡方程為x2+3y2=1(x>0,y>0).
6.已知圓錐曲線(xiàn)mx2+4y2=4m的離心率e為方程 19、2x2-5x+2=0的根,則滿(mǎn)足條件的圓錐曲線(xiàn)的個(gè)數(shù)為( B )
A.4 B.3
C.2 D.1
解析 ∵e是方程2x2-5x+2=0的根,∴e=2或e=,mx2+4y2=4m可化為+=1,當(dāng)它表示焦點(diǎn)在x軸上的橢圓時(shí),有=,∴m=3;當(dāng)它表示焦點(diǎn)在y軸上的橢圓時(shí),有=,∴m=;當(dāng)它表示焦點(diǎn)在x軸上的雙曲線(xiàn)時(shí),可化為-=1,有=2,∴m=-12,∴滿(mǎn)足條件的圓錐曲線(xiàn)有3個(gè),故選B.
二、填空題
7.已知△ABC的頂點(diǎn) A(-5,0),B(5,0),△ABC的內(nèi)切圓圓心在直線(xiàn)x=3上,則頂點(diǎn)C的軌跡方程是__-=1(x>3)__.
解析 如圖,|AD|=|AE|=8,|B 20、F|=|BE|=2,|CD|=|CF|,
所以|CA|-|CB|=8-2=6.
根據(jù)雙曲線(xiàn)定義,所求軌跡是以A,B為焦點(diǎn),實(shí)軸長(zhǎng)為6的雙曲線(xiàn)的右支,方程為-=1(x>3).
8.在平面直角坐標(biāo)系中,O為坐標(biāo)原點(diǎn),A(1,0),B(2,2),若點(diǎn)C滿(mǎn)足O=O+t(O-O),其中t∈R,則點(diǎn)C的軌跡方程是__2x-y-2=0__.
解析 設(shè) C(x,y),則=(x,y),+t(-)=(1+t,2t),所以消去參數(shù)t得點(diǎn)C的軌跡方程為y=2x-2.
9.P是橢圓+=1上的任意一點(diǎn),F(xiàn)1,F(xiàn)2是它的兩個(gè)焦點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn),有一動(dòng)點(diǎn)Q滿(mǎn)足O=+,則動(dòng)點(diǎn)Q的軌跡方程是 +=1 .
解析 21、 作P關(guān)于O的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)M,連接F1M,F(xiàn)2M,
則四邊形F1PF2M為平行四邊形,
所以+==2=-2.
又=+,所以=-,
設(shè)Q(x,y),則=,
即點(diǎn)P坐標(biāo)為,又P在橢圓上,
則有+=1,即+=1.
三、解答題
10.已知圓C1的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)O,且恰好與直線(xiàn)l1:x-y-2=0相切.
(1)求圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)設(shè)點(diǎn)A為圓上一動(dòng)點(diǎn),AN⊥x軸于點(diǎn)N,若動(dòng)點(diǎn)Q滿(mǎn)足=m+(1-m)(其中m為非零常數(shù)),試求動(dòng)點(diǎn)Q的軌跡方程C2.
解析 (1)依題意圓的半徑為圓心(0,0)到直線(xiàn)l1的距離=2,故圓C1的方程為x2+y2=4.
(2)設(shè)動(dòng)點(diǎn)Q(x,y),A(x0,y0) 22、.
∵AN⊥x軸交于點(diǎn)N,∴N(x0,0),
由題意,得(x,y)=m(x0,y0)+(1-m)·(x0,0),
∴即將A,代入x2+y2=4,
得+=1.即動(dòng)點(diǎn)Q的軌跡方程為+=1.
11.(2018·河北唐山統(tǒng)考)已知?jiǎng)狱c(diǎn)P到直線(xiàn)l:x=-1的距離等于它到圓C:x2+y2-4x+1=0的切線(xiàn)長(zhǎng)(P到切點(diǎn)的距離).記動(dòng)點(diǎn)P的軌跡為曲線(xiàn)E.
(1)求曲線(xiàn)E的方程;
(2)過(guò)圓心C作直線(xiàn)AB:x=my+2交曲線(xiàn)E于A,B兩點(diǎn),設(shè)線(xiàn)段AB的中點(diǎn)為D,過(guò)圓心C作直線(xiàn)CQ垂直于直線(xiàn)AB交直線(xiàn)l于點(diǎn)Q,求的取值范圍.
解析 (1)由已知得圓的方程為(x-2)2+y2=3,
則圓心為C( 23、2,0),半徑r=.
設(shè)P(x,y),依題意可得|x+1|=,
整理得y2=6x.故曲線(xiàn)E的方程為y2=6x.
(2)又直線(xiàn)AB的方程為my=x-2,
則直線(xiàn)CQ的方程為y=-m(x-2),可得Q(-1,3m).
將my=x-2代入y2=6x并整理可得y2-6my-12=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則y1+y2=6m,y1y2=-12,
AB的中點(diǎn)D的坐標(biāo)為,
即D(3m2+2,3m),|QD|=3m2+3.
|AB|=·=2,
所以2==∈,
故的取值范圍是.
12.(2017·全國(guó)卷Ⅱ)設(shè)O為坐標(biāo)原點(diǎn),動(dòng)點(diǎn)M在橢圓C:+y2=1上,過(guò)M作x軸的垂線(xiàn), 24、垂足為N,點(diǎn)P滿(mǎn)足= .
(1)求點(diǎn)P的軌跡方程;
(2)設(shè)點(diǎn)Q在直線(xiàn)x=-3上,且·=1.證明:過(guò)點(diǎn)P且垂直于OQ的直線(xiàn)l過(guò)C的左焦點(diǎn)F.
解析 (1)設(shè)P(x,y),M(x0,y0),則N(x0,0),
=(x-x0,y),=(0,y0).由=
得x0=x,y0=y(tǒng).
因?yàn)镸(x0,y0)在橢圓C上,所以+=1.
因此點(diǎn)P的軌跡方程為x2+y2=2.
(2)由題意知F(-1,0).設(shè)Q(-3,t),P(m,n),則
=(-3,t),=(-1-m,-n),·=3+3m-tn,
=(m,n),=(-3-m,t-n).
由·=1得-3m-m2+tn-n2=1,
又由(1)知m2+n2=2,
故3+3m-tn=0.
所以·=0,即⊥.又過(guò)點(diǎn)F存在唯一直線(xiàn)垂直于OQ,所以過(guò)點(diǎn)P且垂直于OQ的直線(xiàn)l過(guò)C的左焦點(diǎn)F.
12
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