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專題十三 圓錐曲線的綜合問題
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅲ
2018
橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、直線與橢圓的位置關(guān)系、證明問題T19
直線與拋物線的位置關(guān)系、弦長問題、拋物線與圓的綜合問題T19
直線與橢圓的位置關(guān)系、不等式的證明與平面向量綜合問題T20
2017
橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、直線過定點問題T20
軌跡問題、直線過定點問題T20
直線與拋物線的位置關(guān)系、直線方程、圓的方程T20
2016
軌跡問題、定值問題、面積的取值范圍問題T20
直線與橢圓的位置關(guān)系、求三角形的面積、參數(shù)的取值范圍問題T20
直線與拋物線的位置關(guān)系、軌跡問題、證明問題T20
縱向把握趨勢
卷Ⅰ3年3考,難度較大,涉及橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程、直線與橢圓的位置關(guān)系、定點問題、定值問題、軌跡問題、取值范圍問題及證明問題.特別注意2018年高考將此綜合題前移到第19題,難度降低.這一變化,預(yù)計2019年仍會以橢圓為載體考查橢圓方程、直線與橢圓的位置關(guān)系以及定點或定值問題
卷Ⅱ3年3考,難度偏大,涉及軌跡問題、直線與拋物線的位置關(guān)系、直線與橢圓的位置關(guān)系、軌跡問題、三角形面積、范圍問題以及直線過定點問題.特別注意2018年高考將此綜合題前移到第19題,難度降低.這一變化,預(yù)計2019年會以橢圓為載體考查弦長問題及弦長取值范圍問題
卷Ⅲ3年3考,涉及直線與橢圓的位置關(guān)系、直線與拋物線的位置關(guān)系、軌跡問題及證明問題.預(yù)計2019年會將拋物線與圓綜合考查,考查直線與圓或拋物線的位置關(guān)系及其應(yīng)用問題
橫向把握重點
解析幾何是數(shù)形結(jié)合的典范,是高中數(shù)學(xué)的主要知識板塊,是高考考查的重點知識之一,在解答題中一般會綜合考查直線、圓、圓錐曲線等.試題難度較大,多以壓軸題出現(xiàn).
解答題的熱點題型有:
(1)直線與圓錐曲線位置關(guān)系;(2)圓錐曲線中定點、定值、最值及范圍的求解;(3)軌跡方程及探索性問題的求解.
[考法一 定點、定值問題]
題型策略(一)
(2018南昌模擬)已知拋物線C:y2=2px(p>0)的焦點F(1,0),O為坐標(biāo)原點,A,B是拋物線C上異于O的兩點.
(1)求拋物線C的方程;
(2)若直線OA,OB的斜率之積為-,求證:直線AB過x軸上一定點.
[破題思路]
第(1)問
求什么想什么
求拋物線C的方程,想到求p的值
給什么用什么
給出焦點F的坐標(biāo),利用焦點坐標(biāo)與p的關(guān)系求p
第(2)問
求什么想什么
求證:直線AB過x軸上一定點,想到直線AB的方程
給什么用什么
題目條件中給出“A,B是拋物線C上異于點O的兩點”以及“直線OA,OB的斜率之積為-”,可設(shè)A,B兩點的坐標(biāo),也可設(shè)直線AB的方程
差什么
找什么
要求直線AB的方程,還需要知道直線AB的斜率是否存在,可分類討論解決
[規(guī)范解答]
(1)因為拋物線y2=2px(p>0)的焦點坐標(biāo)為F(1,0),所以=1,所以p=2.
所以拋物線C的方程為y2=4x.
(2)證明:①當(dāng)直線AB的斜率不存在時,
設(shè)A,B.
因為直線OA,OB的斜率之積為-,
所以=-,化簡得t2=32.
所以A(8,t),B(8,-t),此時直線AB的方程為x=8.
②當(dāng)直線AB的斜率存在時,設(shè)其方程為y=kx+b,A(xA,yA),B(xB,yB),聯(lián)立消去x,化簡得ky2-4y+4b=0.
所以yAyB=,
因為直線OA,OB的斜率之積為-,
所以=-,
整理得xAxB+2yAyB=0.
即+2yAyB=0,
解得yAyB=0(舍去)或yAyB=-32.
所以yAyB==-32,即b=-8k,
所以y=kx-8k,即y=k(x-8).
綜上所述,直線AB過定點(8,0).
[題后悟通]
思路
受阻
分析
不能正確應(yīng)用條件“直線OA,OB的斜率之積為-”是造成不能解決本題的關(guān)鍵
技法
關(guān)鍵
點撥
定點問題實質(zhì)及求解步驟
解析幾何中的定點問題實質(zhì)是:當(dāng)動直線或動圓變化時,這些直線或圓相交于一點,即這些直線或圓繞著定點在轉(zhuǎn)動.這類問題的求解一般可分為以下三步:
[對點訓(xùn)練]
1.(2018成都一診)已知橢圓C:+=1(a>b>0)的右焦點F(,0),長半軸長與短半軸長的比值為2.
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)設(shè)不經(jīng)過點B(0,1)的直線l與橢圓C相交于不同的兩點M,N,若點B在以線段MN為直徑的圓上,證明直線l過定點,并求出該定點的坐標(biāo).
解:(1)由題意得,c=,=2,a2=b2+c2,
∴a=2,b=1,
∴橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+y2=1.
(2)當(dāng)直線l的斜率存在時,設(shè)直線l的方程為y=kx+m(m≠1),M(x1,y1),N(x2,y2).
聯(lián)立消去y,
可得(4k2+1)x2+8kmx+4m2-4=0.
∴Δ=16(4k2+1-m2)>0,
x1+x2=,x1x2=.
∵點B在以線段MN為直徑的圓上,
∴=0.
則=(x1,kx1+m-1)(x2,kx2+m-1)=(k2+1)x1x2+k(m-1)(x1+x2)+(m-1)2=0,
∴(k2+1)+k(m-1)+(m-1)2=0,
整理,得5m2-2m-3=0,
解得m=-或m=1(舍去).
∴直線l的方程為y=kx-.
易知當(dāng)直線l的斜率不存在時,不符合題意.
故直線l過定點,且該定點的坐標(biāo)為.
題型策略(二)
(2018沈陽質(zhì)監(jiān))設(shè)O為坐標(biāo)原點,動點M在橢圓+=1上,過M作x軸的垂線,垂足為N,點P滿足= .
(1)求點P的軌跡E的方程;
(2)過F(1,0)的直線l1與點P的軌跡交于A,B兩點,過F(1,0)作與l1垂直的直線l2與點P的軌跡交于C,D兩點,求證:+為定值.
[破題思路]
第(1)問
求什么
想什么
求點P的軌跡E的方程,想到建立點P的橫坐標(biāo)x與縱坐標(biāo)y的關(guān)系式
給什么
用什么
題目條件中給出= ,利用此條件建立點P的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的關(guān)系式
差什么
找什么
要求點P的軌跡方程,還缺少點P,M,N的坐標(biāo),可設(shè)點P(x,y),M(x0,y0),N(x,0),然后用x,y表示x0,y0
第(2)問
求什么
想什么
要證明+為定值,想到利用合適的參數(shù)表示|AB|和|CD|
給什么
用什么
題目條件給出過F(1,0)互相垂直的兩條直線分別與軌跡E分別交于A,B和C,D兩點,用弦長公式可求|AB|和|CD|
差什么
找什么
要求|AB|和|CD|,還缺少直線l1和l2的方程,可設(shè)出直線斜率,利用點斜式表示直線方程.但要注意直線斜率不存在的情況
[規(guī)范解答]
(1)設(shè)P(x,y),M(x0,y0),則N(x,0).
∵= ,∴(0,y)=(x0-x,y0),
∴x0=x,y0=.
又點M在橢圓上,∴+=1,
即+=1.
∴點P的軌跡E的方程為+=1.
(2)證明:由(1)知F為橢圓+=1的右焦點,
當(dāng)直線l1與x軸重合時,
|AB|=6,|CD|==,
∴+=.
當(dāng)直線l1與x軸垂直時,|AB|=,|CD|=6,
∴+=.
當(dāng)直線l1與x軸不垂直也不重合時,可設(shè)直線l1的方程為y=k(x-1)(k≠0),
則直線l2的方程為y=-(x-1),
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
聯(lián)立消去y,得(8+9k2)x2-18k2x+9k2-72=0,
則Δ=(-18k2)2-4(8+9k2)(9k2-72)=2 304(k2+1)>0,
x1+x2=,x1x2=,
∴|AB|= =.
同理可得|CD|=.
∴+=+=.
綜上可得+為定值.
[題后悟通]
思路
受阻
分析
在解決本題第(1)問時,不能正確應(yīng)用= 求得點P的軌跡E的方程,導(dǎo)致第(2)問也無法求解,是解決本題易發(fā)生的錯誤之一;在解決第(2)問時,忽視直線斜率的不存在性或不能正確求解|AB|,|CD|都是常見解題失誤的原因.
技法
關(guān)鍵
點撥
定值問題實質(zhì)及求解步驟
定值問題一般是指在求解解析幾何問題的過程中,探究某些幾何量(斜率、距離、面積、比值等)與變量(斜率、點的坐標(biāo)等)無關(guān)的問題.其求解步驟一般為:
[對點訓(xùn)練]
2.已知橢圓C的兩個頂點分別為A(-2,0),B(2,0),焦點在x軸上,離心率為.
(1)求橢圓C的方程;
(2)如圖所示,點D為x軸上一點,過點D作x軸的垂線交橢圓C于不同的兩點M,N,過點D作AM的垂線交BN于點E.求證:△BDE與△BDN的面積之比為定值,并求出該定值.
解:(1)設(shè)橢圓C的方程為+=1(a>b>0),
由題意得解得
所以橢圓C的方程為+y2=1.
(2)證明:法一:設(shè)D(x0,0),M(x0,y0),N(x0,-y0),-2
3)的左頂點,斜率為k(k>0)的直線交E于A,M兩點,點N在E上,MA⊥NA.
(1)當(dāng)t=4,|AM|=|AN|時,求△AMN的面積;
(2)當(dāng)2|AM|=|AN|時,求k的取值范圍.
[破題思路]
第(1)問
求什么
想什么
求△AMN的面積,想到三角形的面積公式S=底高或S=absin C
給什么
用什么
題目條件中給出“MA⊥NA,|AM|=|AN|”,得△AMN為等腰直角三角形,故可利用面積S=|AM||AN|求解
差什么
找什么
到此就缺少|(zhì)AM|,|AN|的值,由于A點已知,故想法求M,N的坐標(biāo)
第(2)問
求什么
想什么
求k的取值范圍,想到建立關(guān)于k的不等式
給什么
用什么
題目條件中給出2|AM|=|AN|,可利用此條件建立t與k的關(guān)系式
差什么
找什么
缺少關(guān)于k的不等式,想到t>3即可建立k的不等式
[規(guī)范解答]
(1)由|AM|=|AN|,可得M,N關(guān)于x軸對稱,由MA⊥NA,可得直線AM的斜率k為1.
因為t=4,所以A(-2,0),
所以直線AM的方程為y=x+2,
代入橢圓方程+=1,可得7x2+16x+4=0,
解得x=-2或x=-,
所以M,N,
則△AMN的面積為=.
(2)由題意知t>3,k>0,A(-,0),
將直線AM的方程y=k(x+)代入+=1得(3+tk2)x2+2tk2x+t2k2-3t=0,
設(shè)M(x1,y1),
則x1(-)=,即x1=,
故|AM|=|x1+|=.
由題設(shè)知,直線AN的方程為y=-(x+),
故同理可得|AN|=.
由2|AM|=|AN|,得=,
即(k3-2)t=3k(2k-1).
當(dāng)k=時上式不成立,因此t=.
由t>3,得>3,
所以=<0,即<0.
由此得或
解得3,不能建立關(guān)于k的不等式,從而導(dǎo)致問題無法求解.
技法
關(guān)鍵
點撥
利用題目中隱藏的已知參數(shù)的范圍求新參數(shù)的范圍問題的核心是建立兩個參數(shù)之間的等量關(guān)系,將新參數(shù)的范圍轉(zhuǎn)化為已知參數(shù)的范圍問題.
設(shè)橢圓+=1(a>)的右焦點為F,右頂點為A.已知|OA|-|OF|=1,其中O為原點,e為橢圓的離心率.
(1)求橢圓的方程及離心率e的值;
(2)設(shè)過點A的直線l與橢圓交于點B(B不在x軸上),垂直于l的直線與l交于點M,與y軸交于點H.若BF⊥HF,且∠MOA≤∠MAO,求直線l的斜率的取值范圍.
[破題思路]
第(1)問
求什么
想什么
求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程及離心率e的值,想到利用a,b,c的關(guān)系求參數(shù)a及離心率e的值
給什么
用什么
題目條件中給出|OA|-|OF|=1,則a-c=1
差什么
找什么
還缺少一個關(guān)于a和c的關(guān)系式,可利用a2=b2+c2
第(2)問
求什么
想什么
求直線l的斜率k的取值范圍,想到建立關(guān)于斜率k的不等式
給什么
用什么
由題目條件垂直于直線l的直線與l交于點M,與y軸交于點H,利用kkMH=-1,建立關(guān)于k的兩條直線方程,由題目條件∠MOA≤∠MAO,利用三角形的大角對大邊,建立關(guān)于xM的不等式,利用題目條件BF⊥HF,即=0建立關(guān)系式
差什么
找什么
還缺少關(guān)于k的不等式,應(yīng)找到xM與k的關(guān)系構(gòu)建關(guān)于k的不等式
[規(guī)范解答]
(1)由題意可知|OF|=c=,
又|OA|-|OF|=1,所以a-=1,解得a=2,
所以橢圓的方程為+=1,
離心率e==.
(2)設(shè)M(xM,yM),易知A(2,0),
在△MAO中,∠MOA≤∠MAO?|MA|≤|MO|,
即(xM-2)2+y≤x+y,化簡得xM≥1.
設(shè)直線l的斜率為k(k≠0),
則直線l的方程為y=k(x-2).
設(shè)B(xB,yB),聯(lián)立消去y,
整理得(4k2+3)x2-16k2x+16k2-12=0,
解得x=2或x=.
由題意得xB=,從而yB=.
由(1)知F(1,0),設(shè)H(0,yH),
則=(-1,yH),=.
由BF⊥HF,得=0,
即+=0,解得yH=,
所以直線MH的方程為y=-x+.
由消去y,得xM=.
由xM≥1,得≥1,解得k≤-或k≥,
所以直線l的斜率的取值范圍為
∪.
[題后悟通]
思路
受阻
分析
不能將條件中的幾何信息∠MOA≤∠MAO準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化成代數(shù)不等式xM≥1,并將其用直線l的斜率表示出來,得到目標(biāo)不等式,是不能正確求解此題的常見原因.
技法
關(guān)鍵
點撥
利用已知條件中的幾何關(guān)系構(gòu)建目標(biāo)不等式的核心是用轉(zhuǎn)化與化歸的數(shù)學(xué)思想,將幾何關(guān)系轉(zhuǎn)化為代數(shù)不等式,從而構(gòu)建出目標(biāo)不等式.
已知中心在原點,焦點在y軸上的橢圓C,其上一點Q到兩個焦點F1,F(xiàn)2的距離之和為4,離心率為.
(1)求橢圓C的方程;
(2)若直線l與橢圓C交于不同的兩點M,N,且線段MN恰被直線x=-平分,設(shè)弦MN的垂直平分線的方程為y=kx+m,求m的取值范圍.
[破題思路]
第(1)問
求什么
想什么
求橢圓C的方程,想到求橢圓的長半軸a和短半軸b的值
給什么
用什么
題目條件中給出橢圓焦點的位置,以及橢圓上一點Q到兩個焦點F1,F(xiàn)2的距離之和及離心率,用橢圓的定義和離心率公式即可求a,b的值
第(2)問
求什么
想什么
求m的取值范圍,想到建立關(guān)于m的不等式
給什么
用什么
題目條件給出線段MN恰被直線x=-平分,弦MN的垂直平分線方程為y=kx+m,用y=kx+m是弦MN的中垂線及MN的中點在直線x=-上,可設(shè)出中點坐標(biāo)P,建立y0與m的關(guān)系,通過y0范圍求m范圍或建立m與k的關(guān)系式
差什么
找什么
還缺少建立不等式的條件,注意到MN的中點在橢圓內(nèi)部及直線x=-上,其隱含條件為線段MN的中點縱坐標(biāo)的范圍可確定或聯(lián)立直線l與橢圓方程,利用判別式Δ>0求解
[規(guī)范解答]
(1)由題意可設(shè)橢圓C的方程為+=1(a>b>0),
由條件可得a=2,c=,則b=1.
故橢圓C的方程為+x2=1.
(2)法一:設(shè)弦MN的中點為P,M(xM,yM),N(xN,yN),則由點M,N為橢圓C上的點,可知4x+y=4,4x+y=4,兩式相減,
得4(xM-xN)(xM+xN)+(yM-yN)(yM+yN)=0,
將xM+xN=2=-1,yM+yN=2y0,=-,代入上式得k=-.
又點P在弦MN的垂直平分線上,
所以y0=-k+m,所以m=y(tǒng)0+k=y(tǒng)0.
由點P在線段BB′上B′(xB′,yB′),B(xB,yB)為直線x=-與橢圓的交點,如圖所示,
所以yB′0,得k∈∪,
所以m=-k∈∪,
即m的取值范圍為∪.
[題后悟通]
思路
受阻
分析
利用點差法求解第(2)問時,關(guān)鍵是利用點差法得到目標(biāo)參數(shù)m與y0的關(guān)系,再根據(jù)點P與橢圓的位置關(guān)系得到y(tǒng)0的取值范圍,從而求得目標(biāo)參數(shù)m的取值范圍.很多同學(xué)在解決本題時往往出現(xiàn)如下失誤:(1)忽視y0的取值范圍而造成思路受阻無法正確求解.(2)利用判別式法求解此題時,抓住直線與圓錐曲線相交這一條件,利用判別式Δ>0構(gòu)建m與k的關(guān)系式,從而得所求,但部分考生忽視Δ>0,導(dǎo)致思路受阻而無法求解
技法
關(guān)鍵
點撥
(1)利用點在曲線內(nèi)(外)的充要條件構(gòu)建目標(biāo)不等式的核心是抓住目標(biāo)參數(shù)和某點的關(guān)系,根據(jù)點與圓錐曲線的位置關(guān)系構(gòu)建目標(biāo)不等式.
(2)利用判別式構(gòu)建目標(biāo)不等式的核心是抓住直線與圓錐曲線的位置關(guān)系和判別式Δ的關(guān)系建立目標(biāo)不等式
[對點訓(xùn)練]
1.已知焦點在y軸上的橢圓E的中心是原點O,離心率等于,以橢圓E的長軸和短軸為對角線的四邊形的周長為4.直線l:y=kx+m與y軸交于點P,與橢圓E相交于A,B兩個點.
(1)求橢圓E的方程;
(2)若=3,求m2的取值范圍.
解:(1)根據(jù)已知設(shè)橢圓E的方程為+=1(a>b>0),焦距為2c,
由已知得=,∴c=a,b2=a2-c2=.
∵以橢圓E的長軸和短軸為對角線的四邊形的周長為4,
∴4=2a=4,∴a=2,b=1.
∴橢圓E的方程為x2+=1.
(2)根據(jù)已知得P(0,m),設(shè)A(x1,kx1+m),B(x2,kx2+m),
由消去y,
得(k2+4)x2+2mkx+m2-4=0.
由已知得Δ=4m2k2-4(k2+4)(m2-4)>0,
即k2-m2+4>0,
且x1+x2=,x1x2=.
由=3,得x1=-3x2.
∴3(x1+x2)2+4x1x2=12x-12x=0.
∴+=0,
即m2k2+m2-k2-4=0.
當(dāng)m2=1時,m2k2+m2-k2-4=0不成立,
∴k2=.
∵k2-m2+4>0,
∴-m2+4>0,即>0.
解得1b>0),焦距為2c,則b=c,
∴a2=b2+c2=2b2,
∴橢圓E的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
又橢圓E過點,∴+=1,解得b2=1.
∴橢圓E的標(biāo)準(zhǔn)方程為+y2=1.
(2)由于點(-2,0)在橢圓E外,∴直線l的斜率存在.
設(shè)直線l的斜率為k,則直線l:y=k(x+2),設(shè)M(x1,y1),N(x2,y2).
由消去y得,(1+2k2)x2+8k2x+8k2-2=0.
由Δ>0,得0≤k2<,
從而x1+x2=,x1x2=,
∴|MN|= |x1-x2|=2.
∵點F2(1,0)到直線l的距離d=,
∴△F2MN的面積S=|MN|d=3.
令1+2k2=t,則t∈[1,2),
∴S=3=3
=3=3,
當(dāng)=,即t=時,S有最大值,
Smax=,此時k=.
∴當(dāng)直線l的斜率為時,可使△F2MN的面積最大,其最大值為.
[題后悟通]
(一)思路受阻分析
解決本例(2)的關(guān)鍵是建立△F2MN的面積S關(guān)于斜率k的關(guān)系式,然后通過換元構(gòu)造一元二次函數(shù)求解,而很多同學(xué)因不會構(gòu)造函數(shù)造成思路受阻無法繼續(xù)求解.
(二)技法關(guān)鍵點撥
求圓錐曲線中范圍、最值的2種方法
幾何法
若題目中的條件和結(jié)論能明顯體現(xiàn)幾何特征和意義,則考慮利用圖形性質(zhì)來求解
代數(shù)法
若題目中的條件和結(jié)論能體現(xiàn)一種明確的函數(shù)關(guān)系,則可先建立起目標(biāo)函數(shù),再求這個函數(shù)的最值、范圍.常用的方法有基本不等式法、導(dǎo)數(shù)法、判別式法等
[對點訓(xùn)練]
3.(2019屆高三武漢調(diào)研)已知橢圓C:+=1(a>b>0)經(jīng)過點P,且離心率為.
(1)求橢圓C的方程;
(2)設(shè)F1,F(xiàn)2分別為橢圓C的左、右焦點,不經(jīng)過F1的直線l與橢圓C交于兩個不同的點A, B.如果直線AF1,l,BF1的斜率依次成等差數(shù)列,求焦點F2到直線l的距離d的取值范圍.
解:(1)由題意,知解得
所以橢圓C的方程為+y2=1.
(2)易知直線l的斜率存在且不為零.設(shè)直線l的方程為y=kx+m,代入橢圓方程+y2=1,
整理得(1+2k2)x2+4kmx+2(m2-1)=0.
由Δ=(4km)2-8(1+2k2)(m2-1)>0,
得2k2>m2-1.①
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2=-,x1x2=.
因為F1(-1,0),所以kAF1=,kBF1=.
由題可得2k=+,且y1=kx1+m,y2=kx2+m,
所以(m-k)(x1+x2+2)=0.
因為直線l:y=kx+m不過焦點F1(-1,0),所以m-k≠0,
所以x1+x2+2=0,從而-+2=0,
即m=k+.②
由①②得2k2>2-1,化簡得|k|>.③
焦點F2(1,0)到直線l:y=kx+m的距離
d===,
令t=,由|k|>知t∈(1,).
于是d==,
因為函數(shù)f (t)=在[1,]上單調(diào)遞減,
所以f ()0,
則 ①
所以x1+x2=(my1+6)+(my2+6)=4m2+12, ②
因為x1x2=,所以x1x2=36, ③
假設(shè)存在N(x0,y0),使得`=0,
由題意可知y0=,所以y0=2m, ④
由N點在拋物線上可知x0=,即x0=m2, ⑤
又=(x1-x0,y1-y0),=(x2-x0,y2-y0),
若=0,
則x1x2-x0(x1+x2)+x+y1y2-y0(y1+y2)+y=0,
由①②③④⑤代入上式化簡可得:3m4+16m2-12=0,
即(m2+6)(3m2-2)=0,
所以m2=,故m=,
所以存在直線3x+y-18=0或3x-y-18=0,使得NA⊥N B.
[題后悟通]
思路受阻分析
本題(2)中條件的關(guān)系較多且層層遞進(jìn)又相互關(guān)聯(lián).先是過定點的直線l與曲線T相交于A,B,再是過A,B中點與x軸平行的直線交曲線T于點N,再是NA⊥NB,能否合理轉(zhuǎn)化這些條件及條件中的關(guān)系是正確解決此題的關(guān)鍵.常因不會轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化過程中計算失誤導(dǎo)致無法繼續(xù)解題或解題失誤
技法關(guān)鍵點撥
存在性問題的求解方法
(1)解決存在性問題通常采用“肯定順推法”,將不確定性問題明朗化.一般步驟:
①假設(shè)滿足條件的曲線(或直線、點)等存在,用待定系數(shù)法設(shè)出;
②列出關(guān)于待定系數(shù)的方程(組);
③若方程(組)有實數(shù)解,則曲線(或直線、點等)存在,否則不存在.
(2)反證法與驗證法也是求解存在性問題常用的方法
題型策略(二)含字母參數(shù)的存在性問題
如圖,橢圓C:+=1(a>b>0)經(jīng)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)AB是經(jīng)過右焦點F的任一弦(不經(jīng)過點P),設(shè)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(shù)λ,使得k1+k2=λk3?若存在,求出λ的值;若不存在,請說明理由.
[破題思路]
第(1)問
求什么想什么
求橢圓C的方程,想到求a,b的值
給什么用什么
題目條件中給出橢圓過點P,離心率e=.將P點坐標(biāo)代入橢圓方程可得a,b的關(guān)系式;用離心率公式可得a,c的關(guān)系式,另外,還有a2=b2+c2,即可求得a,b的值
第(2)問
求什么想什么
判斷是否存在常數(shù)λ,使k1+k2=λk3成立.想到k1+k2=λk3是否有解
給什么用什么
題目條件中給出直線AB過右焦點F,且與橢圓及直線l分別交于點A,B,M,直線PA,PB,PM的斜率分別為k1,k2,k3,想到用斜率公式表示k1,k2,k3
差什么找什么
需要A,B,M的坐標(biāo),可設(shè)出A,B,M的坐標(biāo),通過建立直線AB與橢圓方程的方程組求得各坐標(biāo)的關(guān)系
[規(guī)范解答]
(1)由題意得解得
故橢圓C的方程為+=1.
(2)由題意可設(shè)直線AB的斜率為k,
則直線AB的方程為y=k(x-1),①
代入橢圓方程,并整理,得(4k2+3)x2-8k2x+4(k2-3)=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),且x1≠x2≠1,
則x1+x2=,x1x2=,②
在方程①中令x=4,得點M的坐標(biāo)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==k,
所以k1+k2=+=+-=2k-,③
將②代入③得,
k1+k2=2k-=2k-1,
又k3=k-,所以k1+k2=2k3.
故存在常數(shù)λ=2符合題意.
[題后悟通]
思路受阻分析
不會利用A,F(xiàn),B三點共線建立各個坐標(biāo)之間的數(shù)量關(guān)系,從而不能將k1+k2進(jìn)行化簡是導(dǎo)致解題受阻、不能正確求解的主要原因
技法關(guān)鍵點撥
字母參數(shù)值存在性問題的求解方法
求解字母參數(shù)值的存在性問題時,通常的方法是首先假設(shè)滿足條件的參數(shù)值存在,然后利用這些條件并結(jié)合題目的其他已知條件進(jìn)行推理與計算,若不出現(xiàn)矛看,并且得到了相應(yīng)的參數(shù)值,就說明滿足條件的參數(shù)值存在;若在推理與計算中出現(xiàn)了矛盾,則說明滿足條件的參數(shù)值不存在,同時推理與計算的過程就是說明理由的過程
[對點訓(xùn)練]
(2019屆高三福州四校聯(lián)考)已知橢圓C:+=1(a>b>0)的兩個焦點分別為F1,F(xiàn)2,短軸的一個端點為P,△PF1F2內(nèi)切圓的半徑為,設(shè)過點F2的直線l被橢圓C截得的線段為RS,當(dāng)l⊥x軸時,|RS|=3.
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)在x軸上是否存在一點T,使得當(dāng)l變化時,總有TS與TR所在直線關(guān)于x軸對稱?若存在,請求出點T的坐標(biāo);若不存在,請說明理由.
解:(1)由內(nèi)切圓的性質(zhì),得2cb=(2a+2c),所以=.
將x=c代入+=1,
得y=,所以=3.
又a2=b2+c2,所以a=2,b=,
故橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
(2)當(dāng)直線l垂直于x軸時,顯然x軸上任意一點T都滿足TS與TR所在直線關(guān)于x軸對稱.
當(dāng)直線l不垂直于x軸時,假設(shè)存在T(t,0)滿足條件,設(shè)l的方程為y=k(x-1),R(x1,y1),S(x2,y2).
聯(lián)立消去y,得(3+4k2)x2-8k2x+4k2-12=0,
由根與系數(shù)的關(guān)系得①,其中Δ>0恒成立,
由TS與TR所在直線關(guān)于x軸對稱,得kTS+kTR=0(顯然TS,TR的斜率存在),
即+=0.②
因為R,S兩點在直線y=k(x-1)上,
所以y1=k(x1-1),y2=k(x2-1),代入②得
==0,
即2x1x2-(t+1)(x1+x2)+2t=0.③
將①代入③得
==0,
則t=4,
綜上所述,存在T(4,0),使得當(dāng)l變化時,總有TS與TR所在直線關(guān)于x軸對稱.
[高考大題通法點撥]
圓錐曲線問題重在“設(shè)”——設(shè)點、設(shè)線
[思維流程]
[策略指導(dǎo)]
圓錐曲線解答題的常見類型是:第1小題通常是根據(jù)已知條件,求曲線方程或離心率,一般比較簡單.第2小題往往是通過方程研究曲線的性質(zhì)——弦長問題、中點弦問題、動點軌跡問題、定點與定值問題、最值問題、相關(guān)量的取值范圍問題等等,這一小題綜合性較強,可通過巧設(shè)“點”“線”,設(shè)而不求.在具體求解時,可將整個解題過程分成程序化的三步:
第一步,聯(lián)立兩個方程,并將消元所得方程的判別式與根與系數(shù)的關(guān)系正確寫出;
第二步,用兩個交點的同一類坐標(biāo)的和與積,來表示題目中涉及的位置關(guān)系和數(shù)量關(guān)系;
第三步,求解轉(zhuǎn)化而來的代數(shù)問題,并將結(jié)果回歸到原幾何問題中.
在求解時,要根據(jù)題目特征,恰當(dāng)?shù)脑O(shè)點、設(shè)線,以簡化運算.
已知橢圓C:+=1(a>b>0)的右焦點為F(1,0),且點P在橢圓C上,O為坐標(biāo)原點.
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)設(shè)過定點T(0,2)的直線l與橢圓C交于不同的兩點A,B,且∠AOB為銳角,求直線l的斜率k的取值范圍;
(3)過橢圓C1:+=1上異于其頂點的任一點P,作圓O:x2+y2=的兩條切線,切點分別為M,N(M,N不在坐標(biāo)軸上),若直線MN在x軸、y軸上的截距分別為m,n,證明:+為定值.
[破題思路]
第(1)問
求什么想什么
求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程,想到求a和b的值
給什么用什么
題目條件中給出橢圓的右焦點為F(1,0)以及橢圓上的一點P,將點P代入橢圓方程中,再結(jié)合c2=a2+b2即可求解
第(2)問
求什么想什么
求直線l的斜率k的取值范圍,想到建立關(guān)于k的不等式
給什么用什么
題目條件中給出直線l過定點(0,2)與橢圓交于不同的兩點A,B且∠AOB為銳角,可用k表示出直線l的方程,與橢圓聯(lián)立,得出關(guān)于x的一元二次方程.由于直線與橢圓相交,故判別式Δ>0,由于∠AOB為銳角,故>0,從而得出關(guān)于k的不等式
第(3)問
求什么想什么
證明:+為定值,想到尋找合適的參數(shù)表示m和n或求出m和n的值
給什么用什么
題目條件中給出M,N是過橢圓C1上異于其頂點的任一點P作圓O的切線所得切點以及m,n為直線MN在x軸、y軸上的截距.用P,M,N的坐標(biāo)表示出切線PM,PN的方程以及直線MN的方程,再用點P的坐標(biāo)表示出m和n
差什么找什么
需求出m,n,可利用P點坐標(biāo)表示m,n.然后借助點P在橢圓C1上求得定值證明問題
[規(guī)范解答]
(1)由題意得c=1,所以a2=b2+1.①
又點P在橢圓C上,所以+=1.②
由①②可解得a2=4,b2=3,
所以橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
(2)設(shè)直線l的方程為
y=kx+2,A(x1,y1),
B(x2,y2),
由得
(4k2+3)x2+16kx+4=0,
因為Δ=16(12k2-3)>0,
所以k2>,
則x1+x2=,x1x2=.
因為∠AOB為銳角,
所以>0,即x1x2+y1y2>0,
所以x1x2+(kx1+2)(kx2+2)>0,
所以(1+k2)x1x2+2k(x1+x2)+4>0,
即(1+k2)+2k+4>0,
解得k2<.
又k2>,所以0)和定點M(0,1),設(shè)過點M的動直線交拋物線C于A,B兩點,拋物線C在A,B處的切線的交點為N.
(1)若N在以AB為直徑的圓上,求p的值;
(2)若△ABN的面積的最小值為4,求拋物線C的方程.
解:設(shè)直線AB:y=kx+1,A(x1,y1),B(x2,y2),
將直線AB的方程代入拋物線C的方程得x2-2pkx-2p=0,
則x1+x2=2pk,x1x2=-2p.①
(1)由x2=2py得y′=,則A,B處的切線斜率的乘積為=-,
∵點N在以AB為直徑的圓上,
∴AN⊥BN,
∴-=-1,∴p=2.
(2)易得直線AN:y-y1=(x-x1),
直線BN:y-y2=(x-x2),
聯(lián)立結(jié)合①式,
解得即N(pk,-1).
所以|AB|=|x2-x1|
=
=,
點N到直線AB的距離d=,
則S△ABN=|AB|d=≥2,
當(dāng)k=0時,取等號,
∵△ABN的面積的最小值為4,
∴2=4,∴p=2,
故拋物線C的方程為x2=4y.
2.(2019屆高三河北“五個一名校聯(lián)盟”模擬)在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知橢圓C:+y2=1,點P(x1,y1),Q(x2,y2)是橢圓C上兩個動點,直線OP,OQ的斜率分別為k1,k2,若m=,n=,mn=0.
(1)求證:k1k2=-;
(2)試探求△POQ的面積S是否為定值,并說明理由.
解:(1)證明:∵k1,k2存在,∴x1x2≠0,
∵mn=0,∴+y1y2=0,
∴k1k2==-.
(2)①當(dāng)直線PQ的斜率不存在,
即x1=x2,y1=-y2時,
由=-,得-y=0,
又由P(x1,y1)在橢圓上,
得+y=1,
∴|x1|=,|y1|=,
∴S△POQ=|x1||y1-y2|=1.
②當(dāng)直線PQ的斜率存在時,設(shè)直線PQ的方程為y=kx+b(b≠0).
由得(4k2+1)x2+8kbx+4b2-4=0,
Δ=64k2b2-4(4k2+1)(4b2-4)=16(4k2+1-b2)>0,
∴x1+x2=,x1x2=.
∵+y1y2=0,
∴+(kx1+b)(kx2+b)=0,
得2b2-4k2=1,滿足Δ>0.
∴S△POQ=|PQ|
=|b|
=2|b|=1.
∴△POQ的面積S為定值.
3.(2018長春質(zhì)檢)如圖,在矩形ABCD中,|AB|=4,|AD|=2,O為AB的中點,P,Q分別是AD和CD上的點,且滿足①=,②直線AQ與BP的交點在橢圓E:+=1(a>b>0)上.
(1)求橢圓E的方程;
(2)設(shè)R為橢圓E的右頂點,M為橢圓E第一象限部分上一點,作MN垂直于y軸,垂足為N,求梯形ORMN面積的最大值.
解:(1)設(shè)AQ與BP的交點為G(x,y),P(-2,y1),Q(x1,2),
由題可知,=.
∵kAG=kAQ,kBG=kBP,
∴=,=-,
從而有=-=-,整理得+y2=1,
即橢圓E的方程為+y2=1.
(2)由(1)知R(2,0),設(shè)M(x0,y0),則y0=,
從而梯形ORMN的面積S=(2+x0)y0=,
令t=2+x0,則20,u=4t3-t4單調(diào)遞增,
當(dāng)t∈(3,4)時,u′<0,u=4t3-t4單調(diào)遞減,
所以當(dāng)t=3時,u取得最大值,則S也取得最大值,最大值為.
4.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O為坐標(biāo)原點.
(1)求拋物線E的方程;
(2)已知點C的坐標(biāo)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(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
聯(lián)立消去x,整理得y2-2pmy-6p=0,
則y1+y2=2pm,y1y2=-6p,x1x2==9,
由=x1x2+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
=12m+36.
由(1)可知:y1+y2=2pm=m,y1y2=-6p=-3,
所以+-2m2=12m+36=24,
所以+-2m2為定值.
5.(2018惠州調(diào)研)已知C為圓(x+1)2+y2=8的圓心,P是圓上的動點,點Q在圓的半徑CP上,且有點A(1,0)和AP上的點M,滿足=0,=2.
(1)當(dāng)點P在圓上運動時,求點Q的軌跡方程;
(2)若斜率為k的直線l與圓x2+y2=1相切,與(1)中所求點Q的軌跡交于不同的兩點F,H,O是坐標(biāo)原點,且≤≤,求k的取值范圍.
解:(1)由題意知MQ是線段AP的垂直平分線,
所以|CP|=|QC|+|QP|=|QC|+|QA|=2>|CA|=2,
所以點Q的軌跡是以點C,A為焦點,焦距為2,長軸長為2的橢圓,
所以a=,c=1,b==1,
故點Q的軌跡方程是+y2=1.
(2)設(shè)直線l:y=kx+t,F(xiàn)(x1,y1),H(x2,y2),
直線l與圓x2+y2=1相切?=1?t2=k2+1.
聯(lián)立?(1+2k2)x2+4ktx+2t2-2=0,
則Δ=16k2t2-4(1+2k2)(2t2-2)=8(2k2-t2+1)=8k2>0?k≠0,
x1+x2=,x1x2=,
所以=x1x2+y1y2
=(1+k2)x1x2+kt(x1+x2)+t2
=+kt+t2
=-+k2+1
=,
所以≤≤?≤k2≤?≤|k|≤,
所以-≤k≤-或≤k≤.
故k的取值范圍是∪.
6.如圖所示,設(shè)橢圓M:+=1(a>b>0)的左頂點為A,中心為O,若橢圓M過點P,且AP⊥OP.
(1)求橢圓M的方程;
(2)若△APQ的頂點Q也在橢圓M上,試求△APQ面積的最大值;
(3)過點A作兩條斜率分別為k1,k2的直線交橢圓M于D,E兩點,且k1k2=1,求證:直線DE過定點.
解:(1)由AP⊥OP,可知kAPkOP=-1.
又點A的坐標(biāo)為(-a,0),
所以=-1,解得a=1.
又因為橢圓M過點P,所以+=1,解得b2=,
所以橢圓M的方程為x2+=1.
(2)由題意易求直線AP的方程為=,
即x-y+1=0.
因為點Q在橢圓M上,故可設(shè)Q,
又|AP|=,
所以S△APQ=
= cos+1 .
當(dāng)θ+=2kπ(k∈Z),即θ=2kπ-(k∈Z)時,
S△APQ取得最大值+.
(3)證明:法一:由題意易得,直線AD的方程為y=k1(x+1),代入x2+3y2=1,消去y,得(3k+1)x2+6kx+3k-1=0.
設(shè)D(xD,yD),則(-1)xD=,
即xD=,yD=k1=.
設(shè)E(xE,yE),同理可得xE=,yE=.
又k1k2=1且k1≠k2,可得k2=且k1≠1,
所以xE=,yE=,
所以kDE===,
故直線DE的方程為y-=.
令y=0,可得x=-=-2.
故直線DE過定點(-2,0).
法二:設(shè)D(xD,yD),E(xE,yE).
若直線DE垂直于y軸,則xE=-xD,yE=y(tǒng)D,此時k1k2====與題設(shè)矛盾,
若DE不垂直于y軸,可設(shè)直線DE的方程為x=ty+s,將其代入x2+3y2=1,消去x,得(t2+3)y2+2tsy+s2-1=0,
則yD+yE=,yDyE=.
又k1k2=
=
=1,
可得(t2-1)yDyE+t(s+1)(yD+
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