(全國通用)2020版高考數學二輪復習 專題提分教程 第二編 專題五 解析幾何 第3講 圓錐曲線的綜合問題練習 理
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1、第3講 圓錐曲線的綜合問題 「考情研析」 1.圓錐曲線的綜合問題一般以直線和圓錐曲線的位置關系為載體,以參數處理為核心,考查范圍、最值問題,定點、定值問題,探索性問題. 2.試題解答往往要綜合應用函數與方程、數形結合、分類討論等多種思想方法,對計算能力也有較高要求,難度較大. 核心知識回顧 1.最值問題 求解最值問題的基本思路是選擇變量,建立求解目標的函數解析式,然后利用函數知識、基本不等式等知識求解其最值. 2.范圍問題 求參數范圍的問題,牢記“先找不等式,有時需要找出兩個量之間的關系,然后消去另一個量,保留要求的量”.不等式的來源可以是Δ>0或圓錐曲線的有界性或題目條件中
2、的某個量的范圍等. 3.定點問題 在解析幾何中,有些含有參數的直線或曲線的方程,不論參數如何變化,其都過某定點,這類問題稱為定點問題. 4.定值問題 在解析幾何中,有些幾何量,如斜率、距離、面積、比值等基本量和動點坐標或動線中的參變量無關,這類問題統(tǒng)稱為定值問題. 5.存在性問題的解題步驟 (1)先假設存在,引入參變量,根據題目條件列出關于參變量的方程(組)或不等式(組). (2)解此方程(組)或不等式(組),若有解則存在,若無解則不存在. 熱點考向探究 考向1 最值與范圍問題 角度1 最值問題 例1 已知拋物線C的方程為y2=2px(p>0),點R(1,2)在拋物
3、線C上. (1)求拋物線C的方程; (2)過點Q(1,1)作直線交拋物線C于不同于R的兩點A,B,若直線AR,BR分別交直線l:y=2x+2于M,N兩點,求|MN|最小時直線AB的方程. 解 (1)∵點R(1,2)在拋物線C:y2=2px(p>0)上, ∴4=2p,解得p=2,∴拋物線C的方程為y2=4x. (2)設點A(x1,y1),B(x2,y2),直線AB的方程為x=m(y-1)+1,m≠0, 由消去x并整理得y2-4my+4(m-1)=0, ∴y1+y2=4m,y1y2=4(m-1), 設直線AR的方程為y=k1(x-1)+2, 由解得點M的橫坐標xM=, 又k1=
4、==,∴xM==-,同理點N的橫坐標xN=-, |y2-y1|==4, ∴|MN|=|xM-xN|= =2=8 =2 , 令m-1=t,t≠0,則m=t+1, ∴|MN|=2 ≥,當t=-2, 即m=-1時,|MN|取得最小值,此時直線AB的方程為x+y-2=0. 解析幾何中最值問題的基本解法有幾何法和代數法.幾何法是根據已知的幾何量之間的相互關系,結合平面幾何和解析幾何知識加以解決的(如拋物線上的點到某個定點和焦點的距離之和、光線反射問題等);代數法是建立求解目標關于某個(或兩個)變量的函數,通過求解函數的最值(利用普通方法、基本不等式法或導數法等)解決的. (2
5、019·湘贛十四校高三聯(lián)考)已知橢圓C:+=1(a>b>0)的離心率為,左焦點為F1,點A是橢圓C上位于x軸上方的一個動點,當直線AF1的斜率為1時,|AF1|=. (1)求橢圓C的方程; (2)若直線AF1與橢圓C的另外一個交點為B,點A關于x軸的對稱點為A′,求△F1A′B面積的最大值. 解 (1)解法一:∵e==,∴a2=2c2,又a2=b2+c2,∴b=c.∴當直線AF1的斜率為1時,直線AF1通過橢圓上的頂點, ∴|AF1|==a=. 又a2=2c2,b=c,∴b=1,橢圓C的方程為+y2=1. 解法二:設橢圓的右焦點為F2,在△AF1F2中,|AF1|=,|AF2|=2
6、a-,|F1F2|=2c, ∴(2a-)2=2+(2c)2-2··2c·cos45°, 即a2-a=c2-c.?、? 又∵e==,∴a=c.?、? 聯(lián)立①②,得a=,c=1,又a2=b2+c2,∴b=1. ∴橢圓C的方程為+y2=1. 解法三:∵e==,∴a2=2c2,又a2=b2+c2, ∴a=b=c.∴橢圓C的方程可化為+=1, 即x2+2y2=2c2.③ 又直線AF1的方程為y=x+c.④ 聯(lián)立③④,得x2+2(x+c)2=2c2,即3x2+4cx=0, ∴x=0或x=-c.直線AF1的斜率為1且A在x軸上方, ∴xA=0, ∴A的坐標為(0,b).∴|AF1|==
7、a,∴a=,又a=b=c,∴b=c=1. ∴橢圓C的方程為+y2=1. (2)如圖,∵A在x軸上方,∴直線AB的斜率不為0,設直線AB的方程為x=my-1. ∵F1,A′,B三點能構成三角形, ∴直線AB不垂直于x軸, ∴m≠0, 設A的坐標為(x1,y1),B的坐標為(x2,y2),則A′的坐標為(x1,-y1). 聯(lián)立得(my-1)2+2y2=2, 即(2+m2)y2-2my-1=0, ∴y1+y2=,y1y2=-. 解法一:S△F1A′B=S△BAA′-S△F1AA′ =|AA′||x2-xF1|=y(tǒng)1|x2+1|=y(tǒng)1|my2| =|my1y2|==≤ =
8、,當且僅當=|m|即|m|=時取等號. ∴△F1A′B面積的最大值為. 解法二:直線A′B的方程為y+y1=(x-x1), 令y=0,則x=+x1= ==-1 =-1=-2, ∴直線A′B過定點(-2,0),設定點為T,則S△F1A′B=|S△F1TB-S△F1TA′|==|y2+y1|==≤=, 當且僅當=|m|即|m|=時取等號. ∴△F1A′B面積的最大值為. 角度2 范圍問題 例2 (2019·廣東高三聯(lián)考)已知橢圓C1,拋物線C2的焦點均在x軸上,C1的中心和C2的頂點均為原點O,從每條曲線上各取兩個點,其坐標分別是(3,-2),(-2,0),(4,-4),.
9、(1)求C1,C2的標準方程; (2)過點M(0,2)的直線l與橢圓C1交于不同的兩點A,B,且∠AOB為銳角(其中O為坐標原點),求直線l的斜率k的取值范圍. 解 (1)由題意,拋物線的頂點為原點, 所以點(-2,0)一定在橢圓上,且a=2,則橢圓上任何點的橫坐標的絕對值都小于等于2,所以也在橢圓上,+=1,b2=1,故橢圓C1的標準方程為+y2=1, 所以點(3,-2),(4,-4)在拋物線上,且拋物線開口向右,其拋物線C2的方程為y2=2px,12=6p,p=2, 所以拋物線C2的方程為y2=4x. (2)①當直線l斜率不存在時,易知A,O,B三點共線,不符合題意. ②當l
10、斜率存在時,設l:y=kx+2,A(x1,y1),B(x2,y2),
由得x2+4(kx+2)2-4=0,
即(4k2+1)x2+16kx+12=0,令Δ=(16k)2-48(4k2+1)>0,
即256k2-192k2-48>0,得64k2>48,即k<-或k>,
∵x1+x2=,x1x2=,
∴y1y2=(kx1+2)(kx2+2)=k2x1x2+2k(x1+x2)+4=-+=,
∵∠AOB為銳角,∴·=x1x2+y1y2=>0,
即4k2<16,得-2 11、義,確定出臨界位置后數形結合求解.
(2)構建不等式法:利用已知或隱含的不等關系,構建以待求量為元的不等式求解.
(3)構建函數法:先引入變量構建以待求量為因變量的函數,再求其值域.
橢圓C:+=1(a>b>0)的長軸長為2,P為橢圓C上異于頂點的一個動點,O為坐標原點,A2為橢圓C的右頂點,點M為線段PA2的中點,且直線PA2與直線OM的斜率之積恒為-.
(1)求橢圓C的方程;
(2)過橢圓C的左焦點F1且不與坐標軸垂直的直線l交橢圓C于A,B兩點,線段AB的垂直平分線與x軸交于點N,點N的橫坐標的取值范圍是,求線段AB長的取值范圍.
解 (1)由已知2a=2,a=,
設點 12、P(x0,y0),∴M,
∵直線PA2與OM的斜率之積恒為-,
∴×=-.∴+y=1,∴b=1.
故橢圓C的方程為+y2=1.
(2)設直線l:y=k(x+1),聯(lián)立直線與橢圓方程
得(2k2+1)x2+4k2x+2k2-2=0,
設A(x1,y1),B(x2,y2),
由根與系數的關系可得
可得y1+y2=k(x1+x2+2)=,
故AB中點Q,
QN直線方程:y-=-
=-x-,
∴N,由已知條件得,
-<-<0,∴0<2k2<1,
∴|AB|=
=×=,
∵<<1,∴|AB|∈.
考向2 定點與定值問題
角度1 定點問題
例3 動點P在圓E: 13、(x+1)2+y2=16上運動,定點F(1,0),線段PF的垂直平分線與直線PE的交點為Q.
(1)求Q的軌跡T的方程;
(2)過點F的直線l1,l2分別交軌跡T于A,B兩點和C,D兩點,且l1⊥l2.證明:過AB和CD中點的直線過定點.
解 (1)連接QF,根據題意,可知|QP|=|QF|,則|QE|+|QF|=|QE|+|QP|=4>|EF|,故Q點的軌跡T為以E,F(xiàn)為焦點,長軸長為4的橢圓,則a=2,c=1,所以b=,所以點Q的軌跡T的方程為+=1.
(2)證明:分別設直線AB和CD的中點為M,N,當直線AB斜率不存在或為0時,分析可知直線MN與x軸重合,當直線AB的斜率為1 14、時,此時M,N,直線MN的方程為x=,聯(lián)立解得直線MN經過定點.
下面證明一般性:當直線AB的斜率存在且不為0,1時,設直線AB的方程為y=k(x-1),則直線CD的方程為y=-(x-1),設A(x1,y1),B(x2,y2),
聯(lián)立消去y得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0,
則x1+x2=,所以y1+y2=-,
即M,同理,N,
于是直線MN的斜率為
kMN==,
故直線MN的方程為
y-=,
顯然x=時,y=0,故直線經過定點.
過定點問題的兩大類型及解法
(1)動直線l過定點問題,解法:設動直線方程(斜率存在)為y=kx+t,由題設條件將t用k表示 15、為t=mk,得y=k(x+m),故動直線過定點(-m,0).
(2)動曲線C過定點問題,解法:引入參變量建立曲線C的方程,再根據其對參變量恒成立,令其系數等于零,得出定點.
(2019·白銀市靖遠縣高三聯(lián)考)設橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點分別為F1,F(xiàn)2,下頂點為A,O為坐標原點,點O到直線AF2的距離為,△AF1F2為等腰直角三角形.
(1)求橢圓C的標準方程;
(2)直線l與橢圓C交于M,N兩點,若直線AM與直線AN的斜率之和為2,證明:直線l恒過定點,并求出該定點的坐標.
解 (1)由題意可知,直線AF2的方程為+=1,即-bx+cy+bc=0,則==.
因為 16、△AF1F2為等腰直角三角形,所以b=c,
又a2=b2+c2,解得a=,b=1,c=1,
所以橢圓C的標準方程為+y2=1.
(2)證明:由(1)知A(0,-1),
當直線l的斜率存在時,設直線l的方程為y=kx+t(t≠±1),
代入+y2=1,得(1+2k2)x2+4ktx+2t2-2=0,
所以Δ=16k2t2-4(1+2k2)(2t2-2)>0,即t2-2k2<1,
設M(x1,y1),N(x2,y2),則x1+x2=-,x1x2=,
因為直線AM與直線AN的斜率之和為2,
所以kAM+kAN=+
=+
=2k+=2k-=2,
整理得t=1-k,
所以直線l 17、的方程為y=kx+t=kx+1-k=k(x-1)+1,
顯然直線y=k(x-1)+1經過定點(1,1).
當直線l的斜率不存在時,設直線l的方程為x=m,
因為直線AM與直線的斜率之和為2,
設M(m,n),則N(m,-n),
所以kAM+kAN=+==2,解得m=1,
此時直線l的方程為x=1.顯然直線x=1也經過該定點(1,1),
綜上,直線l恒過點(1,1).
角度2 定值問題
例4 (2019·凱里市第一中學高三下學期模擬)已知橢圓C:+=1(a>b>0)的離心率為,點A(2,)在橢圓上,O為坐標原點.
(1)求橢圓C的方程;
(2)已知點P,M,N為橢圓C上的三 18、點,若四邊形OPMN為平行四邊形,證明四邊形OPMN的面積S為定值,并求出該定值.
解 (1)由題有∴a2=8,b2=4,
∴橢圓C的方程為+=1.
(2)當直線PN的斜率k不存在時,直線PN的方程為x=或x=-,
從而有|PN|=2,
所以四邊形OPMN的面積
S=|PN||OM|=×2×2=2.
當直線PN的斜率k存在時,設直線PN的方程為y=kx+m(m≠0),P(x1,y1),N(x2,y2),
將直線PN的方程代入橢圓C的方程,整理得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-8=0,
所以x1+x2=,x1x2=,y1+y2=k(x1+x2)+2m=,
由=+,得M. 19、
將M點的坐標代入橢圓C的方程得m2=1+2k2.
又點O到直線PN的距離為d=,
|PN|==|x1-x2|,
∴四邊形OPMN的面積S=d·|PN|=|m|·|x1-x2|=·= =2.
綜上,平行四邊形OPMN的面積S為定值2.
定值問題的兩種解法
(1)首先由特例得出一個值(此值一般就是定值)然后證明定值:即將問題轉化為證明待證式與參數(某些變量)無關.
(2)先將式子用動點坐標或動線中的參數表示,再利用其滿足的約束條件使其絕對值相等的正負項相抵消或分子、分母約分得定值.
已知拋物線E:y2=2px(p>0),直線x=my+3與E交于A,B兩點,且·=6,其中 20、O為坐標原點.
(1)求拋物線E的方程;
(2)已知點C的坐標為(-3,0),記直線CA,CB的斜率分別為k1,k2,證明:+-2m2為定值.
解 (1)設A(x1,y1),B(x2,y2),
整理得y2-2pmy-6p=0,由根與系數的關系可知,y1+y2=2pm,y1y2=-6p,則x1x2=,
由·=x1x2+y1y2=+y1y2=9-6p=6,
解得p=,所以y2=x.
(2)證明:由題意得k1==,k2==,
所以=m+,=m+,
所以+-2m2=2+2-2m2=2m2+12m+36×-2m2=2m2+12m×+36×-2m2,
由(1)可知,y1+y2=2pm= 21、m,y1y2=-6p=-3,
所以+-2m2=2m2+12m×+36×-2m2=24,所以+-2m2為定值.
考向3 探索性問題
例5 如圖,橢圓C:+=1(a>b>0)經過點P,離心率e=,直線l的方程為x=4.
(1)求橢圓C的方程;
(2)線段AB是經過右焦點F的任一弦(不經過點P),設直線AB與直線l相交于點M,記直線PA,PB,PM的斜率分別為k1,k2,k3.問:是否存在常數λ,使得k1+k2=λk3?若存在,求λ的值;若不存在,說明理由.
解 (1)由P在橢圓上,
得+=1,?、?
因為e=,所以a=2c,則 ②
②代入①解得c2=1,a2=4,b2=3 22、.
故橢圓C的方程為+=1.
(2)由題意可設直線AB的斜率為k,
則直線AB的方程為y=k(x-1),?、?
代入橢圓方程并整理,得(4k2+3)x2-8k2x+4(k2-3)=0,
設A(x1,y1),B(x2,y2),且x1≠x2≠1,則有
x1+x2=,x1x2=,?、?
在方程③中令x=4得,M的坐標為(4,3k).
從而k1=,k2=,k3==k-.
因為A,F(xiàn),B三點共線,所以k=kAF=kBF,
即有==k.
所以k1+k2=+
=+-
=2k-·
=2k-·=2k-1,
又k3=k-,所以k1+k2=2k3.故存在常數λ=2符合題意.
解析幾何 23、中的探索性問題,從類型上看,主要是存在類型的相關題型,解決這類問題通常采用“肯定順推法”,將不確定性問題明確化.其步驟為:假設滿足條件的元素(點、直線、曲線或參數)存在,用待定系數法設出,列出關于待定系數的方程組,若方程組有實數解,則元素(點、直線、曲線或參數)存在;否則,元素(點、直線、曲線或參數)不存在.
(2019·南通市高三階段測試)已知A(-2,0),B(2,0),點C,D依次滿足||=2,=(+).
(1)求點D的軌跡;
(2)過點A作直線l交以A,B為焦點的橢圓于M,N兩點,線段MN的中點到y(tǒng)軸的距離為,且直線l與點D的軌跡相切,求該橢圓的方程;
(3)在(2)的條件 24、下,設點Q的坐標為(1,0),是否存在橢圓上的點P及以Q為圓心的一個圓,使得該圓與直線PA,PB都相切,若存在,求出P點坐標及圓的方程;若不存在,請說明理由.
解 (1)設C(x0,y0),D(x,y),
則=(x0+2,y0),=(4,0),
∴=(+)==(x+2,y),
則有代入||2=(x0+2)2+y=4得x2+y2=1.
∴點D的軌跡是以原點為圓心,1為半徑的圓.
(2)由題意可知直線l斜率存在,
設直線l的方程為y=k(x+2),?、?
橢圓的方程+=1(a2>4),?、?
由l與圓相切得=1,即k2=,
將①代入②得(a2k2+a2-4)x2+4a2k2x+4a 25、2k2-a4+4a2=0,
又k2=,可得(a2-3)x2+a2x-a4+4a2=0,
設M(x1,y1),N(x2,y2),
∴|x1+x2|==,
解得a2=8或a2=(舍去),
∴橢圓方程為+=1.
(3)假設存在橢圓上的一點P(x0,y0),使得直線PA,PB與以Q為圓心的圓相切,
則Q到直線PA,PB的距離相等,
又A(-2,0),B(2,0),
則直線PB的方程為(x0-2)y-y0x+2y0=0,
直線PA的方程為(x0+2)y-y0x-2y0=0.
設d1為Q到直線PB的距離,d2為Q到直線PA的距離,則
d1===d2,
化簡整理得x-5x0+4+y 26、=0.
∵P點在橢圓上,
∴x+2y=8.解得x0=2或x0=8(舍去).
x0=2時,y0=±,∴r=1.
∴橢圓上存在點P,其坐標為(2,)或(2,-),
使得直線PF1,PF2與以Q為圓心的圓(x-1)2+y2=1相切.
真題押題
『真題模擬』
1.(2019·全國卷Ⅲ)已知曲線C:y=,D為直線y=-上的動點,過D作C的兩條切線,切點分別為A,B.
(1)證明:直線AB過定點;
(2)若以E為圓心的圓與直線AB相切,且切點為線段AB的中點,求四邊形ADBE的面積.
解 (1)證明:設D,A(x1,y1),則x=2y1.
因為y′=x,所以切線DA的斜率為x1 27、,故=x1.
整理得2tx1-2y1+1=0.設B(x2,y2),
同理可得2tx2-2y2+1=0.
故直線AB的方程為2tx-2y+1=0.
所以直線AB過定點.
(2)由(1)得直線AB的方程為y=tx+.
由
可得x2-2tx-1=0.于是x1+x2=2t,x1x2=-1,
y1+y2=t(x1+x2)+1=2t2+1,
|AB|=|x1-x2|
=× =2(t2+1).
設d1,d2分別為點D,E到直線AB的距離,
則d1=,d2=.
因此,四邊形ADBE的面積
S=|AB|(d1+d2)=(t2+3) .
設M為線段AB的中點,則M.
因為⊥,而=( 28、t,t2-2),與向量(1,t)平行,
所以t+(t2-2)t=0,解得t=0或t=±1.
當t=0時,S=3;當t=±1時,S=4.
因此,四邊形ADBE的面積為3或4.
2.(2019·天津市高三4月聯(lián)考)已知橢圓+=1(a>b>0)的左、右焦點分別為F1,F(xiàn)2,左、右頂點分別為A,B,過右焦點F2且垂直于長軸的直線交橢圓于G,H兩點,|GH|=3,△F1GH的周長為8.過A點作直線l交橢圓于第一象限的M點,直線MF2交橢圓于另一點N,直線NB與直線l交于點P.
(1)求橢圓的標準方程;
(2)若△AMN的面積為,求直線MN的方程;
(3)證明:點P在定直線上.
解 ( 29、1)由題意知|GH|==3,4a=8,
解得a=2,b=,
所以橢圓方程為+=1.
(2)設M(x1,y1),N(x2,y2).
①當直線MN斜率k存在時,設直線MN方程為y=k(x-1),代入橢圓方程并整理,得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0,Δ=144(k2+1)>0,x1+x2=,x1x2=,
∴|MN|=
=
=
=.
A(-2,0)到直線MN:kx-y-k=0的距離為d=,
∴S△AMN=d·|MN|==,化簡得17k4+k2-18=0,解得k=±1.
當k=-1時,直線MN過點F2(1,0),直線MN與橢圓的交點不在第一象限(舍去).所以直線MN 30、的方程為x-y-1=0.
②當直線MN斜率k不存在時,則直線MN的方程為x=1,S△AMN=··(a+c)=≠(舍去).
綜上,直線MN的方程為x-y-1=0.
(3)證明:設直線AM:y=k1(x+2)(k1>0),與橢圓方程聯(lián)立得(4k+3)x2+16kx+16k-12=0,
∵∴xM=,yM=
同理設直線BN:y=k2(x-2)(k2>0),
可得xN=,yN=,
所以直線MN的方程為=,以及直線MN方程過點F2(1,0),將F2,M,N坐標代入可得,(4k1k2+3)·(k2-3k1)=0,
∵k1k2>0,∴k2=3k1.
又因為直線AM與直線NB交于P點,
即x 31、P=,將k2=3k1代入得xP=4,所以點P在定直線x=4上.
3.(2019·江西省八所重點中學高三4月聯(lián)考)已知橢圓E:+=1(a>b>0),F(xiàn)1,F(xiàn)2為其左、右焦點,B1,B2為其上、下頂點,四邊形F1B1F2B2的面積為2.
(1)求橢圓E的長軸A1A2的最小值,并確定此時橢圓E的方程;
(2)對于(1)中確定的橢圓E,設過定點M(-2,0)的直線l與橢圓E相交于P,Q兩點,若=λ,當λ∈時,求△OPQ面積S的取值范圍.
解 (1)依題意,四邊形F1B1F2B2的面積為2bc,
∴2bc=2,
∵長軸A1A2=2a=2≥2=2,
此時b=c=1,a=,
故長軸A1A2的 32、最小值為2,此時橢圓E的方程為+y2=1.
(2)依題意,可設l:x=ty-2,聯(lián)立得(t2+2)y2-4ty+2=0,
設P(x1,y1),Q(x2,y2),由Δ=16t2-4·2(t2+2)=8t2-16>0,可得t2>2,且
且已知M(-2,0),由=λ,可得y1=λy2,
∴∴λ++2=,
∵λ∈,∴λ++2∈,
∴<<,∴ 33、下學期第五次調研)已知拋物線x2=2py(p>0),準線方程為y+2=0,直線l過定點T(0,t)(t>0),且與拋物線交于A,B兩點,O為坐標原點.
(1)求拋物線方程;
(2)·是否為定值,若是,求出這個定值;若不是,請說明理由;
(3)當t=1時,設=λ,記|AB|=f(λ),求f(λ)的最小值及取最小值時對應的λ.
解 (1)∵-=-2,∴p=4,
∴拋物線方程為x2=8y.?、?
(2)設A(x1,y1),B(x2,y2),根據題意知直線l的斜率存在,設l:y=kx+t(t>0),?、?
聯(lián)立①②得x2-8kx-8t=0,
∴x1+x2=8k,x1x2=-8t.
∴y1 34、y2=(kx1+t)(kx2+t)=k2x1x2+kt(x1+x2)+t2=t2,
∴·=x1x2+y1y2=t2-8t.
由于T(0,t)為定點,故t為定值,∴·為定值.
(3)T(0,1),=(-x1,1-y1),=(x2,y2-1),
∵=λ,∴-x1=λx2,1-y1=λ(y2-1),
∴x1=-λx2,
由(2)知x1x2=-8t=-8,∴-λx=-8,∴x=,
且λ>0,又x1+x2=(1-λ)x2=8k,
∴(1-λ)2x=64k2,
當k≠0時,λ≠1,∴x=,∴=,
∴k2=.
當k=0時,λ=1,符合上式,且|AB|=4.
∴|AB|=·
= ·
35、
=
= ,
令m=λ+,則m≥2,|AB|=,
當m=2即λ=1時,|AB|min=4.
『金版押題』
5.已知直線l1:ax-y+1=0,直線l2:x+5ay+5a=0,直線l1與l2的交點為M,點M的軌跡為曲線C.
(1)當a變化時,求曲線C的方程;
(2)已知點D(2,0),過點E(-2,0)的直線l與C交于A,B兩點,求△ABD面積的最大值.
解 (1)由消去a,得曲線C的方程為+y2=1.[y≠-1,即點(0,-1)不在曲線C上,此步對考生不作要求]
(2)設A(x1,y1),B(x2,y2),l為x=my-2,
由得(m2+5)y2-4my-1=0,
則y 36、1+y2=,y1y2=-,
△ABD的面積S=2|y2-y1|=2
=2 =,
設t=,t∈[1,+∞),則S==≤,
當t=(t∈[1,+∞)),即t=2,m=±時,△ABD的面積取得最大值.
6.已知拋物線C:y2=2px(p>0)與直線x-y+4=0相切.
(1)求該拋物線的方程;
(2)在x軸的正半軸上,是否存在某個確定的點M,過該點的動直線l與拋物線C交于A,B兩點,使得+為定值.如果存在,求出點M的坐標;如果不存在,請說明理由.
解 (1)聯(lián)立方程有
有y2-2py+8p=0,由于直線與拋物線相切,
得Δ=8p2-32p=0,p=4,所以y2=8x.
(2)假 37、設存在滿足條件的點M(m,0)(m>0),
直線l:x=ty+m,有整理得y2-8ty-8m=0,
設A(x1,y1),B(x2,y2),有y1+y2=8t,y1y2=-8m,
|AM|2=(x1-m)2+y=(t2+1)y,
|BM|2=(x2-m)2+y=(t2+1)y,
+=+
=·=·,
當m=4時,+為定值,所以M(4,0).
配套作業(yè)
1.已知拋物線x2=2py(p>0)的焦點為F,直線x=4與x軸的交點為P,與拋物線的交點為Q,且|QF|=|PQ|.
(1)求拋物線的方程;
(2)如圖所示,過F的直線l與拋物線相交于A,D兩點,與圓x2+(y-1)2 38、=1相交于B,C兩點(A,B兩點相鄰),過A,D兩點分別作拋物線的切線,兩條切線相交于點M,求△ABM與△CDM面積之積的最小值.
解 (1)由已知P(4,0),Q,|QF|=+.
∵|QF|=|PQ|,∴+=·,得p=2.
∴拋物線方程為x2=4y.
(2)由題意可知,l斜率存在.設l:y=kx+1.
A(x1,y1),D(x2,y2).
設M(x0,y0),則過A,D的弦方程可設為:
xx0=2y0+2y即y=x-y0,
∴∴即M(2k,-1).
∴M到l的距離d==2.
∴S△ABM·S△CDM=|AB|·|CD|·d2
=(|AF|-1)(|DF|-1)d2=y(tǒng)1 39、y2d2
=··d2,
又由聯(lián)立得,x2-4kx-4=0,
∴x1x2=-4.
∴S△ABM·S△CDM=··(2)2=1+k2≥1.
當且僅當k=0時取等號.
∴當k=0時,△ABM與△CDM面積之積的最小值為1.
2.(2019·福建省高三3月質量檢測)在平面直角坐標系xOy中,圓F:(x-1)2+y2=1外的點P在y軸的右側運動,且點P到圓F上的點的最小距離等于它到y(tǒng)軸的距離,記點P的軌跡為E.
(1)求E的方程;
(2)如圖,過點F的直線交E于A,B兩點,以AB為直徑的圓D與平行于y軸的直線相切于點M,線段DM交E于點N,證明:△AMB的面積是△AMN的面積的4倍.
40、
解 解法一:(1)設P(x,y),依題意x>0,F(xiàn)(1,0).
因為點P在圓F外,所以點P到圓F上的點的最小距離為|PF|-1,依題意得|PF|-1=x,即-1=x,化簡得點P的軌跡E的方程為y2=4x(x>0).
(2)證明:設N(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),
則D.
依題意可知直線AB的斜率存在,
設直線AB的方程y=k(x-1)(k≠0),
由得k2x2-(2k2+4)x+k2=0.
因為Δ=(2k2+4)2-4k4=16k2+16>0,
所以x1+x2=,x1x2=1,
則有y1+y2=,故D,
由拋物線的定義知|AB|=x1+x2+ 41、2=.
設M(xM,yM),依題意得yM=,
所以|MD|=-xM.
又因為|MD|=,所以-xM=,
解得xM=-1,所以M,
因為N在拋物線上,所以x0=,即N,
所以S△AMB=|MD||y1-y2|=|y1-y2|,
S△AMN=|MN||y1-yD|=×|y1-y2|=|y1-y2|,故S△AMB=4S△AMN.
解法二:(1)設P(x,y),依題意x>0.因為點P在圓F外,所以點P到圓F上的點的最小距離為|PF|-1.
依題意得,點P到圓F(1,0)的距離|PF|等于P到直線x=-1的距離,所以點P在以F(1,0)為焦點,x=-1為準線的拋物線上.
所以E的方程 42、為y2=4x(x>0).
(2)證明:設A(x1,y1),B(x2,y2),
因為直線AB過F(1,0),
依題意可設其方程x=ty+1(t≠0),
由得y2-4ty-4=0,
因為Δ=16t2+16>0,所以y1+y2=4t,
則有x1+x2=(ty1+1)+(ty2+1)=4t2+2.
因為D是AB的中點,所以D(2t2+1,2t).
由拋物線的定義得|AB|=(x1+1)+(x2+1)=4t2+4,
設圓D與l:x=m相切于M,
因為DM與拋物線相交于N,所以m<0,且DM⊥l,
所以|DM|=|AB|,即2t2+1-m=(4t2+4),解得m=-1,
設N(x0 43、,y0),則y0=2t,且(2t)2=4x0,所以x0=t2,
因為=t2,所以N為DM的中點,所以S△AMD=2S△AMN,又因為D為AB的中點,S△AMB=2S△AMD,
所以S△AMB=4S△AMN.
3.(2019·南開中學高三第三次教學質量檢測)已知A(0,),B(,1)是橢圓C:+=1(a>b>0)上兩點.
(1)求橢圓C的標準方程;
(2)設O為坐標原點,M為橢圓C上一動點,點P(3,0),線段PM的垂直平分線交y軸于點Q,求|OQ|的最小值.
解 (1)代入A,B兩點坐標,得=1,+=1,
解得a2=6,b2=2,
所以橢圓C的標準方程為+=1.
(2)設點M 44、的坐標為(x0,y0),
則+=1,可得x=6-3y,?、?
線段PM的中點N,kQN·kPM=-1,可得kQN=,所以lQN:y-=.
令x=0,并結合①式得yQ=+=+=,
|OQ|=|yQ|==+|y0|
≥2=,
當且僅當=|y0|,y0=±時取等號,所以|OQ|的最小值為.
4.(2019·郴州市高三第二次教學質量監(jiān)測)已知拋物線C:x2=2py(p>0)的焦點為F,過F的直線交拋物線于A,B兩點.
(1)若以A,B為直徑的圓的方程為(x-2)2+(y-3)2=16,求拋物線C的標準方程;
(2)過A,B分別作拋物線的切線l1,l2,證明:l1,l2的交點在定直線上. 45、
解 (1)設AB的中點為M,A到準線的距離為d1,B到準線的距離為d2,M到準線的距離為d.則d=y(tǒng)M+.
由拋物線的定義可知,d1=AF,d2=BF,所以d1+d2=AB=8,
由梯形中位線定理可得d==4,
所以yM+=4,而yM=3,所以3+=4,可得p=2,
所以拋物線C:x2=4y.
(2)證明:設A(x1,y1),B(x2,y2),
由x2=2py得y=,則y′=,
所以直線l1的方程為y-y1=(x-x1),直線l2的方程為y-y2=(x-x2),聯(lián)立得x=,y=,
即l1,l2交點坐標為,
因為AB過焦點F,
所以設直線AB的方程為y-=kx,代入拋物線 46、x2=2py中得,x2-2pkx-p2=0,所以x1x2=-p2,
所以=-=-,
所以l1,l2的交點在定直線y=-上.
5.已知動圓C與圓x2+y2+2x=0外切,與圓x2+y2-2x-24=0內切.
(1)試求動圓圓心C的軌跡方程;
(2)過定點P(0,2)且斜率為k(k≠0)的直線l與(1)中的軌跡交于不同的兩點M,N,試判斷在x軸上是否存在點A(m,0),使得以AM,AN為鄰邊的平行四邊形為菱形?若存在,求出實數m的范圍;若不存在,請說明理由.
解 (1)由x2+y2+2x=0得(x+1)2+y2=1,由x2+y2-2x-24=0得(x-1)2+y2=25,設動圓C的半徑 47、為R,兩圓的圓心分別為F1(-1,0),F(xiàn)2(1,0),則|CF1|=R+1,|CF2|=5-R,
所以|CF1|+|CF2|=6,根據橢圓的定義可知,點C的軌跡為以F1,F(xiàn)2為焦點的橢圓,所以c=1,a=3,所以b2=a2-c2=9-1=8,所以動圓圓心C的軌跡方程為+=1.
(2)存在.直線l的方程為y=kx+2,設M(x1,y1),N(x2,y2),MN的中點為E(x0,y0).假設存在點A(m,0),使得以AM,AN為鄰邊的平行四邊形為菱形,則AE⊥MN,
由得(8+9k2)x2+36kx-36=0,
x1+x2=-,所以x0=,y0=kx0+2=,
因為AE⊥MN,所以kA 48、E=-,即=-,
所以m==,
當k>0時,9k+≥2=12,所以-≤m<0;
當k<0時,9k+≤-12,所以0 49、B的斜率是否為定值?請說明理由.
解 (1)由題意可知橢圓的焦點在x軸上,
∴令橢圓方程為+=1(a>b>0),
∵拋物線x2=8y的焦點為F(0,2),∴b=2,
∵方程2x2-3x-20=0即(2x+5)(x-4)=0,
∴2c=4,即c=2,∴a2=b2+c2=16,
∴橢圓C的方程為+=1.
(2)①設A(x1,y1),B(x2,y2),直線AB方程為y=x+t,
由得x2+tx+t2-12=0,
∴Δ=t2-4(t2-12)>0,∴-4 50、
=3=3,
當t=0時,S四邊形APBQ的最大值為12.
②當∠APQ=∠BPQ時,直線PA,PB斜率之和為0,由(1)知P(2,3),
設直線PA方程為y-3=k(x-2),PB方程為y-3=-k(x-2),
由
得(3+4k2)x2+8k(3-2k)x+4(4k2-12k-3)=0,
又P(2,3),則2+x1=,
同理2+x2=,
∴x1+x2=,x1-x2=,
kAB===,
故直線AB的斜率為定值.
7.(2019·閩粵贛三省十校聯(lián)考)已知動點P到點F(0,1)的距離比它到直線y=-3的距離少2.
(1)求點P的軌跡E的方程;
(2)過點F的兩直線l1,l 51、2分別與軌跡E交于A,B兩點和C,D兩點,且滿足·=0,設M,N兩點分別是線段AB,CD的中點,問直線MN是否恒過一定點,若經過,求定點的坐標;若不經過,請說明理由.
解 (1)由題意知動點P到點F(0,1)的距離等于它到直線y=-1的距離,
所以點P的軌跡E是拋物線,軌跡方程是x2=4y.
(2)根據題意可知,直線l1,l2都存在斜率,
設直線l1的方程為y=kx+1(k≠0),代入x2=4y,得x2-4kx-4=0,
設A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=4k,y1+y2=k(x1+x2)+2=4k2+2,
所以M(2k,2k2+1),因為·=0,所以kCD=-, 52、
設直線l2:y=-x+1,C(x3,y3),D(x4,y4),
同理可得N.
所以直線MN的方程為y-(2k2+1)=(x-2k),
化簡得y-3=x,所以直線MN恒過定點(0,3).
8.(2019·門頭溝區(qū)高三年級綜合練習)如圖,已知橢圓C:+=1(a>b>0),F(xiàn)1,F(xiàn)2分別為其左、右焦點,過F1的直線與此橢圓相交于D,E兩點,且△F2DE的周長為8,橢圓C的離心率為.
(1)求橢圓C的方程;
(2)在平面直角坐標系xOy中,已知點P(0,1)與點Q(0,2),過P的動直線l(不與x軸平行)與橢圓相交于A,B兩點,點B1是點B關于y軸的對稱點.求證:
①Q,A,B1 53、三點共線;
②=.
解 (1)∵△F2DE的周長為8,∴4a=8,即a=2,
∵e==,∴c=,∴b2=a2-c2=2,
故橢圓C的方程為+=1.
(2)①證明:當直線l的斜率不存在時,A,B分別為橢圓短軸兩端點,滿足Q,A,B1三點共線.
當直線l的斜率存在時,設直線方程為y=kx+1,
聯(lián)立得(1+2k2)x2+4kx-2=0.
設A(x1,y1),B(x2,y2),則B1(-x2,y2),
x1+x2=-,x1x2=-,
=(x1,y1-2),=(-x2,y2-2),
∵x1(y2-2)+x2(y1-2)=x1(kx2-1)+x2(kx1-1)=2kx1x2-(x1 54、+x2)=+=0.
∴與共線,則Q,A,B1三點共線.
②由①可知Q,A,B1三點共線,
∴當直線l的斜率存在時,===,當直線l的斜率不存在時,易知A,B兩點坐標為(0,±),有=,綜上,=.
解析幾何類解答題
(12分)已知橢圓+=1(a>b>0)的左、右焦點分別為F1和F2,由M(-a,b),N(a,b),F(xiàn)2和F1四個點構成了一個高為,面積為3的等腰梯形.
(1)求橢圓的方程;
(2)過點F1的直線和橢圓交于A,B兩點,求△F2AB面積的最大值.
解題思路 (1)由梯形的高得出橢圓的基本量b的值,由梯形的面積得出a+c,利用a2-c2=b2求出a,c,寫出橢圓 55、的方程;(2)先依題判斷過點F1的直線AB的斜率不為0,設出直線的方程,將直線方程代入橢圓方程,消去x,設A(x1,y1),B(x2,y2),即可得到y(tǒng)1+y2和y1y2,將△F2AB的面積表示為S△F2AB=|F1F2|·|y1-y2|,構造函數,利用函數的單調性即可求最大值.
解 (1)由條件,得b=,且×=3,
∴a+c=3.(2分)
又a2-c2=3,解得a=2,c=1.(4分)
∴橢圓的方程為+=1.(5分)
(2)顯然,直線AB的斜率不能為0,
設直線AB的方程為x=my-1,A(x1,y1),B(x2,y2),
聯(lián)立方程,得消去x得,
(3m2+4)y2-6my- 56、9=0,(6分)
∴Δ=36m2+36(3m2+4)>0,
y1+y2=,y1y2=-,(8分)
∴S△F2AB=|F1F2|·|y1-y2|=|y1-y2|
= =12
=4=4.(10分)
令t=m2+1≥1,設f(t)=t+(t≥1),易知函數f(t)在[1,+∞)上單調遞增,
∴當t=m2+1=1,即m=0時,f(t)min=,此時S△F2AB取得最大值為3.(12分)
1.由梯形的面積得到a與c的關系給2分.
2.由a2-c2=b2得到a與c的值給2分.
3.正確寫出橢圓方程給1分.
4.聯(lián)立方程消元得到一元二次方程給1分.
5.寫出“Δ>0”和根與系數的 57、關系給2分.
6.構建目標變量的函數關系給2分.
7.通過求解函數的值域,確定面積的最值給2分.
1.寫全得分步驟,直線方程和曲線方程聯(lián)立后,要寫出Δ>0和根與系數的關系,這是解題過程中的得分點.
2.寫明得分關鍵,在求解函數的最值時,要注意變量條件的制約,檢查最值取得的條件,不指明最值取得的條件扣1分.
[跟蹤訓練]
(2019·福建省高三模擬)(12分)已知橢圓C:+=1(a>b>0)過點,且它的焦距是短軸長的倍.
(1)求橢圓C的方程;
(2)若A,B是橢圓C上的兩個動點(A,B兩點不關于x軸對稱),O為坐標原點,OA,OB的斜率分別為k1,k2,問是否存在非零常數λ 58、,使當k1k2=λ時,△AOB的面積S為定值?若存在,求λ的值;若不存在,請說明理由.
解 (1)因為橢圓C:+=1(a>b>0)過點,
所以+=1,(1分)
又因為該橢圓的焦距是短軸長的倍,所以c=b,從而a2=b2+c2=4b2.
聯(lián)立方程組(2分)
解得所以橢圓C的方程為+y2=1.(3分)
(2)設存在這樣的常數λ,使k1k2=λ,△AOB的面積S為定值.(4分)
設直線AB的方程為y=kx+m,點A(x1,y1),點B(x2,y2),則由k1k2=λ知y1y2-λx1x2=0,(kx1+m)(kx2+m)-λx1x2=0,所以(k2-λ)x1x2+km(x1+x2)+m2=0.?、?5分)
聯(lián)立方程組消去y得(1+4k2)x2+8kmx+4m2-4=0.
所以(7分)
點O到直線AB的距離d=,
△AOB的面積S=|AB|·d=·|x1-x2|
=.?、?8分)
將②③代入①得(k2-λ)(4m2-4)-8k2m2+m2(1+4k2)=0,
化簡得m2=,?、?10分)
將⑤代入④得
2=
=·,(11分)
要使上式為定值,只需==,
即需(4λ+1)2=0,從而λ=-,此時2=,S=1,
所以存在這樣的常數λ=-,此時S△AOB=1.(12分)
- 32 -
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