《高考數(shù)學(xué)大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專(zhuān)題六 解析幾何 第3講 圓錐曲線(xiàn)的綜合問(wèn)題練習(xí) 文》由會(huì)員分享,可在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)《高考數(shù)學(xué)大二輪總復(fù)習(xí)與增分策略 專(zhuān)題六 解析幾何 第3講 圓錐曲線(xiàn)的綜合問(wèn)題練習(xí) 文(18頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第3講 圓錐曲線(xiàn)的綜合問(wèn)題
1.(2016四川改編)設(shè)O為坐標(biāo)原點(diǎn),P是以F為焦點(diǎn)的拋物線(xiàn)y2=2px(p>0)上任意一點(diǎn),M是線(xiàn)段PF上的點(diǎn),且PM=2MF,則直線(xiàn)OM的斜率的最大值為_(kāi)_____.
答案
解析 如圖,由題意可知F,設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo)為,顯然,當(dāng)y0<0時(shí),kOM<0;當(dāng)y0>0時(shí),kOM>0,要求kOM的最大值,不妨設(shè)y0>0.則=+=+=+(-)=+=,kOM==≤=,當(dāng)且僅當(dāng)y=2p2時(shí)等號(hào)成立.
2.(2016課標(biāo)全國(guó)乙)設(shè)圓x2+y2+2x-15=0的圓心為A,直線(xiàn)l過(guò)點(diǎn)B(1,0)且與x軸不重合,l交圓A于C,D兩點(diǎn),過(guò)B作AC的平行線(xiàn)交AD于點(diǎn)E.
(1)證明EA+EB為定值,并寫(xiě)出點(diǎn)E的軌跡方程;
(2)設(shè)點(diǎn)E的軌跡為曲線(xiàn)C1,直線(xiàn)l交C1于M,N兩點(diǎn),過(guò)B且與l垂直的直線(xiàn)與圓A交于P,Q兩點(diǎn),求四邊形MPNQ面積的取值范圍.
解 (1)因?yàn)锳D=AC,EB∥AC,
故∠EBD=∠ACD=∠ADC,所以EB=ED,
故EA+EB=EA+ED=AD.
又圓A的標(biāo)準(zhǔn)方程為(x+1)2+y2=16,從而AD=4,所以EA+EB=4.
由題設(shè)得A(-1,0),B(1,0),AB=2,由橢圓定義可得點(diǎn)E的軌跡方程為:+=1(y≠0).
(2)當(dāng)l與x軸不垂直時(shí),設(shè)l的方程為y=k(x-1)(k≠0),M(x1,y1),N(x2,y2).
由得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0.
則x1+x2=,x1x2=,
所以MN=|x1-x2|=.
過(guò)點(diǎn)B(1,0)且與l垂直的直線(xiàn)m:y=-(x-1),
點(diǎn)A到m的距離為,
所以PQ=2=4.
故四邊形MPNQ的面積
S=MNPQ=12.
可得當(dāng)l與x軸不垂直時(shí),四邊形MPNQ面積的取值范圍為(12,8).
當(dāng)l與x軸垂直時(shí),其方程為x=1,MN=3,PQ=8,四邊形MPNQ的面積為12.
綜上,四邊形MPNQ面積的取值范圍為[12,8).
1.圓錐曲線(xiàn)的綜合問(wèn)題一般以直線(xiàn)和圓錐曲線(xiàn)的位置關(guān)系為載體,以參數(shù)處理為核心,考查范圍、最值問(wèn)題,定點(diǎn)、定值問(wèn)題,探索性問(wèn)題.2.試題解答往往要綜合應(yīng)用函數(shù)與方程、數(shù)形結(jié)合、分類(lèi)討論等多種思想方法,對(duì)計(jì)算能力也有較高要求,難度較大.
熱點(diǎn)一 范圍、最值問(wèn)題
圓錐曲線(xiàn)中的范圍、最值問(wèn)題,可以轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值問(wèn)題(以所求式子或參數(shù)為函數(shù)值),或者利用式子的幾何意義求解.
例1 已知橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn)和短軸的兩個(gè)端點(diǎn)構(gòu)成邊長(zhǎng)為2的正方形.
(1)求橢圓C的方程;
(2)過(guò)點(diǎn)Q(1,0)的直線(xiàn)l與橢圓C相交于A,B兩點(diǎn),且點(diǎn)P(4,3),記直線(xiàn)PA,PB的斜率分別為k1,k2,當(dāng)k1k2取最大值時(shí),求直線(xiàn)l的方程.
解 (1)由題意可得b=c=,a=2,
故橢圓C的方程為+=1.
(2)當(dāng)直線(xiàn)l的斜率為0時(shí),k1k2==.
當(dāng)直線(xiàn)l的斜率不為0時(shí),設(shè)直線(xiàn)l的方程為x=my+1,A(x1,y1),B(x2,y2).
聯(lián)立整理得(m2+2)y2+2my-3=0,
故y1+y2=,y1y2=.
又x1=my1+1,x2=my2+1,
因此k1k2=
=
=
==+.
令t=4m+1,只考慮t>0時(shí),
故k1k2=+=+≤1,當(dāng)且僅當(dāng)t=5時(shí)取等號(hào).
綜上可得,直線(xiàn)l的方程為x-y-1=0.
思維升華 解決范圍問(wèn)題的常用方法:
(1)數(shù)形結(jié)合法:利用待求量的幾何意義,確定出極端位置后,數(shù)形結(jié)合求解.
(2)構(gòu)建不等式法:利用已知或隱含的不等關(guān)系,構(gòu)建以待求量為元的不等式求解.
(3)構(gòu)建函數(shù)法:先引入變量構(gòu)建以待求量為因變量的函數(shù),再求其值域.
跟蹤演練1 如圖,已知橢圓:+y2=1,點(diǎn)A,B是它的兩個(gè)頂點(diǎn),過(guò)原點(diǎn)且斜率為k的直線(xiàn)l與線(xiàn)段AB相交于點(diǎn)D,且與橢圓相交于E,F(xiàn)兩點(diǎn).
(1)若=6,求k的值;
(2)求四邊形AEBF面積的最大值.
解 (1)依題設(shè)得橢圓的頂點(diǎn)A(2,0),B(0,1),
則直線(xiàn)AB的方程為x+2y-2=0.
設(shè)直線(xiàn)EF的方程為y=kx(k>0).
設(shè)D(x0,kx0),E(x1,kx1),F(xiàn)(x2,kx2),其中x1
b>0)和橢圓T2:+=1 (b>c>0)組成,當(dāng)a,b,c成等比數(shù)列時(shí),稱(chēng)曲線(xiàn)Γ為“貓眼曲線(xiàn)”.若貓眼曲線(xiàn)Γ過(guò)點(diǎn)(0,-),且a,b,c的公比為.
(1)求貓眼曲線(xiàn)Γ的方程;
(2)任作斜率為k(k≠0)且不過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)與該曲線(xiàn)相交,交橢圓T1所得弦的中點(diǎn)為M,交橢圓T2所得弦的中點(diǎn)為N,求證:為與k無(wú)關(guān)的定值;
(3)若斜率為的直線(xiàn)l為橢圓T2的切線(xiàn),且交橢圓T1于點(diǎn)A,B,N為橢圓T1上的任意一點(diǎn)(點(diǎn)N與點(diǎn)A,B不重合),求△ABN面積的最大值.
(1)解 b=,∴a=2,c=1,
∴T1:+=1,T2:+x2=1.
(2)證明 設(shè)斜率為k的直線(xiàn)交橢圓T1于點(diǎn)C(x1,y1),D(x2,y2),線(xiàn)段CD中點(diǎn)M(x0,y0),
∴x0=,y0=,
由
得+=0.
∵k存在且k≠0,∴x1≠x2,且x0≠0.
∴=-,即kkOM=-.
同理,kkON=-2,∴=,得證.
(3)解 設(shè)直線(xiàn)l的方程為y=x+m,
聯(lián)立
∴(b2+2c2)x2+2mc2x+m2c2-b2c2=0.
∵Δ=0,∴m2=b2+2c2,
l1:y=x+
∴(b2+2a2)x2+2ma2x+m2a2-b2a2=0.
∵Δ=0,∴m2=b2+2a2,
l2:y=x-.
兩平行線(xiàn)間距離:
d=,
∴AB=,
AB==,
d==.
△ABN的面積最大值為
S==.
思維升華 (1)動(dòng)線(xiàn)過(guò)定點(diǎn)問(wèn)題的兩大類(lèi)型及解法
①動(dòng)直線(xiàn)l過(guò)定點(diǎn)問(wèn)題,解法:設(shè)動(dòng)直線(xiàn)方程(斜率存在)為y=kx+t,由題設(shè)條件將t用k表示為t=mk,得y=k(x+m),故動(dòng)直線(xiàn)過(guò)定點(diǎn)(-m,0).
②動(dòng)曲線(xiàn)C過(guò)定點(diǎn)問(wèn)題,解法:引入?yún)⒆兞拷⑶€(xiàn)C的方程,再根據(jù)其對(duì)參變量恒成立,令其系數(shù)等于零,得出定點(diǎn).
(2)求解定值問(wèn)題的兩大途徑
①→
②先將式子用動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)或動(dòng)線(xiàn)中的參數(shù)表示,再利用其滿(mǎn)足的約束條件使其絕對(duì)值相等的正負(fù)項(xiàng)抵消或分子、分母約分得定值.
跟蹤演練2 已知拋物線(xiàn):y2=2px(p>0)的焦點(diǎn)F在雙曲線(xiàn):-=1的右準(zhǔn)線(xiàn)上,拋物線(xiàn)與直線(xiàn)l:y=k(x-2)(k>0)交于A,B兩點(diǎn),AF,BF的延長(zhǎng)線(xiàn)與拋物線(xiàn)交于C,D兩點(diǎn).
(1)求拋物線(xiàn)的方程;
(2)若△AFB的面積等于3,求k的值;
(3)記直線(xiàn)CD的斜率為kCD,證明:為定值,并求出該定值.
解 (1)雙曲線(xiàn):-=1的右準(zhǔn)線(xiàn)方程為x=1,
所以F(1,0),則拋物線(xiàn)的方程為y2=4x.
(2)設(shè)A(,y1),B(,y2),
由得ky2-4y-8k=0,
Δ=16+32k2>0,y1+y2=,y1y2=-8.
S△AFB=1|y1-y2|=
=2=3,解得k=2.
(3)設(shè)C(,y3),則=(-1,y1),=(-1,y3),
因?yàn)锳,F(xiàn),C共線(xiàn),
所以(-1)y3-y1(-1)=0,
即y+(-y1)y3-4=0.
解得:y3=y(tǒng)1(舍)或y3=-,
所以C(,-),同理D(,-),
kCD==-=2k,
故=2(定值).
熱點(diǎn)三 探索性問(wèn)題
1.解析幾何中的探索性問(wèn)題,從類(lèi)型上看,主要是存在類(lèi)型的相關(guān)題型,解決這類(lèi)問(wèn)題通常采用“肯定順推法”,將不確定性問(wèn)題明朗化.其步驟為:假設(shè)滿(mǎn)足條件的元素(點(diǎn)、直線(xiàn)、曲線(xiàn)或參數(shù))存在,用待定系數(shù)法設(shè)出,列出關(guān)于待定系數(shù)的方程組,若方程組有實(shí)數(shù)解,則元素(點(diǎn)、直線(xiàn)、曲線(xiàn)或參數(shù))存在;否則,元素(點(diǎn)、直線(xiàn)、曲線(xiàn)或參數(shù))不存在.
2.反證法與驗(yàn)證法也是求解存在性問(wèn)題常用的方法.
例3 已知點(diǎn)P是橢圓C上的任一點(diǎn),P到直線(xiàn)l1:x=-2的距離為d1,到點(diǎn)F(-1,0)的距離為d2,且=.
(1)求橢圓C的方程;
(2)如圖,直線(xiàn)l與橢圓C交于不同的兩點(diǎn)A,B(A,B都在x軸上方),且∠OFA+∠OFB=180.
(ⅰ)當(dāng)A為橢圓C與y軸正半軸的交點(diǎn)時(shí),求直線(xiàn)l的方程;
(ⅱ)是否存在一個(gè)定點(diǎn),無(wú)論∠OFA如何變化,直線(xiàn)l總過(guò)該定點(diǎn)?若存在,求出該定點(diǎn)的坐標(biāo);若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.
解 (1)設(shè)P(x,y),
則d1=|x+2|,d2=,
==,
化簡(jiǎn)得:+y2=1,
∴橢圓C的方程為+y2=1.
(2)(ⅰ)由(1)知A(0,1),又F(-1,0),
∴kAF=1,∵∠OFA+∠OFB=180,
∴kBF=-1,
∴直線(xiàn)BF方程為y=-1(x+1)=-x-1,
代入+y2=1,得3x2+4x=0,
解得x=0或x=-,
∴B(-,),kAB=.
∴直線(xiàn)AB的方程為y=x+1.
(ⅱ)由于∠OFA+∠OFB=180,∴kAF+kBF=0.
設(shè)直線(xiàn)AB方程為y=kx+b,
代入+y2=1,
得:(k2+)x2+2kbx+b2-1=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2=-,x1x2=,
∴kAF+kBF=+
=+
==0.
∴(kx1+b)(x2+1)+(kx2+b)(x1+1)
=2kx1x2+(k+b)(x1+x2)+2b
=2k-(k+b)+2b=0.
∴b-2k=0,∴直線(xiàn)AB方程為y=k(x+2).
∴直線(xiàn)l總經(jīng)過(guò)定點(diǎn)(-2,0).
思維升華 解決探索性問(wèn)題的注意事項(xiàng):
存在性問(wèn)題,先假設(shè)存在,推證滿(mǎn)足條件的結(jié)論,若結(jié)論正確則存在,若結(jié)論不正確則不存在.
(1)當(dāng)條件和結(jié)論不唯一時(shí),要分類(lèi)討論.
(2)當(dāng)給出結(jié)論而要推導(dǎo)出存在的條件時(shí),先假設(shè)成立,再推出條件.
(3)當(dāng)條件和結(jié)論都不知,按常規(guī)方法解題很難時(shí),要思維開(kāi)放,采取另外的途徑.
跟蹤演練3 (2015四川)如圖,橢圓E:+=1(a>b>0)的離心率是,點(diǎn)P(0,1)在短軸CD上,且=-1.
(1)求橢圓E的方程;
(2)設(shè)O為坐標(biāo)原點(diǎn),過(guò)點(diǎn)P的動(dòng)直線(xiàn)與橢圓交于A,B兩點(diǎn).是否存在常數(shù)λ,使得+λ為定值?若存在,求λ的值;若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.
解 (1)由已知,點(diǎn)C,D的坐標(biāo)分別為(0,-b),(0,b),
又點(diǎn)P的坐標(biāo)為(0,1),且=-1,
于是解得a=2,b=,
所以橢圓E的方程為+=1.
(2)當(dāng)直線(xiàn)AB的斜率存在時(shí),設(shè)直線(xiàn)AB的方程為y=kx+1,A,B的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),
聯(lián)立得(2k2+1)x2+4kx-2=0,
其判別式Δ=(4k)2+8(2k2+1)>0,
所以x1+x2=-,x1x2=-,
從而,+λ
=x1x2+y1y2+λ[x1x2+(y1-1)(y2-1)]
=(1+λ)(1+k2)x1x2+k(x1+x2)+1
=
=--λ-2.
所以當(dāng)λ=1時(shí),--λ-2=-3,
此時(shí)+λ=-3為定值.
當(dāng)直線(xiàn)AB斜率不存在時(shí),直線(xiàn)AB即為直線(xiàn)CD,
此時(shí),+λ=+λ
=-2-1=-3.
故存在常數(shù)λ=1,使得+λ為定值-3.
已知橢圓C1:+=1(a>0)與拋物線(xiàn)C2:y2=2ax相交于A,B兩點(diǎn),且兩曲線(xiàn)的焦點(diǎn)F重合.
(1)求C1,C2的方程;
(2)若過(guò)焦點(diǎn)F的直線(xiàn)l與橢圓分別交于M,Q兩點(diǎn),與拋物線(xiàn)分別交于P,N兩點(diǎn),是否存在斜率為k(k≠0)的直線(xiàn)l,使得=2?若存在,求出k的值;若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.
押題依據(jù) 本題將橢圓和拋物線(xiàn)聯(lián)合起來(lái)設(shè)置命題,體現(xiàn)了對(duì)直線(xiàn)和圓錐曲線(xiàn)位置關(guān)系的綜合考查.關(guān)注知識(shí)交匯,突出綜合應(yīng)用是高考的特色.
解 (1)因?yàn)镃1,C2的焦點(diǎn)重合,
所以=,
所以a2=4.
又a>0,所以a=2.
于是橢圓C1的方程為+=1,
拋物線(xiàn)C2的方程為y2=4x.
(2)假設(shè)存在直線(xiàn)l使得=2,
則可設(shè)直線(xiàn)l的方程為y=k(x-1),P(x1,y1),Q(x2,y2),M(x3,y3),N(x4,y4).
由可得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,
則x1+x4=,x1x4=1,
所以PN=
=.
由可得(3+4k2)x2-8k2x+4k2-12=0,
則x2+x3=,x2x3=,
所以MQ=
=.
若=2,
則=2,
解得k=.
故存在斜率為k=的直線(xiàn)l,使得=2.
A組 專(zhuān)題通關(guān)
1.平面上一機(jī)器人在行進(jìn)中始終保持與點(diǎn)F(1,0)的距離和到直線(xiàn)x=-1的距離相等.若機(jī)器人接觸不到過(guò)點(diǎn)P(-1,0)且斜率為k的直線(xiàn),則k的取值范圍是________________.
答案 (-∞,-1)∪(1,+∞)
解析 根據(jù)拋物線(xiàn)的概念可得機(jī)器人在以點(diǎn)F(1,0)為焦點(diǎn)的拋物線(xiàn)y2=4x上,由題意可得直線(xiàn)y=k(x+1)與拋物線(xiàn)y2=4x沒(méi)有交點(diǎn),聯(lián)立直線(xiàn)與拋物線(xiàn)
消元可得y=k+k?y2-y+k=0,
即該方程無(wú)根,則k≠0且Δ=1-k2<0?k<-1或k>1,
所以k的取值范圍為(-∞,-1)∪(1,+∞).
2.已知橢圓+=1(00),△ABC的三個(gè)頂點(diǎn)都在拋物線(xiàn)上,O為坐標(biāo)原點(diǎn),設(shè)△ABC三條邊AB,BC,AC的中點(diǎn)分別為M,N,Q,且M,N,Q的縱坐標(biāo)分別為y1,y2,y3.若直線(xiàn)AB,BC,AC的斜率之和為-1,則++的值為_(kāi)_____.
答案?。?
解析 設(shè)A(xA,yA),B(xB,yB),C(xC,yC),
則
三個(gè)式子兩兩相減得
即
即
所以++=-.
5.若P為橢圓+=1上任意一點(diǎn),EF為圓(x-1)2+y2=4的任意一條直徑,則的取值范圍是________.
答案 [5,21]
解析 因?yàn)椋?-)(-)
=-(+)+2
=-||||cos π-0+||2=-4+NP2.
又因?yàn)闄E圓+=1的a=4,b=,c=1,
N(1,0)為橢圓的右焦點(diǎn),∴NP∈[a-c,a+c]=[3,5],
∴∈[5,21].
6.已知雙曲線(xiàn)C:-=1(a>0,b>0)的離心率為,A,B為左,右頂點(diǎn),點(diǎn)P為雙曲線(xiàn)C在第一象限的任意一點(diǎn),點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),若直線(xiàn)PA,PB,PO的斜率分別為k1,k2,k3,記m=k1k2k3,則m的取值范圍為_(kāi)_______.
答案 (0,2)
解析 ∵雙曲線(xiàn)C:-=1(a>0,b>0)的離心率為,∴e==,∴b=a,
設(shè)P(x,y),∵點(diǎn)P為雙曲線(xiàn)C在第一象限的任意一點(diǎn),
∴-=1,且x>0,y>0,
∵A,B為雙曲線(xiàn)C的左,右頂點(diǎn),點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),PA,PB,PO的斜率分別為k1,k2,k3,
∴k1k2==2,k3=>0,
又∵雙曲線(xiàn)的漸近線(xiàn)為y=x,
∴00,b>0)的漸近線(xiàn)與動(dòng)點(diǎn)P的軌跡沒(méi)有公共點(diǎn),則雙曲線(xiàn)離心率的取值范圍是________.
答案 (1,2)
解析 設(shè)P(x,y),由題設(shè)條件,
得動(dòng)點(diǎn)P的軌跡為(x-1)(x+1)+(y-2)(y-2)=0,
即x2+(y-2)2=1,它是以(0,2)為圓心,1為半徑的圓.
又雙曲線(xiàn)-=1(a>0,b>0)的漸近線(xiàn)方程為y=x,即bxay=0,由題意,可得>1,即>1,
所以e=<2,又e>1,故1e2),則e1+2e2的最小值是__________.
答案
解析?、佼?dāng)動(dòng)圓M與圓O1,O2都相內(nèi)切時(shí),
MO2+MO1=4-r=2a,故e1=.
②當(dāng)動(dòng)圓M與圓O1相內(nèi)切而與O2相外切時(shí),
MO1+MO2=4+r=2a′,故e2=.
因此e1+2e2=+=,
令12-r=t (10b>0)的離心率e=,左頂點(diǎn)為A(-4,0),過(guò)點(diǎn)A作斜率為k (k≠0)的直線(xiàn)l交橢圓C于點(diǎn)D,交y軸于點(diǎn)E.
(1)求橢圓C的方程;
(2)已知P為AD的中點(diǎn),是否存在定點(diǎn)Q,對(duì)于任意的k (k≠0)都有OP⊥EQ,若存在,求出點(diǎn)Q的坐標(biāo);若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由;
(3)若過(guò)O點(diǎn)作直線(xiàn)l的平行線(xiàn)交橢圓C于點(diǎn)M,求的最小值.
解 (1)因?yàn)樽箜旤c(diǎn)為A(-4,0),
所以a=4,又e=,所以c=2,
又因?yàn)閎2=a2-c2=12,
所以橢圓C的方程為+=1.
(2)直線(xiàn)l的方程為y=k(x+4),
由
消元得,+=1.
化簡(jiǎn)得,(x+4)[(4k2+3)x+16k2-12]=0,
所以x1=-4,x2=.
當(dāng)x=時(shí),y=k(+4)=,
所以D(,).
因?yàn)辄c(diǎn)P為AD的中點(diǎn),
所以P的坐標(biāo)為(,),
則kOP=- (k≠0).
直線(xiàn)l的方程為y=k(x+4),令x=0,
得E點(diǎn)坐標(biāo)為(0,4k),
假設(shè)存在定點(diǎn)Q(m,n)(m≠0),使得OP⊥EQ,
則kOPkEQ=-1,即-=-1恒成立,
所以(4m+12)k-3n=0恒成立,
所以 即
因此定點(diǎn)Q的坐標(biāo)為(-3,0).
(3)因?yàn)镺M∥l,所以O(shè)M的方程可設(shè)為y=kx,
由
得M點(diǎn)的橫坐標(biāo)為x=,
由OM∥l,得
=
==
=
=(+)≥2,
當(dāng)且僅當(dāng)=,
即k=時(shí)取等號(hào),
所以當(dāng)k=時(shí),的最小值為2.
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