知识总结圆锥曲线之动弦过定点的问题
- 格式:doc
- 大小:738.50 KB
- 文档页数:11
高考数学复习:圆锥曲线的定点、定值、定直线【热点聚焦】纵观近几年的高考试题,圆锥曲线的定点、定值、定直线问题是热点之一.从命题的类型看,主要是大题.一般说来,考查直线与椭圆、双曲线、抛物线的位置关系问题,综合性较强,涉及方程组联立,根的判别式、根与系数的关系、弦长、面积、参数、几何量为定值,或定点在某直线上、定直线过某点等.难度往往大些.【重点知识回眸】(一)定值问题1.定义:定值问题是指虽然圆锥曲线中的某些要素(通常可通过变量进行体现)有所变化,但在变化过程中,某个量的值保持不变即为定值.2.圆锥曲线中的定值问题的常见类型及解题策略(1)求代数式为定值:依题意设条件,得出与代数式参数有关的等式,代入代数式,化简即可得出定值;(2)求点到直线的距离为定值:利用点到直线的距离公式得出距离的解析式,再利用题设条件化简、变形求得;(3)求某线段长度为定值:利用长度公式求得解析式,再依据条件对解析式进行化简、变形即可求得.3.常见定值问题的处理方法:(1)确定一个(或两个)变量为核心变量,其余量均利用条件用核心变量进行表示(2)将所求表达式用核心变量进行表示(有的甚至就是核心变量),然后进行化简,看能否得到一个常数.4.定值问题的处理技巧:(1)对于较为复杂的问题,可先采用特殊位置(例如斜率不存在的直线等)求出定值,进而给后面一般情况的处理提供一个方向.(2)在运算过程中,尽量减少所求表达式中变量的个数,以便于向定值靠拢(3)巧妙利用变量间关系,例如点的坐标符合曲线方程等,尽量做到整体代入,简化运算(二)定点问题1.求解圆锥曲线中的定点问题的两种思路:(1)特殊推理法:先从特殊情况入手,求出定点,再证明定点与变量无关.(2)直接推理法:①选择一个参数建立直线系方程,一般将题目中给出的曲线方程(包含直线方程)中的常量当成变量,将变量x,y当成常量,将原方程转化为kf(x,y)+g(x,y)=0的形式(k是原方程中的常量);②根据直线过定点时与参数没有关系(即直线系方程对任意参数都成立),得到方程组()0g()0f x y x y =⎧⎨=⎩,,;③以②中方程组的解为坐标的点就是直线所过的定点,若定点具备一定的限制条件,则可以特殊解决.2.求解圆锥曲线中的定点问题的方法(1)确定题目中的核心变量(此处设为k )(2)利用条件找到k 与过定点的曲线(),0F x y =的联系,得到有关k 与,x y 的等式(3)所谓定点,是指存在一个特殊的点()00,x y ,使得无论k 的值如何变化,等式恒成立.此时要将关于k 与,x y 的等式进行变形,直至易于找到00,x y .常见的变形方向如下:①若等式的形式为整式,则考虑将含k 的项归在一组,变形为“()k ⋅”的形式,从而00,x y 只需要先让括号内的部分为零即可②若等式为含k 的分式,00,x y 的取值一方面可以考虑使其分子为0,从而分式与分母的取值无关;或者考虑让分子分母消去k 的式子变成常数(这两方面本质上可以通过分离常数进行相互转化,但通常选择容易观察到的形式)3.一些技巧与注意事项:(1)面对复杂问题时,可从特殊情况入手,以确定可能的定点(或定直线).然后再验证该点(或该直线)对一般情况是否符合.属于“先猜再证”.(2)有些题目所求与定值无关,但是在条件中会隐藏定点,且该定点通常是解题的关键条件.所以当遇到含参数的方程时,要清楚该方程为一类曲线(或直线),从而观察这一类曲线是否过定点.尤其在含参数的直线方程中,要能够找到定点,抓住关键条件.例如:直线:1l y kx k =+-,就应该能够意识到()11y k x =+-,进而直线绕定点()1,1--旋转.(三)定直线问题探求圆锥曲线中的定直线问题的两种方法:方法一是参数法,即先利用题设条件探求出动点T 的坐标(包含参数),再消去参数,即得动点T 在定直线上;方法二是相关点法,即先设出动点T 的坐标为(x,y),根据题设条件得到已知曲线上的动点R 的坐标,再将动点R 的坐标代入已知的曲线方程,即得动点T 在定直线上.【典型考题解析】热点一定值问题【典例1】已知抛物线C :2y =2px 经过点P (1,2).过点Q (0,1)的直线l 与抛物线C 有两个不同的交点A ,B ,且直线PA 交y 轴于M ,直线PB 交y 轴于N .(Ⅰ)求直线l 的斜率的取值范围;(Ⅱ)设O 为原点,QM QO λ= ,QN QO μ= ,求证:11λμ+为定值.【典例2】如图,已知抛物线2:4C x y =,过点(0,2)M 任作一直线与C 相交于,A B 两点,过点B 作y 轴的平行线与直线AO 相交于点D (O 为坐标原点).(1)证明:动点D 在定直线上;(2)作C 的任意一条切线l (不含x 轴)与直线2y =相交于点1N ,与(1)中的定直线相交于点2N ,证明:2221||MN MN -为定值,并求此定值.【典例3】已知抛物线C :22(0)y px p =>的焦点为F ,过F 且斜率为43的直线l 与抛物线C 交于A ,B 两点,B 在x 轴的上方,且点B 的横坐标为4.(1)求抛物线C 的标准方程;(2)设点P 为抛物线C 上异于A ,B 的点,直线PA 与PB 分别交抛物线C 的准线于E ,G 两点,x 轴与准线的交点为H ,求证:HG HE ⋅为定值,并求出定值.【典例4】已知椭圆E 的中心为坐标原点,对称轴为x 轴、y 轴,且过()30,2,,12A B ⎛--⎫ ⎪⎝⎭两点.(1)求E 的方程;(2)设过点()1,2P -的直线交E 于M ,N 两点,过M 且平行于x 轴的直线与线段AB 交于点T ,点H 满足MT TH = .证明:直线HN 过定点.【典例5】已知A 、B 分别为椭圆E :2221x y a+=(a >1)的左、右顶点,G 为E 的上顶点,8AG GB ⋅= ,P 为直线x =6上的动点,PA 与E 的另一交点为C ,PB 与E 的另一交点为D .(1)求E 的方程;(2)证明:直线CD 过定点.【典例6】已知抛物线C :x 2=−2py 经过点(2,−1).(Ⅰ)求抛物线C 的方程及其准线方程;(Ⅱ)设O 为原点,过抛物线C 的焦点作斜率不为0的直线l 交抛物线C 于两点M ,N ,直线y =−1分别交直线OM ,ON 于点A 和点B .求证:以AB 为直径的圆经过y 轴上的两个定点.【总结提升】动直线l 过定点问题的常见思路设动直线方程(斜率存在)为y =kx +t ,由题设条件将t 用k 表示为t =mk ,得y =k(x +m),故动直线过定点(-m,0).【典例7】设椭圆的焦点在x 轴上(Ⅰ)若椭圆的焦距为1,求椭圆的方程;(Ⅱ)设分别是椭圆的左、右焦点,为椭圆上第一象限内的点,直线交轴与点,并且,证明:当变化时,点在某定直线上.【典例8】已知椭圆()2222:10x y C a b a b+=>>的左、右焦点分别是()11,0F -,()21,0F ,点()0,A b ,若12AF F △的内切圆的半径与外接圆的半径的比是1:2.(1)求椭圆C 的方程;(2)过C 的左焦点1F 作弦DE ,MN ,这两条弦的中点分别为P ,Q ,若0DE MN ⋅= ,证明:直线PQ 过定点.【典例9】设12,F F 是双曲线()2222:10,0x y C a b a b-=>>的左、右两个焦点,O 为坐标原点,若点P 在双曲线C 的右支上,且1122,OP OF PF F == 的面积为3.(1)求双曲线C 的渐近线方程;(2)若双曲线C 的两顶点分别为()()12,0,,0A a A a -,过点2F 的直线l 与双曲线C 交于M ,N 两点,试探究直线1A M 与直线2A N 的交点Q 是否在某条定直线上?若在,请求出该定直线方程;若不在,请说明理由.1.已知椭圆2222:1x y C a b+=的右焦点为(1,0),且经过点(0,1)A .(Ⅰ)求椭圆C 的方程;(Ⅱ)设O 为原点,直线:(1)l y kx t t =+≠±与椭圆C 交于两个不同点P ,Q ,直线AP 与x 轴交于点M ,直线AQ 与x 轴交于点N ,若|OM |·|ON |=2,求证:直线l 经过定点.2.在平面直角坐标系中,动点(),M x y 与定点()5,0F 的距离和M 到定直线16:5l x =的距离的比是常数54,设动点M 的轨迹为曲线C .(1)求曲线C 的方程;(2)设()2,0P ,垂直于x 轴的直线与曲线C 相交于,A B 两点,直线AP 和曲线C 交于另一点D ,求证:直线BD 过定点.3.已知双曲线2222:1(0,0)x y C a b a b -=>>的离心率为32,右焦点F.(1)求双曲线C 的方程;(2)若12,A A 分别是C 的左、右顶点,过F 的直线与C 交于,M N 两点(不同于12,A A ).记直线12,A M A N 的斜率分别为12,k k ,请问12k k 是否为定值?若是定值,求出该定值;若不是,请说明理由.4.已知椭圆C :()222210x y a b a b+=>>的左焦点为()11,0F -,上、下顶点分别为A ,B ,190AF B ∠=︒.(1)求椭圆C 的方程;(2)若椭圆上有三点P ,Q ,M 满足OM OP OQ =+uuu r uu u r uuu r ,证明:四边形OPMQ 的面积为定值.5.已知动圆M 过定点()2,0A ,且在y 轴上截得的弦长为4,圆心M 的轨迹为曲线L .(1)求L 的方程;(2)已知点()3,2B --,()2,1C ,P 是L 上的一个动点,设直线PB ,PC 与L 的另一交点分别为E ,F ,求证:当P 点在L 上运动时,直线EF 恒过一个定点,并求出这个定点的坐标.6.已知椭圆()2222:10x y C a b a b +=>>,一个焦点1F 与抛物线2y =-的焦点重合.(1)求椭圆C 的方程;(2)若直线:l y kx m =+交C 于,A B 两点,直线1F A 与1F B 关于x 轴对称,证明:直线l 恒过一定点.7.在直角坐标系xOy 中,已知定点(0,1)F ,定直线:3l y =-,动点M 到直线l 的距离比动点M 到点F 的距离大2.记动点M 的轨迹为曲线C .(1)求C 的方程,并说明C 是什么曲线?(2)设0(2,)P y 在C 上,不过点P 的动直线1l 与C 交于A ,B 两点,若90APB ∠=︒,证明:直线1l 恒过定点.8.椭圆()2222:10x y C a b a b+=>>的焦距为4,其短轴的两个端点与长轴的一个端点构成正三角形.(1)求椭圆C 的标准方程;(2)设F 为椭圆C 的左焦点,M 为直线3x =-上任意一点,过F 作MF 的垂线交椭圆C 于点P ,Q .证明:OM 经过线段PQ 的中点N .(其中O 为坐标原点)9.已知椭圆E :()222210x y a b a b +=>>的离心率为2,短轴长为2.(1)求E 的方程;(2)过点()4,0M -且斜率不为0的直线l 与E 自左向右依次交于点B ,C ,点N 在线段BC 上,且MB NBMC NC =,P 为线段BC 的中点,记直线OP ,ON 的斜率分别为1k ,2k ,求证:12k k 为定值.10.已知椭圆C :22221x y a b+=()0a b >>的右焦点为F ,过点F 作一条直线交C 于R ,S 两点,线段RS,C的离心率为2.(1)求C 的标准方程;(2)斜率不为0的直线l 与C 相交于A ,B 两点,(2,0)P ,且总存在实数R λ∈,使得PA PB PF PA PB λ⎛⎫ ⎪=+ ⎪⎝⎭ ,问:l 是否过一定点?若过定点,求出该定点的坐标11.已知椭圆C :()222210x y a b a b+=>>的右焦点为F ,圆O :222x y a +=,过F 且垂直于x 轴的直线被椭圆C 和圆O.(1)求C 的方程;(2)过圆O 上一点P (不在坐标轴上)作C 的两条切线1l ,2l ,记1l ,2l 的斜率分别为1k ,2k ,直线OP 的斜率为3k ,证明:()123k k k +为定值.12.已知椭圆C :22221(0)x y a b a b +=>>的离心率为2,且过点()2,1A .(1)求C 的方程:(2)点M ,N 在C 上,且AM AN ⊥,AD MN ⊥,D 为垂足.证明:存在定点Q ,使得DQ 为定值.。
圆锥曲线中的定点、定值问题一、题型选讲题型一 、 圆锥曲线中过定点问题圆锥曲线中过定点问题常见有两种解法: (1)、求出圆锥曲线或直线的方程解析式,研究解析式,求出定点(2)、从特殊位置入手,找出定点,在证明该点符合题意(运用斜率相等或者三点共线)。
例1、【2020年高考全国Ⅰ卷理数】已知A 、B 分别为椭圆E :2221x y a+=(a >1)的左、右顶点,G 为E 的上顶点,8AG GB ⋅=,P 为直线x =6上的动点,P A 与E 的另一交点为C ,PB 与E 的另一交点为D . (1)求E 的方程;(2)证明:直线CD 过定点.例2、(2020届山东省临沂市高三上期末)如图,已知点F 为抛物线C :22y px =(0p >)的焦点,过点F 的动直线l 与抛物线C 交于M ,N 两点,且当直线l 的倾斜角为45°时,16MN =.(1)求抛物线C 的方程.(2)试确定在x 轴上是否存在点P ,使得直线PM ,PN 关于x 轴对称?若存在,求出点P 的坐标;若不存在,请说明理由.例3、【2019年高考北京卷理数】已知抛物线C :x 2=−2py 经过点(2,−1).(1)求抛物线C 的方程及其准线方程;(2)设O 为原点,过抛物线C 的焦点作斜率不为0的直线l 交抛物线C 于两点M ,N ,直线y =−1分别交直线OM ,ON 于点A 和点B .求证:以AB 为直径的圆经过y 轴上的两个定点.题型二、圆锥曲线中定值问题圆锥曲线中常见的定值问题,属于难题.探索圆锥曲线的定值问题常见方法有两种:①从特殊入手,先根据特殊位置和数值求出定值,再证明这个值与变量无关;②直接推理、计算,并在计算推理的过程中消去变量,从而得到定值例4、【2020年新高考全国Ⅰ卷】已知椭圆C :22221(0)x y a b a b +=>>的离心率为2,且过点A (2,1).(1)求C 的方程:(2)点M ,N 在C 上,且AM ⊥AN ,AD ⊥MN ,D 为垂足.证明:存在定点Q ,使得|DQ |为定值.例5、(2020届山东省泰安市高三上期末)已知椭圆()2222:10x y E a b a b+=>>的离心率e 满足2220e −+=,右顶点为A ,上顶点为B ,点C (0,-2),过点C 作一条与y 轴不重合的直线l ,直线l 交椭圆E 于P ,Q 两点,直线BP ,BQ 分别交x 轴于点M ,N ;当直线l 经过点A 时,l .(1)求椭圆E 的方程;(2)证明:BOM BCN S S ∆∆⋅为定值.例6、(2019苏州三市、苏北四市二调)如图,在平面直角坐标系xOy 中,已知椭圆C 1:x 24+y 2=1,椭圆C 2:x 2a 2+y 2b 2=1(a>b>0),C 2与C 1的长轴长之比为2∶1,离心率相同.(1) 求椭圆C 2的标准方程; (2) 设点P 为椭圆C 2上的一点.①射线PO 与椭圆C 1依次交于点A ,B ,求证:PAPB 为定值;②过点P 作两条斜率分别为k 1,k 2的直线l 1,l 2,且直线l 1,l 2与椭圆C 1均有且只有一个公共点,求证k 1·k 2为定值..思路分析 (1)根据已知条件,求出a ,b 的值,得到椭圆C 2的标准方程.(2)①对直线OP 斜率分不存在和存在两种情况讨论,当OP 斜率存在时,设直线OP 的方程为y =kx ,并与椭圆C 1的方程联立,解得点A 横坐标,同理求得点P 横坐标,再通过弦长公式,求出PAPB 的表达式,化简整理得到定值.②设P(x 0,y 0),写出直线l 1的方程,并与椭圆C 1联立,得到关于x 的一元二次方程,根据直线l 1与椭圆C 1有且只有一个公共点,得到方程只有一解,即Δ=0,整理得(x 20-4)k 21-2x 0y 0k 1+y 20-1=0,同理得到(x 20-4)k 22-2x 0y 0k 2+y 20-1=0,从而说明k 1,k 2是关于k 的一元二次方程的两个根,运用根与系数的关系,证得定值.二、达标训练1、(2020届浙江省温州市高三4月二模)如图,已知椭圆22:14x C y +=,F 为其右焦点,直线()0:k y x m l m k +<=与椭圆交于1122(,),(,)P x y Q x y 两点,点,A B 在l 上,且满足,,PA PF QB QF OA OB ===.(点,,,A P Q B 从上到下依次排列)(I )试用1x 表示PF :(II )证明:原点O 到直线l 的距离为定值.2、【2018年高考北京卷理数】已知抛物线C :2y =2px 经过点P (1,2).过点Q (0,1)的直线l 与抛物线C 有两个不同的交点A ,B ,且直线P A 交y 轴于M ,直线PB 交y 轴于N . (1)求直线l 的斜率的取值范围;(2)设O 为原点,QM QO λ=,QN QO μ=,求证:11λμ+为定值.3、(2019苏锡常镇调研)已知椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a>b>0)的离心率为32,焦点到相应准线的距离为33.(1) 求椭圆E 的标准方程;(2) 已知P(t ,0)为椭圆E 外一动点,过点P 分别作直线l 1和l 2,直线l 1和l 2分别交椭圆E 于点A ,B 和点C ,D ,且l 1和l 2的斜率分别为定值k 1和k 2,求证:PA ·PBPC ·PD 为定值.4、(2018苏州暑假测试)如图,已知椭圆O :x 24+y 2=1的右焦点为F ,点B ,C 分别是椭圆O 的上、下顶点,点P 是直线l :y =-2上的一个动点(与y 轴的交点除外),直线PC 交椭圆于另一个点M.(1) 当直线PM 经过椭圆的右焦点F 时,求△FBM 的面积;(2) ①记直线BM ,BP 的斜率分别为k 1,k 2,求证:k 1•k 2为定值;5、(2016泰州期末)如图,在平面直角坐标系xOy 中, 已知圆O :x 2+y 2=4,椭圆C :x 24+y 2=1,A 为椭圆右顶点.过原点O 且异于坐标轴的直线与椭圆C 交于B ,C 两点,直线AB 与圆O 的另一交点为P ,直线PD 与圆O 的另一交点为Q ,其中D (-65,0).设直线AB ,AC 的斜率分别为k 1,k 2.(1) 求k 1k 2的值;(2) 记直线PQ ,BC 的斜率分别为k PQ ,k BC ,是否存在常数λ,使得k PQ =λk BC ?若存在,求λ的值;若不存在,说明理由;(3) 求证:直线AC 必过点Q .圆锥曲线中的定点、定值问题解析一、题型选讲例1【解析】(1)由题设得A (–a ,0),B (a ,0),G (0,1).则(,1)AG a =,GB =(a ,–1).由AG GB ⋅=8得a 2–1=8,即a =3.所以E 的方程为29x +y 2=1.(2)设C (x 1,y 1),D (x 2,y 2),P (6,t ).若t ≠0,设直线CD 的方程为x =my +n ,由题意可知–3<n <3.由于直线P A 的方程为y =9t (x +3),所以y 1=9t (x 1+3).直线PB 的方程为y =3t (x –3),所以y 2=3t(x 2–3).可得3y 1(x 2–3)=y 2(x 1+3).由于222219x y +=,故2222(3)(3)9x x y +−=−,可得121227(3)(3)y y x x =−++, 即221212(27)(3)()(3)0.m y y m n y y n ++++++=①将x my n =+代入2219x y +=得222(9)290.m y mny n +++−=所以12229mn y y m +=−+,212299n y y m −=+.代入①式得2222(27)(9)2(3)(3)(9)0.m n m n mn n m +−−++++=解得n =–3(含去),n =32.故直线CD 的方程为3=2x my +,即直线CD 过定点(32,0). 若t =0,则直线CD 的方程为y =0,过点(32,0).综上,直线CD 过定点(32,0).例2、【解析】(1)当直线l 的倾斜角为45°,则l 的斜率为1,,02p F ⎛⎫⎪⎝⎭,l ∴的方程为2p y x =−.由2,22,p y x y px ⎧=−⎪⎨⎪=⎩得22304p x px −+=.设()11,M x y ,()22,N x y ,则123x x p +=, ∴12416x x p M p N ++===,4p =, ∴抛物线C 的方程为28y x =.(2)假设满足条件的点P 存在,设(),0P a ,由(1)知()2,0F , ①当直线l 不与x 轴垂直时,设l 的方程为()2y k x =−(0k ≠),由()22,8,y k x y x ⎧=−⎨=⎩得()22224840k x k x k −++=,()22222484464640k k k k ∆=+−⋅⋅=+>,212248k x x k++=,124x x =. ∵直线PM ,PN 关于x 轴对称, ∴0PM PN k k +=,()112PM k x k x a −=−,()222PNk x k x a−=−. ∴()()()()()()122112128(2)222240a k x x a k x x a k x x a x x a k+−−+−−=−+++=−=⎡⎤⎣⎦, ∴2a =−时,此时()2,0P −.②当直线l 与x 轴垂直时,由抛物线的对称性,易知PM ,PN 关于x 轴对称,此时只需P 与焦点F 不重合即可. 综上,存在唯一的点()2,0P −,使直线PM ,PN 关于x 轴对称. 例3、【解析】(1)由抛物线2:2C x py =−经过点(2,1)−,得2p =.所以抛物线C 的方程为24x y =−,其准线方程为1y =.(2)抛物线C 的焦点为(0,1)F −. 设直线l 的方程为1(0)y kx k =−≠.由21,4y kx x y=−⎧⎨=−⎩得2440x kx +−=.设()()1122,,,M x y N x y ,则124x x =−. 直线OM 的方程为11y y x x =. 令1y =−,得点A 的横坐标11A x x y =−. 同理得点B 的横坐标22B x x y =−. 设点(0, )D n ,则1212,1,,1x x DA n DB n y y ⎛⎫⎛⎫=−−−=−−− ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭, 21212(1)x x DA DB n y y ⋅=++ 2122212(1)44x x n x x =++⎛⎫⎛⎫−− ⎪⎪⎝⎭⎝⎭21216(1)n x x =++ 24(1)n =−++.令0DA DB ⋅=,即24(1)0n −++=,则1n =或3n =−. 综上,以AB 为直径的圆经过y 轴上的定点(0,1)和(0,3)−.例4、【解析】(1)由题设得22411a b +=,22212a b a −=,解得26a =,23b =. 所以C 的方程为22163x y +=. (2)设11(,)M x y ,22(,)N x y .若直线MN 与x 轴不垂直,设直线MN 的方程为y kx m =+,代入22163x y +=得222(12)4260k x kmx m +++−=. 于是2121222426,1212km m x x x x k k −+=−=++.①由AM AN ⊥知0AM AN ⋅=,故1212(2)(2)(1)(1)0x x y y −−+−−=,可得221212(1)(2)()(1)40k x x km k x x m ++−−++−+=.将①代入上式可得22222264(1)(2)(1)401212m kmk km k m k k−+−−−+−+=++. 整理得(231)(21)0k m k m +++−=.因为(2,1)A 不在直线MN 上,所以210k m +−≠,故2310k m ++=,1k ≠.于是MN 的方程为21()(1)33y k x k =−−≠.所以直线MN 过点21(,)33P −.若直线MN 与x 轴垂直,可得11(,)N x y −.由0AM AN ⋅=得1111(2)(2)(1)(1)0x x y y −−+−−−=.又2211163x y +=,可得2113840x x −+=.解得12x =(舍去),123x =. 此时直线MN 过点21(,)33P −.令Q 为AP 的中点,即41(,)33Q .若D 与P 不重合,则由题设知AP 是Rt ADP △的斜边,故1||||2DQ AP =. 若D 与P 重合,则1||||2DQ AP =. 综上,存在点41(,)33Q ,使得||DQ 为定值.例5、【解析】(1)由2220e −+=解得2e =或e =,∴a =,又222a b c =+,a ∴=,又()020AC k a −−==−a ∴=1b ∴=,∴椭圆E 的方程为2212x y +=;(2)由题知,直线l 的斜率存在,设直线l 的方程为2y kx =−,设()()1122,,,P x y Q x y ,由22212y kx x y =−⎧⎪⎨+=⎪⎩得()2221860k x kx +−+=, ∴12122286,2121k x x x x k k +==++, ()()22=84621k k −−⨯⨯+=216240k −> 232k ∴>, ∴()121224421y y k x x k −+=+−=+,()()121222y y kx kx =−−()21212=24k x x k x x −++=224221k k −+, 直线BP 的方程为1111y y x x −=+,令0y =解得111x x y =−,则11,01x M y ⎛⎫⎪−⎝⎭,同理可得22,01x N y ⎛⎫⎪−⎝⎭, 12123411BOMBCNx x SSy y ∴=−−=()()()12121212123341141x x x x y y y y y y =−−−++=22226321444212121k k k k +−++++=12, BOM BON S S∆∴为定值12. 例6、 (1) 规范解答 设椭圆C 2的焦距为2c ,由题意,a =22,c a =32,a 2=b 2+c 2,解得b =2,因此椭圆C 2的标准方程为x 28+y 22=1.(3分)(2)①1°当直线OP 斜率不存在时,PA =2-1,PB =2+1,则PAPB =2-12+1=3-2 2.(4分) 2°当直线OP 斜率存在时,设直线OP 的方程为y =kx ,代入椭圆C 1的方程,消去y ,得(4k 2+1)x 2=4, 所以x 2A =44k 2+1,同理x 2P =84k 2+1.(6分)所以x 2P =2x 2A ,由题意,x P 与x A 同号,所以x P =2x A ,从而PAPB=|x P-x A||x P-x B|=|x P-x A||x P+x A|=2-12+1=3-2 2.所以PAPB=3-22为定值.(8分)②设P(x0,y0),所以直线l1的方程为y-y0=k1(x-x0),即y=k1x-k1x0+y0,记t=-k1x0+y0,则l1的方程为y=k1x+t,代入椭圆C1的方程,消去y,得(4k21+1)x2+8k1tx+4t2-4=0,因为直线l1与椭圆C1有且只有一个公共点,所以Δ=(8k1t)2-4(4k21+1)(4t2-4)=0,即4k21-t2+1=0,将t=-k1x0+y0代入上式,整理得,(x20-4)k21-2x0y0k1+y20-1=0,(12分)同理可得,(x20-4)k22-2x0y0k2+y20-1=0,所以k1,k2为关于k的方程(x20-4)k2-2x0y0k+y20-1=0的两根,从而k1·k2=y20-1x20-4.(14又点在P(x0,y0)椭圆C2:x28+y22=1上,所以y20=2-14x20,所以k1·k2=2-14x20-1x20-4=-14为定值.(16分)二、达标训练1、【解析】(I) 椭圆22:14xC y+=,故)F,1 ||22FP x ====−.(II)设()33,A x y,()44,B x y,则将y kx m=+代入2214xy+=得到:()222418440k x kmx m+++−=,故2121222844,4141km mx x x xk k−−+==++,21241x xk−=+,OA OB=,故()3434343421k x x my yx x x x k+++==−++,得到34221kmx xk−+=+,PA PF=13122x x−=−42222x x−=−,由已知得:3124x x x x<<<或3124x x x x>>>,)()123421x x x x x+−+=−,2228241141km kmk k k−+=+++,化简得到221m k=+.故原点O到直线l的距离为1d==为定值.2、【解析】(1)因为抛物线y2=2px经过点P(1,2),所以4=2p,解得p=2,所以抛物线的方程为y2=4x.由题意可知直线l的斜率存在且不为0,设直线l的方程为y=kx+1(k≠0).由241y xy kx⎧=⎨=+⎩得22(24)10k x k x+−+=.依题意22(24)410k k∆=−−⨯⨯>,解得k<0或0<k<1.又P A,PB与y轴相交,故直线l不过点(1,-2).从而k≠-3.所以直线l斜率的取值范围是(-∞,-3)∪(-3,0)∪(0,1).(2)设A(x1,y1),B(x2,y2).由(1)知12224kx xk−+=−,1221x xk=.直线P A的方程为1122(1)1yy xx−−=−−.令x=0,得点M的纵坐标为1111212211My kxyx x−+−+=+=+−−.同理得点N的纵坐标为22121Nkxyx−+=+−.由=QM QOλ,=QN QOμ得=1Myλ−,1Nyμ=−.所以2212121212122224112()111111=2111(1)(1)11M Nkx x x x x x k ky y k x k x k x x kk λμ−+−−−++=+=+=⋅=⋅−−−−−−.所以11λμ+为定值.3、规范解答(1)设椭圆的半焦距为c,由已知得,ca=32,则a2c-c=33,c2=a2-b2,(3分)解得a=2,b=1,c=3,(5分)所以椭圆E的标准方程是x24+y2=1.(6分)(2) 解法1 由题意,设直线l 1的方程为y =k 1(x -t),代入椭圆E 的方程中,并化简得(1+4k 21)x 2-8k 21tx +4k 21t 2-4=0,(8分)设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2).则x 1+x 2=8k 21t 1+4k 21,x 1x 2=4k 21t 2-41+4k 21,因为PA =1+k 21|x 1-t|,PB =1+k 21|x 2-t|,(10分)所以PA·PB =(1+k 21)|x 1-t||x 2-t|=(1+k 21)|t 2-(x 1+x 2)t +x 1x 2| =(1+k 21)|t 2-8k 21t 21+4k 21+4k 21t 2-41+4k 21|=(1+k 21)|t 2-4|1+4k 21,(12分) 同理,PC ·PD =(1+k 22)|t 2-4|1+4k 22,(14分) 所以PA·PB PC·PD =(1+k 21)(1+4k 22)(1+k 22)(1+4k 21)为定值.(16分)解法2 由题意,设直线l 1的方程为y =k 1(x -t),直线l 2的方程为y =k 2(x -t),设A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),C(x 3,y 3),D(x 4,y 4).直线l 1的方程为y =k 1(x -t),代入椭圆E 的方程中,并化简得(1+4k 21)x 2-8k 21tx +4k 21t 2-4=0,(8分) 则x 1+x 2=8k 21t 1+4k 21,x 1x 2=4k 21t 2-41+4k 21,同理则x 3+x 4=8k 22t1+4k 22,x 3x 4=4k 22t 2-41+4k 22,PA →·PB →=(x 1-t ,y 1)(x 2-t ,y 2)=(x 1-t)(x 2-t)+k 21(x 1-t)(x 2-t)=(x 1-t)(x 2-t)(1+k 21), PC →·PD →=(x 3-t ,y 3)(x 4-t ,y 4)=(x 3-t)(x 4-t)+k 22(x 3-t)(x 4-t)=(x 3-t)(x 4-t)(1+k 22).(12分) 因为P ,A ,B 三点共线,所以PA →·PB →=PA·PB ,同理,PC →·PD →=PC ·PD.PA ·PB PC ·PD =PA →·PB →PC →·PD →=(x 1-t )(x 2-t )(1+k 21)(x 3-t )(x 4-t )(1+k 22)=(1+k 21)(1+k 22)·(x 1-t )(x 2-t )(x 3-t )(x 4-t )=(1+k 21)(1+k 22)·x 1x 2-t (x 1+x 2)+t 2x 3x 4-t (x 3+x 4)+t 2.代入x 1+x 2=8k 21t 1+4k 21,x 1x 2=4k 21t 2-41+4k 21,x 3+x 4=8k 22t 1+4k 22,x 3x 4=4k 22t 2-41+4k 22,化简得PA ·PB PC ·PD =(1+k 21)(1+4k 22)(1+k 22)(1+4k 21),(14分)因为是定值,所以PA ·PB PC ·PD =(1+k 21)(1+4k 22)(1+k 22)(1+4k 21)为定值.(16分)4规范解答 (1) 由题意B(0,1),C(0,-1),焦点F(3,0),当直线PM 过椭圆的右焦点F 时,则直线PM 的方程为x 3+y -1=1,即y =33x -1,联立⎩⎨⎧x 24+y 2=1,y =33x -1,解得⎩⎨⎧x =837,y =17或⎩⎪⎨⎪⎧x =0,y =-1(舍),即M ⎝⎛⎭⎫837,17.(2分)连结BF ,则直线BF :x 3+y1=1,即x +3y -3=0,而BF =a =2,点M 到直线BF 的距离为d =⎪⎪⎪⎪837+3×17-312+(3)2=2372=37.故S △MBF =12·BF ·d =12×2×37=37.(4分)(2) 解法1(点P 为主动点) ①设P(m ,-2),且m≠0,则直线PM 的斜率为k =-1-(-2)0-m =-1m , 则直线PM 的方程为y =-1m x -1,联立⎩⎨⎧y =-1m x -1,x 24+y 2=1化简得⎝⎛⎭⎫1+4m 2x 2+8m x =0,解得M ⎝ ⎛⎭⎪⎫-8m m 2+4,4-m 2m 2+4,(6分)所以k 1=4-m 2m 2+4-1-8m m 2+4=-2m 2-8m =14m ,k 2=1-(-2)0-m =-3m ,(8分)所以k 1·k 2=-3m ·14m =-34为定值.(10分)5、规范解答 (1) 设B (x 0,y 0),则C (-x 0,-y 0),x 204+y 20=1,因为A (2,0),所以k 1=y 0x 0-2,k 2=y 0x 0+2,所以k 1k 2=y 0x 0-2·y 0x 0+2=y 20x 20-4=1-14x 20x 20-4=-14.(4分)(2) 设直线AP 方程为y =k 1(x -2),联立⎩⎪⎨⎪⎧y =k 1x -2,x 2+y 2=4得(1+k 21)x 2-4k 21x +4(k 21-1)=0,解得x P =2k 21-11+k 21,y P =k 1(x P -2)=-4k 11+k 21, 联立⎩⎪⎨⎪⎧y =k 1x -2,x24+y 2=1得(1+4k 21)x 2-16k 21x +4(4k 21-1)=0,解得x B =24k 21-11+4k 21,y B =k 1(x B -2)=-4k 11+4k 21,(8分) 所以k BC =y B x B =-2k 14k 21-1,k PQ =y Px P +65=-4k 11+k 212k 21-11+k 21+65=-5k 14k 21-1, 所以k PQ =52k BC ,故存在常数λ=52,使得k PQ =52k BC .(10分) (3) 设直线AC 方程为y =k 2(x -2),当直线PQ 与x 轴垂直时,Q ⎝⎛⎭⎫-65,-85,则P -65,85,所以k 1=-12,即B (0,1),C (0,-1),所以k 2=12,则k AQ =-85-65-2=12=k 2,所以直线AC 必过点Q .当直线PQ 与x 轴不垂直时,设直线PQ 方程为y =-5k 14k 21-1⎝⎛⎭⎫x +65, 联立⎩⎪⎨⎪⎧y =-5k 14k 21-1⎝⎛⎭⎫x +65,x 2+y 2=4解得x Q =-216k 21-116k 21+1,y Q =16k 116k 21+1, 因为k 2=-y B -x B -2=4k 11+4k 2121-4k 211+4k 21-2=-14k 1, 所以k AQ =16k 116k 21+1-216k 21-116k 21+1-2=-14k 1=k 2,故直线AC 必过点Q .(16分) (不考虑直线与x 轴垂直的情形扣1分)。
圆锥曲线专题:恒过定点问题的4种常见考法一、常用方法技巧1、参数无关法把直线或者曲线方程中的变量x ,y 当作常数看待,把方程一端化为零,既然是过定点,那么这个方程就要对任意参数都成立,这时的参数的系数就要全部为零,这样就得到一个关于x ,y 的方程组,这个方程组的解所确定的点就是直线或曲线所过的定点。
2、特殊到一般法根据动点或动直线、动曲线的特殊情况探索出定点,再证明该定点与变量无关。
3、关系法对满足一定条件上的两点连结所得直线定点或满足一定条件的曲线过定点问题,可设直线(或曲线)上两点的坐标,利用坐标在直线(或曲线)上,建立点的坐标满足方程(组),求出相应的直线(或曲线),然后再利用直线(或曲线)过定点的知识求解。
二、手电筒模型解题步骤1、概念:只要任意一个限定AP 与BP 条件(如AP BP k k ⋅=定值,+AP BP k k =定值),直线AB 依然会过定点,因为三条直线形似手电筒,故称为手电筒模型。
2、解题步骤:第一步:由AB 直线y kx m =+,联立曲线方程得根与系数关系,∆求出参数范围;第二步:由AP 与BP 关系,得到一次函数()k f m =或()m f k =;第三步:将()k f m =或()m f k =代入y kx m =+,得到()y y k x x =-+定定.三、交点弦的中点所在直线恒过定点解题步骤第一步:设其中一条直线的斜率为1k ,求出直线方程;第二步:直线与曲线进行联立,出现韦达定理的形式,或者直接求出坐标,表示出这条弦的中点,并且类比出另外一条的中点坐标;第三步:由上述两部,根据点斜式写出两个中点所在直线的方程;第四步:化直线为点斜式,确定定点坐标。
四、圆锥曲线的切点弦方程1、过抛物线()220y px p =>外一点()00,M x y 作抛物线的切线,切点弦方程为()00yy p x x =+;2、过椭圆()222210x y a b a b+=>>外一点()00,M x y 作椭圆的切线,切点弦方程为00221x x y ya b +=;3、过双曲线()222210,0x y a b a b-=>>外一点()00,M x y 作双曲线的切线,切点弦方程为00221x x y ya b-=;五、几个重要的定点模型1、过椭圆()222210x y a b a b +=>>的左焦点(),0F c -作两条相互垂直的弦AB ,CD ,若弦AB ,CD 的中点分别为M ,N ,则直线MN 恒过定点222,0ac a b ⎛⎫- ⎪+⎝⎭.(双曲线与抛物线也有类似结论)2、动点()00,P x y 在直线0Ax By C ++=上,由P 引椭圆22221x y a b +=的两条切线,切点分别是M ,N ,则直线MN 恒过定点22,a A b B C C ⎛⎫-- ⎪⎝⎭.(双曲线与抛物线也有类似结论)3、(1)过椭圆()222210x y a b a b +=>>上的一定点()00,P x y 作两条斜率之和为m 的直线1l ,2l ,分别交椭圆于A ,B 两点,则直线AB 必过定点20000222,y b x x y m ma ⎛⎫--- ⎪⎝⎭;(2)过抛物线()220y px p =>上的一定点()00,P x y 作两条斜率之和为m 的直线1l ,2l ,分别交抛物线于A ,B 两点,则直线AB 必过定点0002,2y y x p m m ⎛⎫-- ⎪⎝⎭4、(1)过椭圆()222210x y a b a b +=>>上的一定点()00,P x y 作两条斜率之积为m 的直线1l ,2l ,分别交椭圆于A ,B 两点,则直线AB 必过定点()()2222002222,b ma x b ma y b ma b ma ⎛⎫++ ⎪- ⎪--⎝⎭(2)过抛物线()220y px p =>上的一定点()00,P x y 作两条斜率之积为m 的直线1l ,2l ,分别交抛物线于A ,B 两点,则直线AB 必过定点002,p x y m ⎛⎫-- ⎪⎝⎭(3、4两个结论对于圆与双曲线也成立,当22b a =时就是圆中的结论,用2b -替代2b 就可得到双曲线中的结论)题型一手电筒模型恒过定点问题【例1】已知圆22:(2)1M x y ++=,圆22:(2)49N x y -+=,动圆P 与圆M 外切并且与圆N 内切,圆心P 的轨迹为曲线C .(1)求曲线C 的方程;(2)设不经过点Q 的直线l 与曲线C 相交于A,B 两点,直线QA 与直线QB 的斜率均存在且斜率之和为-2,证明:直线l 过定点.【变式1-1】已知直线2y =与双曲线C :()222210,0x ya b a b-=>>交于A ,B 两点,F 是C 的左焦点,且AF AB ⊥,2BF AF =.(1)求双曲线C 的方程;(2)若P ,Q 是双曲线C 上的两点,M 是C 的右顶点,且直线MP 与MQ 的斜率之积为23-,证明直线PQ 恒过定点,并求出该定点的坐标.【变式1-2】已知F 为抛物线22y px =(0)p >的焦点,过F 且倾斜角为45︒的直线交抛物线于A,B 两点,||8AB =.(1)求抛物线的方程:(2)已知()0,1P x -为抛物线上一点,M,N 为抛物线上异于P 的两点,且满足2PM PN k k ⋅=-,试探究直线MN 是否过一定点?若是,求出此定点;若不是,说明理由.【变式1-3】已知动点(,)P x y (0)x ≥到定点(1,0)的距离比它到y 轴的距离大1.(1)求动点P 的轨迹E 的方程;(2)设点(,0)Q m (m 为常数),过点Q 作斜率分别为12,k k 的两条直线1l 与2l ,1l 交曲线E 于,A B 两点,2l 交曲线E 于,C D 两点,点,M N 分别是线段,AB CD 的中点,若121k k +=,求证:直线MN 过定点.题型二切点弦恒过定点问题【例2】在平面直角坐标系xOy 中,已知椭圆()2222:10x y C a b a b +=>>的右焦点与抛物线2y =的焦点重合,且椭圆的四个顶点围成的四边形面积为(1)求椭圆C 的标准方程;(2)已知点P 是直线420y x =-+上的动点,过点P 做椭圆C 的两条切线,切点分别为M ,N ,问直线MN 是否过定点?若是,求出该定点;若不是,请说明理由.【变式2-1】如图,已知椭圆2222:1(0)x y C a b a b +=>>的上顶点为(0,1)A ,离心率为2.(1)求椭圆C 的方程;(2)若过点A 作圆222:(1)(01)M x y r r ++=<<的两条切线分别与椭圆C 相交于点,B D (不同于点A ).当r 变化时,试问直线BD 是否过某个定点若是,求出该定点;若不是,请说明理由.【变式2-2】抛物线2:2(0)C x py p =>的焦点F 是椭圆22134x y +=的一个焦点.(1)求C 的准线方程;(2)若P 是直线240x y --=上的一动点,过P 向C 作两条切线,切点为M ,N ,试探究直线MN 是否过定点?若是,请求出定点,若否,请说明理由.【变式2-3】在平面直角坐标系xOy 中,已知点(0,2)F ,点P 到点F 的距离比点P 到直线3y =-的距离小1,记P 的轨迹为C .(1)求曲线C 的方程;(2)在直线2y =-上任取一点M ,过M 作曲线C 的切线12l l 、,切点分别为A 、B ,求证直线AB 过定点.题型三相交弦中恒过定点问题2:2(0)C x py p =>上.(1)求抛物线C 的方程;(2)过点(0,)T p 作两条互相垂直的直线1l 和2l ,1l 交抛物线C 于A 、B 两点,2l 交抛物线C 于D ,E 两点,若线段AB 的中点为M ,线段DE 的中点为N ,证明:直线MN 过定点.【变式3-1】在平面直角坐标系xOy 中,已知动点P 到点()2,0F 的距离与它到直线32x =的P 的轨迹为曲线C .(1)求曲线C 的方程;(2)过点F 作两条互相垂直的直线1l ,2l .1l 交曲线C 于A ,B 两点,2l 交曲线C 于S ,T 两点,线段AB 的中点为M ,线段ST 的中点为N .证明:直线MN 过定点,并求出该定点坐标.【变式3-2】已知椭圆()2222:10x y E a b a b +=>>A ,右顶点为B ,上顶点为C ,ABC 的内切圆的半径为4-.(1)求椭圆E 的标准方程;(2)点M 为直线:1l x =上任意一点,直线AM ,BM 分别交椭圆E 于不同的两点P ,Q .求证:直线PQ 恒过定点,并求出定点坐标.【变式3-3】已知M ⎝,N ⎫⎪⎪⎝⎭是椭圆2222:1(0)x yE a b a b +=>>上的两点.(1)求椭圆E 的方程;(2)过椭圆E 的上顶点A 和右焦点F 的直线与椭圆E 交于另一个点B ,P 为直线5x =上的动点,直线AP ,BP 分别与椭圆E 交于C (异于点A ),D (异于点B )两点,证明:直线CD 经过点F .题型四动圆恒过定点问题【例4】已知椭圆C :223412x y +=.(1)求椭圆C 的离心率;(2)设,A B 分别为椭圆C 的左右顶点,点P 在椭圆C 上,直线AP ,BP 分别与直线4x =相交于点M ,N .当点P 运动时,以M ,N 为直径的圆是否经过x 轴上的定点?试证明你的结论.【变式4-1】已知椭圆C :22221x y a b +=(0a b >>)的离心率为22,其左、右焦点分别为1F ,2F ,T 为椭圆C 上任意一点,12TF F △面积的最大值为1.(1)求椭圆C 的标准方程;(2)已知()0,1A ,过点10,2⎛⎫⎪⎝⎭的直线l 与椭圆C 交于不同的两点M ,N ,直线AM ,AN 与x 轴的交点分别为P ,Q ,证明:以PQ 为直径的圆过定点.【变式4-2】设A ,B 为双曲线C :22221x y a b-=()0,0a b >>的左、右顶点,直线l 过右焦点F 且与双曲线C 的右支交于M ,N 两点,当直线l 垂直于x 轴时,AMN 为等腰直角三角形.(1)求双曲线C 的离心率;(2)已知直线AM ,AN 分别交直线2ax =于P ,Q 两点,当直线l 的倾斜角变化时,以PQ 为直径的圆是否过定点,若过定点,求出定点的坐标;若不过定点,请说明理由.【变式4-3】已知抛物线()2:20C y px p =>与直线:20l x y +=交于M ,N 两点,且线段MN的中点为()8,p P y .(1)求抛物线C 的方程;(2)过点P 作直线m 交抛物线于点A ,B ,是否存在定点M ,使得以弦AB 为直径的圆恒过点M.若存在,请求出点M 坐标;若不存在,请说明理由.。
圆锥曲线大综合第一部分 圆锥曲线常考题型和热点问题一.常考题型题型一:数形结合确定直线和圆锥曲线的位置关系 题型二:弦的垂直平分线问题 题型三:动弦过定点问题题型四:过已知曲线上定点的弦的问题 题型五:共线向量问题 题型六:面积问题题型七:弦或弦长为定值的问题 题型八:角度问题 题型九:四点共线问题题型十:范围为题(本质是函数问题)题型十一:存在性问题(存在点,存在直线y kx m =+,存在实数,三角形(等边、等腰、直角),四边形(矩形,菱形、正方形),圆)二.热点问题 1.定义与轨迹方程问题2.交点与中点弦问题3.弦长及面积问题4.对称问题5.范围问题6.存在性问题7.最值问题8.定值,定点,定直线问题第二部分 知识储备一. 与一元二次方程20(0)ax bx c a ++=≠相关的知识(三个“二次”问题)1. 判别式:24b ac ∆=-2.韦达定理:若一元二次方程20(0)ax bx c a ++=≠有两个不等的实数根12,x x ,则12b x x a +=-,12c x x a⋅= 3.求根公式:若一元二次方程20(0)ax bx c a ++=≠有两个不等的实数根12,x x ,则1,22b x a-=二.与直线相关的知识1. 直线方程的五种形式:点斜式,斜截式,截距式,两点式,一般式2.与直线相关的重要内容:①倾斜角与斜率:tan y θ=,[0,)θπ∈;②点到直线的距离公式:d =或d =(斜截式)3.弦长公式:直线y kx b =+上两点1122(,),(,)A x y B x y 间的距离:1212)AB x AB y =-==-或 4.两直线1111122222:,:l y k x b l y k x b =+=+的位置关系:① 12121l l k k ⊥⇔⋅=- ②121212//l l k k b b ⇔=≠且5. 中点坐标公式:已知两点1122(,),(,)A x y B x y ,若点(),M x y 线段AB 的中点,则1112,22x x y y x y ++== 三.圆锥曲线的重要知识考纲要求:对它们的定义、几何图形、标准方程及简单性质,文理要求有所不同。
最全圆锥曲线知识点总结的定义是指平面内一个动点P到两个定点F1,F2的距离之和等于常数(PF1+PF2=2a>F1F2),那么这个动点P的轨迹就是椭圆。
这两个定点被称为椭圆的焦点,两焦点的距离被称为椭圆的焦距。
注意:如果PF1+PF2=F1F2,则动点P的轨迹是线段F1F2;如果PF1+PF2<F1F2,则动点P的轨迹无图形。
2)对于椭圆,如果焦点在x轴上,那么它的参数方程是x=acosθ,y=bsinθ(其中θ为参数),如果焦点在y轴上,那么它的参数方程是y=acosθ,x=bsinθ。
如果椭圆的标准方程是x2/a2+y2/b2=1(a>b>0),那么它的范围是−a≤x≤a,−b≤y≤b,焦点是两个点(±c,0),对称中心是(0,0),顶点是(±a,0)和(0,±b),长轴长为2a,短轴长为2b,离心率为e=c/a,椭圆即为0<e<1的情况。
3)关于直线与椭圆的位置关系,如果点P(x,y)在椭圆外,那么a2+b2>1;如果点P(x,y)在椭圆上,那么a2+b2=1;如果点P(x,y)在椭圆内,那么a2+b2<1.4)焦点三角形是指椭圆上的一点与两个焦点构成的三角形。
5)弦长公式是指如果直线y=kx+b与圆锥曲线相交于两点A、B,且x1、x2分别为A、B的横坐标,那么AB=√[1+k2(x1−x2)2]。
如果y1、y2分别为A、B的纵坐标,则AB=√[1+k2(y1−y2)2]。
如果弦AB所在直线方程设为x=ky+b,则AB=√[1+k2(y1−y2)2]。
6)圆锥曲线的中点弦问题可以用“韦达定理”或“点差法”求解。
在椭圆中,以P(x,b2x,y)为中点的弦所在直线的斜率k=−a2y。
1.已知椭圆 $m x^2 + n y^2 = 1$ 与直线 $x+y=1$ 相交于$A,B$ 两点,点 $C$ 是 $AB$ 的中点,且 $AB=2\sqrt{2}$,求椭圆的方程,若 $OC$ 的斜率为 $\frac{1}{2}$,求 $m,n$ 的值。
高中圆锥曲线知识点总结全面经典高中数学椭圆的知识总结:椭圆的定义:椭圆是平面内一个动点P到两个定点F1,F2的距离之和等于常数(PF1+PF2=2a>F1F2)时,动点P的轨迹。
这两个定点称为椭圆的焦点,两焦点的距离称为椭圆的焦距。
需要注意的是,若PF1+PF2=F1F2,则动点P的轨迹为线段F1F2;若PF1+PF2<F1F2,则动点P的轨迹无图形。
椭圆的参数方程:当焦点在x轴上时,椭圆的参数方程为{x=a*cosθ。
y=b*sinθ},其中θ为参数;当焦点在y轴上时,椭圆的参数方程为{x=a*sinθ。
y=b*cosθ}。
椭圆的几何性质:(1)椭圆的范围为- a≤x≤a。
- b≤y≤b;(2)椭圆的焦点为两个焦点(±c,0);(3)椭圆具有对称性,有两条对称轴x=0,y=0,一个对称中心(0,0),四个顶点(±a,0),(0,±b),其中长轴长为2a,短轴长为2b;(4)椭圆的离心率为e=c/a,椭圆的形状由离心率e决定,e越小,椭圆越圆;e越大,椭圆越扁。
点与椭圆的位置关系:(1)点P(x,y)在椭圆外部当且仅当a²+b²1.直线与圆锥曲线的位置关系:(1)当Δ>0时,直线与椭圆相交;(2)当Δ=0时,直线与椭圆相切;(3)当Δ<0时,直线与椭圆相离。
例如,直线y-kx-1=0与椭圆5x²+m²=1恒有公共点,当且仅当m²≤5/(1+k²)。
焦点三角形:椭圆上的一点与两个焦点所构成的三角形。
弦长公式:若直线y=kx+b与圆锥曲线相交于两点A、B,且x1,x2分别为A、B的横坐标,则AB=√(1+k²(x1-x2)²);若y1,y2分别为A、B的纵坐标,则AB=√(1+(y1-y2)²/k²);若弦AB所在直线方程设为x=ky+b,则AB=√(1+k²(y1-y2)²)。
圆锥曲线知识点总结圆锥曲线是高中数学中的重要内容,包括椭圆、双曲线和抛物线。
掌握圆锥曲线的相关知识对于解决数学问题和理解数学的应用具有重要意义。
一、椭圆1、定义平面内与两个定点 F1、F2 的距离之和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆。
这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做焦距。
2、标准方程(1)焦点在 x 轴上:\(\frac{x^2}{a^2} +\frac{y^2}{b^2} = 1\)(\(a > b > 0\)),其中\(a\)为长半轴长,\(b\)为短半轴长,\(c\)为半焦距,满足\(c^2 = a^2 b^2\)。
(2)焦点在 y 轴上:\(\frac{y^2}{a^2} +\frac{x^2}{b^2} = 1\)(\(a > b > 0\))。
3、椭圆的性质(1)对称性:椭圆关于 x 轴、y 轴和原点对称。
(2)范围:\(a \leq x \leq a\),\(b \leq y \leq b\)。
点为\((\pm a, 0)\),\((0, \pm b)\);焦点在 y 轴上时,顶点为\((0, \pm a)\),\((\pm b, 0)\)。
(4)离心率:椭圆的离心率\(e =\frac{c}{a}\)(\(0 < e < 1\)),它反映了椭圆的扁平程度,\(e\)越接近 0,椭圆越接近于圆;\(e\)越接近 1,椭圆越扁。
二、双曲线1、定义平面内与两个定点 F1、F2 的距离之差的绝对值等于常数(小于|F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线。
这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做焦距。
2、标准方程(1)焦点在 x 轴上:\(\frac{x^2}{a^2} \frac{y^2}{b^2} =1\),其中\(a\)为实半轴长,\(b\)为虚半轴长,\(c\)为半焦距,满足\(c^2 = a^2 + b^2\)。
(2)焦点在 y 轴上:\(\frac{y^2}{a^2} \frac{x^2}{b^2} =1\)。
题型一:弦的垂直平分线问题题型二:动弦过定点的问题题型三:过已知曲线上定点的弦的问题题型四:向量问题题型五:面积问题题型六:弦或弦长为定值、最值问题题型七:直线问题圆锥曲线九大题型归纳题型八:对称问题题型九:存在性问题:(存在点,存在直线y =kx +m ,存在实数,存在图形:三角形(等比、等腰、直角),四边形(矩形、菱形、正方形),圆)题型一:弦的垂直平分线问题1过点T (-1,0)作直线l 与曲线N :y 2=x 交于A 、B 两点,在x 轴上是否存在一点E (x 0,0),使得ΔABE 是等边三角形,若存在,求出x 0;若不存在,请说明理由。
2024年高考数学专项复习圆锥曲线九大题型归纳(解析版)【涉及到弦的垂直平分线问题】这种问题主要是需要用到弦AB 的垂直平分线L 的方程,往往是利用点差或者韦达定理产生弦AB 的中点坐标M ,结合弦AB 与它的垂直平分线L 的斜率互为负倒数,写出弦的垂直平分线L 的方程,然后解决相关问题,比如:求L 在x 轴y 轴上的截距的取值范围,求L 过某定点等等。
有时候题目的条件比较隐蔽,要分析后才能判定是有关弦AB 的中点问题,比如:弦与某定点D 构成以D 为顶点的等腰三角形(即D 在AB 的垂直平分线上)、曲线上存在两点AB 关于直线m 对称等等。
2例题分析1:已知抛物线y =-x 2+3上存在关于直线x +y =0对称的相异两点A 、B ,则|AB |等于题型二:动弦过定点的问题1已知椭圆C :x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0)的离心率为32,且在x 轴上的顶点分别为A 1(-2,0),A 2(2,0)。
(I )求椭圆的方程;(II )若直线l :x =t (t >2)与x 轴交于点T ,点P 为直线l 上异于点T 的任一点,直线PA 1,PA 2分别与椭圆交于M 、N 点,试问直线MN 是否通过椭圆的焦点?并证明你的结论题型三:过已知曲线上定点的弦的问题1已知点A 、B 、C 是椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)上的三点,其中点A (23,0)是椭圆的右顶点,直线BC 过椭圆的中心O ,且AC ∙BC =0,BC =2AC ,如图。
高中数学直线和圆锥曲线常考题型汇总及例题解析题型一:数形结合确定直线和圆锥曲线的位置关系题型二:弦的垂直平分线问题题型三:动弦过定点的问题题型四:过已知曲线上定点的弦的问题题型五:共线向量问题题型六:面积问题题型七:弦或弦长为定值问题题型八:角度问题题型九:四点共线问题题型十:范围问题(本质是函数问题)题型十一:存在性问题(存在点、直线y=kx+b、实数、圆形、三角形、四边形等)【题型一】数形结合确定直线和圆锥曲线的位置关系【题型二】弦的垂直平分线问题【题型三】动弦过定点的问题【题型四】过已知曲线上定点的弦的问题【题型五】共线向量问题【题型六】面积问题【题型七】弦或弦长为定值问题【题型八】角度问题【题型九】四点共线问题【题型十】范围问题(本质是函数问题)【题型十一】存在性问题(存在点、直线y=kx+b、实数、圆形、三角形、四边形等)例题&解析集合例1:例2:例3:例4:例5:例6:刷有所得:确定圆的方程方法(1)直接法:根据圆的几何性质,直接求出圆心坐标和半径,进而写出方程.(2)待定系数法①若已知条件与圆心和半径有关,则设圆的标准方程依据已知条件列出关于的方程组,从而求出的值;②若已知条件没有明确给出圆心或半径,则选择圆的一般方程,依据已知条件列出关于D、E、F的方程组,进而求出D、E、F的值.例7:答案:解析:刷有所得:该题考查的是有关直线与椭圆的问题,涉及到的知识点有直线方程的两点式、直线与椭圆相交的综合问题、关于角的大小用斜率来衡量,在解题的过程中,第一问求直线方程的时候,需要注意方法比较简单,需要注意的就是应该是两个,关于第二问,在做题的时候需要先将特殊情况说明,一般情况下,涉及到直线与曲线相交都需要联立方程组,之后韦达定理写出两根和与两根积,借助于斜率的关系来得到角是相等的结论.例8:解析:定点问题例9:解析:例10:例11:解析:例12:例13:答案:例14:例15:解析:离心率问题例16:答案:D解析:刷有所得:椭圆定义的应用主要有两个方面:一是判断平面内动点与两定点的轨迹是否为椭圆,二是利用定义求焦点三角形的周长、面积、椭圆的弦长及最值和离心率问题等;“焦点三角形”是椭圆问题中的常考知识点,在解决这类问题时经常会用到正弦定理,余弦定理以及椭圆的定义. 例17:答案:C 解析:例18:答案:C解析:刷有所得:求离心率的值或范围就是找的值或关系。
第二章 圆锥曲线1 椭圆 ........................................................................................................................... - 1 -1.1 椭圆及其标准方程 ......................................................................................... - 1 - 1.2 椭圆的简单几何性质 ..................................................................................... - 6 - 2 双曲线 ..................................................................................................................... - 11 -2.1 双曲线及其标准方程 ................................................................................... - 11 - 2.2 双曲线的简单几何性质 ............................................................................... - 15 - 3 抛物线 ..................................................................................................................... - 19 -3.1 抛物线及其标准方程 ................................................................................... - 19 - 3.2 抛物线的简单几何性质 ............................................................................... - 23 - 4 直线与圆锥曲线的位置关系 .................................................................................. - 28 -4.1 直线与圆锥曲线的交点 ............................................................................... - 28 - 4.2 直线与圆锥曲线的综合问题 ....................................................................... - 28 -1 椭圆1.1 椭圆及其标准方程1.椭圆的定义平面内到两个定点F 1,F 2的距离之和等于常数(大于|F 1F 2|)的点的集合(或轨迹)叫作椭圆.这两个定点叫作椭圆的焦点,两焦点间的距离叫作椭圆的焦距.1.椭圆定义中,将“大于|F 1F 2|”改为“等于|F 1F 2|”或“小于|F 1F 2|”,其他条件不变,点的轨迹是什么?[提示] 当距离之和等于|F 1F 2|时,动点的轨迹就是线段F 1F 2;当距离之和小于|F 1F 2|时,动点的轨迹不存在.2.椭圆的标准方程焦点在x 轴上 焦点在y 轴上 标准方程 x 2a 2+y 2b 2=1 (a >b >0) y 2a 2+x 2b 2=1 (a >b >0) 焦点 (-c ,0),(c ,0)(0,-c ),(0,c )a 、b 、c 的关系c 2=a 2-b 22.椭圆x 29+y 216=1的焦点是在x 轴上,还是在y 轴上?[提示] 椭圆x 29+y 216=1的焦点在y 轴上.疑难问题类型1 椭圆定义及应用【例1】 (1)椭圆x 225+y 29=1上一点A 到焦点F 的距离为2,B 为AF 的中点,O 为坐标原点,则|OB |的值为( )A .8B .4C .2D .32(2)已知B (-5,0)、C (5,0),且△ABC 的周长等于24,则顶点A 的轨迹方程为________.(3)已知F 1,F 2是椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的焦点,过F 1的直线AB 与椭圆交于A 、B 两点,则△ABF 2的周长为________.(1)B (2)x 249+y 224=1(y ≠0) (3)4a [(1)设F ′为椭圆的另一焦点,则|AF |+|AF ′|=2a =10,∴|AF ′|=8,∵O ,B 分别为FF ′,AF 的中点.∴|OB |=12|AF ′|=4.(2)由已知得,|AB |+|AC |=14,由椭圆的定义可知,顶点A 的轨迹是椭圆, 又2c =10,2a =14,即c =5,a =7, 所以b 2=a 2-c 2=24.当点A 在直线BC 上,即y =0时,A 、B 、C 三点不能构成三角形,所以点A 的轨迹方程是x 249+y 224=1(y ≠0).(3)∵|AF1|+|AF2|=2a,|BF1|+|BF2|=2a,∴△ABF2的周长=|AB|+|AF2|+|BF2|=|AF1|+|BF1|+|AF2|+|BF2|=2a+2a=4a.]由椭圆定义可知,椭圆上任一点到椭圆的两个焦点距离之和为定值,所以椭圆定义有以下应用:(1)实现两个焦半径之间的相互转化;,(2)将两个焦半径之和看成一个整体,求解定值问题.类型2求椭圆的标准方程[探究问题]1.同一椭圆在不同坐标系下的方程相同吗?[提示]不同.2.在椭圆标准方程的推导过程中,为什么令b2=a2-c2,b>0?[提示]令b2=a2-c2可以使方程变得简单整齐,在今后讨论椭圆的几何性质时,b还有明确的几何意义.3.椭圆x2a2+y2b2=1和y2a2+x2b2=1(a>b>0)有何异同点?[提示]因为椭圆标准方程中的两个参数a,b确定了椭圆的形状、大小,所以椭圆x2a2+y2b2=1和y2a2+x2b2=1(a>b>0)的形状、大小相同,但这两个椭圆的位置不同,焦点坐标也不同.【例2】写出适合下列条件的椭圆的标准方程:(1)焦点坐标为(-4,0),(4,0),并且过点(-5,3);(2)经过点P1(6,1),P2(-3,-2).[思路点拨](1)设出相应焦点位置的椭圆方程,利用关系式b2=a2-c2及点(-5,3)在椭圆上求待定系数;(2)由于焦点位置不明确,可将其设成Ax 2+By 2=1(A >0,B >0)的形式,再进一步确定A ,B .[解] (1)依题意知椭圆的焦点在x 轴上,可设它的标准方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0).由已知得c =4,所以a 2-b 2=16.①因为点(-5,3)在椭圆上,所以(-5)2a 2+(3)2b 2=1,即5a 2+3b 2=1.② 由①②得a 2=20,b 2=4.因此,所求椭圆的标准方程为x 220+y 24=1.(2)设椭圆的方程为Ax 2+By 2=1(A >0,B >0),由已知得 ⎩⎨⎧6A +B =13A +2B =1, 解得A =19,B =13.∴所求的椭圆的标准方程为x 29+y 23=1.1.求椭圆标准方程的方法(1)定义法:根据椭圆的定义,判断出轨迹是椭圆,然后写出其方程. (2)待定系数法:设出椭圆的标准方程,再依据条件确定a 2、b 2的值,其一般步骤是:①定位:确定椭圆的焦点在x 轴还是y 轴上,从而设出相应的标准方程的形式. ②定量:根据已知条件,建立关于a 、b 、c 的方程组,求出a 2、b 2,从而写出椭圆的标准方程.2.椭圆的标准方程在形式上可统一为Ax 2+By 2=1,其中A 、B 是不等的正常数.类型3 椭圆标准方程的简单应用【例3】 (1)已知方程x 25-2m +y 2|m |-1=1表示焦点在y 轴上的椭圆,则实数m的取值范围为________.(2)已知椭圆方程为kx 2+3y 2-6k =0,焦距为4,则k 的值为________. (1)⎝ ⎛⎭⎪⎫2,52 (2)1或5 [(1)∵椭圆焦点在y 轴上,∴其标准方程应为y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0),∴|m |-1>5-2m >0,解得2<m <52,∴m 的取值范围为2<m <52.(2)将方程kx 2+3y 2-6k =0化为x 26+y 22k =1.∵焦距为4,∴2c =4,即c =2.当焦点在x 轴上时,6-2k =4,解得k =1; 当焦点在y 轴上时,2k -6=4,解得k =5. 综上,k =1或5.]1.判断焦点所在坐标轴的依据是看x 2项,y 2项的分母哪个大,焦点在分母大的对应的坐标轴上.2.对于方程x 2m +y 2n =1(m >0,n >0),当m >n >0时,方程表示焦点在x 轴上的椭圆;当n >m >0时,方程表示焦点在y 轴上的椭圆.特别地,当n =m >0时,方程表示圆心在原点的圆.归纳总结1.平面内到两定点F 1,F 2的距离之和为常数,即|MF 1|+|MF 2|=2a , 当2a >|F 1F 2|时,轨迹是椭圆;当2a =|F 1F 2|时,轨迹是一条线段F 1F 2; 当2a <|F 1F 2|时,轨迹不存在.2.涉及椭圆的焦点三角形问题,可结合椭圆的定义列出|PF 1|+|PF 2|=2a 求解,回归定义是求解椭圆的焦点三角形问题的常用方法.3.用待定系数法求椭圆的标准方程时,若已知焦点的位置,可直接设出标准方程;若焦点位置不确定,可分两种情况求解,也可设Ax 2+By 2=1(A >0,B >0,A ≠B )求解,避免分类讨论.1.2椭圆的简单几何性质椭圆的几何性质焦点的位置焦点在x轴上焦点在y轴上图形标准方程x2a2+y2b2=1(a>b>0)y2a2+x2b2=1(a>b>0)对称性对称轴x轴和y轴,对称中心(0,0)范围-a≤x≤a且-b≤y≤b -b≤x≤b且-a≤y≤a顶点A1(-a,0)、A2(a,0),B1(0,-b)、B2(0,b)A1(0,-a)、A2(0,a),B1(-b,0)、B2(b,0)轴长短轴长=2b,长轴长=2a焦点F1(-c,0)、F2(c,0)F1(0,-c)、F2(0,c)焦距|F1F2|=2c离心率e=ca(0<e<1)(1)椭圆方程x2a2+y2b2=1(a>b>0)中,a,b,c的几何意义是什么?(2)椭圆上的点到焦点的最大距离与最小距离分别是什么?[提示](1)在方程x2a2+y2b2=1(a>b>0)中,a,b,c的几何意义如图所示.即a,b,c正好构成了一个以对称中心,一个焦点、一个短轴顶点构成的直角三角形.(2)最大距离:a+c;最小距离:a-c.疑难问题类型1 椭圆的几何性质 [探究问题]1.椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)上,到中心O 和焦点F 1(-c ,0)的距离最近和最远的点分别在什么位置?[提示] 椭圆上,到中心O 的距离最近的点是短轴端点B 1和B 2;到中心O 的距离最远的点是长轴端点A 1和A 2.点(a ,0),(-a ,0)与焦点F 1(-c ,0)的距离,分别是椭圆上的点与焦点F 1的最远距离和最近距离.2.利用椭圆方程如何判断点P (x 0,y 0)与椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的位置关系? [提示] 点P (x 0,y 0)与椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的位置关系: 点P 在椭圆上⇔x 20a 2+y 20b 2=1; 点P 在椭圆内部⇔x 20a 2+y 20b 2<1; 点P 在椭圆外部⇔x 20a 2+y 20b 2>1.3.椭圆的离心率是如何刻画椭圆的扁平程度的? [提示] e 的大小决定了椭圆的扁圆程度. 因为a 2=b 2+c 2,所以ba =1-e 2,因此,当e 越趋近于1时,ba 越接近于0,椭圆越扁; 当e 越趋近于0时,ba越接近于1,椭圆越接近于圆.【例1】 (1)椭圆x 225+y 29=1与x 29-k +y 225-k =1(0<k <9)的( )A .长轴长相等B .短轴长相等C .离心率相等D .焦距相等(2)已知椭圆的标准方程为x 2100+y 264=1,O 为坐标原点,则椭圆上的点P 到椭圆中心|OP |的范围为( )A .[6,10]B .[6,8]C .[8,10]D .[16,20](3)(一题两空)椭圆4x 2+9y 2=36的长轴长为________,短轴长为________. (1)D (2)C (3)6 4 [(1)椭圆x 225+y 29=1中c 21=25-9=16,椭圆x 29-k +y 225-k=1中c 22=25-k -(9-k )=16,∴两椭圆焦距相等.(2)设P (x 0,y 0),则|OP |=x 20+y 20.由椭圆的范围,知|x 0|≤a =10,|y 0|≤b =8, 又∵P 在椭圆上,∴x 20100+y 2064=1, ∴y 20=64-1625x 20,∴|OP |=925x 20+64.∵0≤x 20≤100,∴64≤925x 20+64≤100,∴8≤|OP |≤10.(3)把已知方程化为椭圆的标准方程为:x 29+y 24=1,∴a =3,b =2,∴长轴长为2a =6,短轴长为2b =4.]用标准方程研究几何性质的步骤 (1)将椭圆方程化为标准形式.(2)确定焦点位置.(焦点位置不确定的要分类讨论) (3)求出a ,b ,c . (4)写出椭圆的几何性质.类型2 由椭圆的简单性质求方程【例2】 求适合下列条件的椭圆的标准方程: (1)焦点在y 轴上,a =2,离心率e =12;(2)一焦点坐标为(-3,0),一顶点坐标为(0,5); (3)过点(3,0),离心率e =63.[思路点拨](1)由a=2,e=ca=12,易得c,代入b2=a2-c2可求得b2,此时可写出焦点在y轴上的椭圆方程;(2)由已知可以确定焦点在x轴上及c,b的值,从而可写出椭圆的标准方程;(3)不能确定焦点所在的坐标轴,需分类讨论.[解](1)由a=2,e=12,可得a2=4,且c2=12,即c=1,所以b2=a2-c2=4-1=3.已知椭圆的焦点在y轴上,所以所求的标准方程为y24+x23=1.(2)由椭圆的一个焦点坐标为(-3,0),可知椭圆的焦点在x轴上,且c=3.又由一顶点坐标为(0,5),可得b=5,所以a2=b2+c2=25+9=34.因此所求的标准方程为x234+y225=1.(3)当椭圆的焦点在x轴上时,因为a=3,e=63,所以c=6,从而b2=a2-c2=3,所以椭圆的标准方程为x29+y23=1;当椭圆的焦点在y轴上时,因为b=3,e=63,所以a2-b2a=63,所以a2=27,所以椭圆的标准方程为y227+x29=1.综上,所求椭圆的标准方程为x29+y23=1或y227+x29=1.已知椭圆的简单性质求标准方程:(1)先看题目的条件能否确定焦点所在的坐标轴,当不能确定焦点所在的坐标轴时,需分焦点在x轴上或在y轴上进行讨论.(2)然后依据关系式e=ca,b2=a2-c2确定a,b的值,从而求出椭圆的标准方程.类型3求椭圆的离心率【例3】已知F1,F2是椭圆的两个焦点,过F1且与椭圆长轴垂直的直线交椭圆于A,B两点,若△ABF2是正三角形,求该椭圆的离心率.[思路点拨]根据已知条件得出a、c的关系即可.[解]不妨设椭圆的焦点在x轴上,因为AB⊥F1F2,且△ABF2为正三角形,所以在Rt△AF1F2中,∠AF2F1=30°,令|AF1|=x,则|AF2|=2x,所以|F1F2|=|AF2|2-|AF1|2=3x=2c,由椭圆的定义,可知|AF1|+|AF2|=2a=3x,∴e=2c2a=3x3x=33.求椭圆的离心率通常有两种方法:(1)若给定椭圆的方程,则根据焦点位置先求a2、b2,再求出a、c的值,利用公式e=ca直接求解;(2)若椭圆的方程未知,则根据条件建立a、b、c之间的关系式,化为关于a、c的齐次方程,再将方程两边同除以a的最高次幂,得到e的方程,解方程求得e.归纳总结1.已知椭圆的方程讨论椭圆的性质时,若不是标准形式,应先化成标准形式.2.根据椭圆的几何性质,可以求椭圆的标准方程,其基本思路是“先定位,再定量”,常用的方法是待定系数法.3.椭圆的范围给出了椭圆上的点的横坐标、纵坐标的取值范围,常用来求解与椭圆有关的最值与范围问题.4.椭圆的对称性是椭圆的重要几何性质,在解题时,恰当使用对称性能简化求解过程.2双曲线2.1双曲线及其标准方程1.双曲线的定义平面内到两个定点F1,F2的距离之差的绝对值等于常数(大于零且小于|F1F2|)的点的集合(或轨迹)叫作双曲线.这两个定点叫作双曲线的焦点,两个焦点间的距离叫作双曲线的焦距.1.双曲线定义中,将“小于|F1F2|”改为“等于|F1F2|”或“大于|F1F2|”的常数,其他条件不变,点的轨迹是什么?[提示]当距离之差等于|F1F2|时,动点的轨迹就是两条射线,端点分别是F1、F2,当距离之差大于|F1F2|时,动点的轨迹不存在.2.双曲线定义中,将“差的绝对值”改为“差”,其他条件不变,点的轨迹是什么?[提示]动点的轨迹是双曲线的一支.2.双曲线的标准方程焦点在x轴上焦点在y轴上标准方程x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)y2a2-x2b2=1(a>0,b>0)焦点F1(-c,0),F2(c,0)F1(0,-c),F2(0,c)焦距|F1F2|=2ca、b、c的关系c2=a2+b23.确定双曲线的标准方程需要知道哪些量?[提示]a,b的值及焦点所在的位置.疑难问题类型1双曲线的定义及应用双曲线中,焦点三角形的面积问题【例1】 已知双曲线x 29-y 216=1的左,右焦点分别是F 1,F 2,若双曲线上一点P 使得∠F 1PF 2=60°,求△F 1PF 2的面积.[解] 由x 29-y 216=1,得a =3,b =4,c =5.由定义和余弦定理得|PF 1|-|PF 2|=±6,|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|cos 60°,所以102=(|PF 1|-|PF 2|)2+|PF 1|·|PF 2|, 所以|PF 1|·|PF 2|=64,所以S △F 1PF 2=12|PF 1|·|PF 2|·sin ∠F 1PF 2=12×64×32=163.利用双曲线定义求点的轨迹方程【例2】 已知定点A (0,7),B (0,-7),C (12,2),以C 为一个焦点作过A ,B 的椭圆,求另一焦点F 的轨迹方程.[思路点拨] 考查点F 的几何性质,利用双曲线的定义求解. [解] 设F (x ,y )为轨迹上的任意一点, 因为A ,B 两点在以C ,F 为焦点的椭圆上,所以|F A |+|CA |=2a ,|FB |+|CB |=2a (其中a 表示椭圆的长半轴长). 所以|F A |+|CA |=|FB |+|CB |.所以|F A |-|FB |=|CB |-|CA |=122+92-122+(-5)2=2,即|F A |-|FB |=2. 由双曲线的定义知,F 点在以A ,B 为焦点,2为实轴长的双曲线的下半支上.所以点F 的轨迹方程是y 2-x248=1(y ≤-1).1.利用双曲线的定义解决与焦点有关的问题,一是要注意||PF 1|-|PF 2||=2a 的变形使用,特别是与|PF 1|2+|PF 2|2,|PF 1|·|PF 2|间的关系.2.利用双曲线的定义求曲线的轨迹方程, 其基本步骤为 ①寻求动点M 与定点F 1,F 2 之间的关系;②根据题目的条件计算是否满足||MF 1|-|MF 2||=2a (常数,a >0);③判断:若2a <2c =|F 1F 2|,满足定义,则动点M 的轨迹就是双曲线,且2c =|F 1F 2|,b 2=c 2-a 2,进而求出相应a ,b ,c ;④根据F 1,F 2所在的坐标轴写出双曲线的标准方程.类型2 求双曲线的标准方程【例3】 (1)已知双曲线过点(3,-42)和⎝ ⎛⎭⎪⎫94,5,求双曲线的标准方程;(2)求与双曲线x 216-y 24=1有公共焦点,且过点(32,2)的双曲线方程. [思路点拨] 用待定系数法求解.[解] (1)设所求双曲线方程为Ax 2-By 2=1()AB >0, 则⎩⎪⎨⎪⎧9A -32B =1,8116A -25B =1, 解得⎩⎪⎨⎪⎧A =-19,B =-116,∴双曲线的标准方程为y 216-x 29=1.(2)法一:设所求双曲线方程为x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0), 由题意易求得c =25.又双曲线过点(32,2), ∴(32)2a 2-4b 2=1.又∵a 2+b 2=(25)2, ∴a 2=12,b 2=8.故所求双曲线方程为x 212-y 28=1.法二:设双曲线方程为x 216-k -y 24+k =1(-4<k <16),将点(32,2)代入得k =4, ∴所求双曲线方程为x 212-y 28=1.待定系数法求双曲线方程的步骤类型3曲线类型的判定【例4】已知曲线C:x2t2+y2t2-1=1(t≠0,t≠±1).(1)求t为何值时,曲线C分别为椭圆、双曲线;(2)求证:不论t为何值,曲线C有相同的焦点.[思路点拨]方程Ax2+By2=1表示的轨迹是由参数A,B的值及符号确定,因此要确定轨迹,需对A,B进行讨论.[解](1)当|t|>1时,t2>0,t2-1>0,且t2≠t2-1,曲线C为椭圆;当|t|<1时,t2>0,t2-1<0,曲线C为双曲线.(2)证明:当|t|>1时,曲线C是椭圆,且t2>t2-1,因此c2=a2-b2=t2-(t2-1)=1,∴焦点为F1(-1,0),F2(1,0).当|t|<1时,双曲线C的方程为x2t2-y21-t2=1,∵c2=a2+b2=t2+1-t2=1,∴焦点为F1(-1,0),F2(1,0).综上所述,无论t为何值,曲线C有相同的焦点.方程Ax2+By2=1(A,B≠0)表示双曲线的充要条件为AB<0,若A<0,B>0,则方程表示焦点在y轴上的双曲线;若B<0,A>0,则方程表示焦点在x轴上的双曲线.即双曲线的焦点位置是由x2,y2的系数的正负决定的.归纳总结1.对双曲线定义的理解(1)定义中距离的差要加绝对值,否则只为双曲线的一支.设F1,F2表示双曲线的左,右焦点,若|MF1|-|MF2|=2a,则点M在右支上;若|MF2|-|MF1|=2a,则点M在左支上.(2)双曲线定义的应用:①若||MF1|-|MF2||=2a(0<2a<|F1F2|),则动点M的轨迹为双曲线.②若动点M在双曲线上,则||MF1|-|MF2||=2a.2.求双曲线标准方程的步骤(1)定位:在标准方程的前提下,确定焦点位于哪条坐标轴上,以确定方程的形式.(2)定量:确定a2,b2的数值.提醒:若焦点的位置不明确,应注意分类讨论,也可以设双曲线方程为mx2+ny2=1的形式,其中mn<0.2.2双曲线的简单几何性质双曲线的性质标准方程x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)y2a2-x2b2=1(a>0,b>0)图形性质焦点F1(-c,0),F2(c,0)F1(0,-c),F2(0,c)焦距|F1F2|=2c范围x≥a或x≤-a,y∈R y≥a或y≤-a,x∈R 顶点(-a,0),(a,0)(0,-a),(0,a)对称性对称轴:x轴、y轴;对称中心:坐标原点轴长实轴长=2a,虚轴长=2b渐近线xa±yb=0或y=±ba xxb±ya=0或y=±ab x离心率e=ca(e>1)(1)渐近线相同的双曲线是同一条双曲线吗?(2)双曲线的离心率和渐近线的斜率有怎样的关系?[提示](1)渐近线相同的双曲线有无数条,但它们实轴与虚轴的长的比值相同.(2)e2=c2a2=1+b2a2,ba是渐近线的斜率或其倒数.疑难问题类型1双曲线的简单性质【例1】求双曲线9y2-4x2=-36的顶点坐标、焦点坐标、实轴长、虚轴长、离心率和渐近线方程.[思路点拨]先将双曲线的形式化为标准方程,再研究其性质.[解]双曲线的方程化为标准形式是x29-y24=1,∴a2=9,b2=4,∴a=3,b=2,c=13.又曲线的焦点在x轴上,∴顶点坐标为(-3,0),(3,0),焦点坐标为(-13,0),(13,0),实轴长2a=6,虚轴长2b=4,离心率e=ca=133,渐近线方程为y=±23x.1.由双曲线方程探究其简单几何性质时,需先看所给方程是否为标准方程,若不是,需先把方程化为标准方程,这是依据方程求参数a,b,c值的关键.2.写顶点坐标、焦点坐标、渐近线方程时,需先由方程确定焦点所在的坐标轴,否则易出错,需注意双曲线方程与渐近线方程的对应关系.类型2利用双曲线的性质求双曲线方程【例2】求适合下列条件的双曲线的标准方程.(1)实轴长为16,离心率为5 4;(2)双曲线C的右焦点为(2,0),右顶点为(3,0).[思路点拨]由双曲线的几何性质,列出关于a,b,c的方程,求出a,b,c 的值.[解](1)设双曲线的标准方程为x2a2-y2b2=1或y2a2-x2b2=1(a>0,b>0).由题意知2a=16,ca=54,c2=a2+b2,解得c=10,a=8,b=6,所以双曲线的标准方程为x264-y236=1或y264-x236=1.(2)设双曲线方程为x2a2-y2b2=1(a>0,b>0).由已知得a=3,c=2,∴b2=c2-a2=1.∴双曲线的标准方程为x23-y2=1.1.求双曲线方程,关键是求a,b的值,在解题过程中应熟悉a,b,c,e等元素的几何意义及它们之间的联系,并注意方程思想的应用.2.若已知双曲线的渐近线方程ax±by=0,可设双曲线方程为a2x2-b2y2=λ.类型3双曲线的离心率【例3】已知以双曲线C的两个焦点及虚轴的两个端点为顶点的四边形中,有一个内角为60°,求双曲线C的离心率.[思路点拨]确定四边形中为60°的内角,通过解三角形得a,b,c的关系,进而求出离心率.[解]设双曲线方程为x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),如图所示,由于在双曲线中c>b,故在Rt△OF1B2中,只能是∠OF1B2=30°,所以bc=tan 30°,c=3b,所以a=2b,离心率e=ca=32=62.求双曲线离心率的两种方法(1)直接法:若已知a,c可直接利用e=ca求解.(2)方程法:若无法求出a,b,c的具体值,但根据条件可确定a,b,c之间的关系,可通过b2=c2-a2,将关系式转化为关于a,c的齐次方程,借助于e=ca,转化为关于e的n次方程求解.归纳总结1.由已知双曲线的方程求双曲线的几何性质时,注意首先应将方程化为标准形式,并要特别注意焦点所在的位置,防止将焦点坐标和渐近线方程写错.2.注意双曲线性质间的联系,尤其是双曲线的渐近线斜率与离心率之间的联系,并注意数形结合,从直观入手.3.椭圆、双曲线的标准方程都可写成Ax2+By2=1的形式,当A>0,B>0且A≠B 时表示椭圆,当AB<0时表示双曲线.3 抛物线3.1 抛物线及其标准方程1.抛物线的定义平面内与一个定点F 和一条定直线l (l 不经过点F )的距离相等的点的集合(或轨迹)叫作抛物线,定点F 叫作抛物线的焦点,定直线l 叫作抛物线的准线.1.抛物线的定义中,若点F 在直线l 上,那么动点的轨迹是什么? [提示] 点的轨迹是过点F 且垂直于直线l 的直线. 2.抛物线的标准方程 图形标准 方程 y 2=2px (p >0) y 2=-2px(p >0) x 2=2py (p >0) x 2=-2py (p >0) 焦点 坐标 ⎝ ⎛⎭⎪⎫p 2,0 ⎝ ⎛⎭⎪⎫-p 2,0 ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,p 2 ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,-p 2 准线 方程x =-p 2x =p 2y =-p 2y =p 22.抛物线的标准方程y 2=2px (p >0)中p 的几何意义是什么? [提示] 焦点到准线的距离.3.已知抛物线的标准方程,怎样确定抛物线的焦点位置和开口方向? [提示] 一次项变量为x (或y ),则焦点在x 轴(或y 轴)上;若系数为正,则焦点在正半轴上;系数为负,则焦点在负半轴上.焦点确定,开口方向也随之确定.疑难问题类型1 抛物线的定义【例1】 已知F 是抛物线y 2=x 的焦点,A ,B 是该抛物线上的两点,|AF |+|BF |=3,则线段AB 的中点到y 轴的距离为( )A .34B .1C .54D .74[思路点拨] 如图,过A 、B 分别作准线l 的垂线AD ,BC ,垂足分别为D ,C ,M 是线段AB 的中点,MN 垂直准线l 于N ,由于MN 是梯形ABCD 的中位线,所以|MN |=|AD |+|BC |2.C [由抛物线的定义知|AD |+|BC |=|AF |+|BF |=3,所以|MN |=32,又由于准线l 的方程为x =-14,所以线段AB 中点到y 轴的距离为32-14=54,故选C .]1.解答本题的关键是利用抛物线的定义把到焦点的距离转化为到准线的距离.2.与抛物线有关的问题中,涉及到焦点的距离或到准线的距离时,一般是利用定义对两个距离进行相互转化.类型2 求抛物线的标准方程求抛物线的焦点坐标或准线方程【例2】 求下列抛物线的焦点坐标和准线方程. (1)y 2=40x ;(2)4x 2=y ;(3)6y 2+11x =0.[解] (1)焦点坐标为(10,0),准线方程为x =-10. (2)由4x 2=y 得x 2=14y . ∵2p =14,∴p =18.∴焦点坐标为(0,116),准线方程为y =-116.(3)由6y 2+11x =0,得y 2=-116x , 故焦点坐标为(-1124,0),准线方程为x =1124.求抛物线的标准方程【例3】 求满足下列条件的抛物线的标准方程.(1)过点(-3,2); (2)已知抛物线焦点在y 轴上,焦点到准线的距离为3.[思路点拨] 确定p 的值和抛物线的开口方向,写出标准方程.[解] (1)设所求的抛物线方程为y 2=-2p 1x (p 1>0)或x 2=2p 2y (p 2>0),∵过点(-3,2),∴4=-2p 1×(-3)或9=2p 2×2.∴p 1=23或p 2=94.故所求的抛物线方程为y 2=-43x 或x 2=92y .(2)由题意知,抛物线标准方程为x 2=2py (p >0)或x 2=-2py (p >0)且p =3, ∴抛物线标准方程为x 2=6y 或x 2=-6y .1.根据抛物线方程求准线方程或焦点坐标时,应先把抛物线的方程化为标准方程,这样才能准确写出抛物线的准线方程.2.求抛物线方程的主要方法是待定系数法,若已知抛物线的焦点位置,则可设出抛物线的标准方程,求出p 值即可,若抛物线的焦点位置不确定,则要分情况讨论,另外,焦点在x 轴上的抛物线方程可统一设成y 2=ax (a ≠0),焦点在y 轴上的抛物线方程可统一设成x 2=ay (a ≠0).类型3 抛物线的实际应用【例4】 一辆卡车高3 m ,宽1.6 m ,欲通过断面为抛物线型的隧道,已知拱口宽恰好是拱高的4倍,若拱口宽为a m ,求使卡车通过的a 的最小整数值.[思路点拨] 解答本题首先建系,转化成抛物线的问题,再利用抛物线的方程解决问题.[解] 以隧道顶点为原点,拱高所在直线为y 轴建立直角坐标系,则点B 的坐标为⎝ ⎛⎭⎪⎫a 2,-a 4,如图所示.设隧道所在抛物线方程为x 2=my ,则⎝ ⎛⎭⎪⎫a 22=m ·⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 4,∴m =-a .即抛物线方程为x 2=-ay . 将(0.8,y )代入抛物线方程,得0.82=-ay ,即y =-0.82a . 欲使卡车通过隧道,应有y -⎝ ⎛⎭⎪⎫-a 4>3,即a 4-0.82a >3. ∵a >0,∴a >12.21.∴a 应取13.1.解答本题的关键是把实际问题转化为数学问题,利用数学模型,通过数学语言(文字、符号、图形、字母等)表达、分析、解决问题.2.在建立抛物线的标准方程时,以抛物线的顶点为坐标原点,对称轴为一条坐标轴建立坐标系.这样可使得标准方程不仅具有对称性,而且曲线过原点,方程不含常数项,形式更为简单,便于应用.归纳总结1.焦点在x 轴上的抛物线,其标准方程可以统设为y 2=mx (m ≠0),此时焦点为F ⎝ ⎛⎭⎪⎫m 4,0,准线方程为x =-m 4;焦点在y 轴上的抛物线,其标准方程可以统设为x 2=my (m ≠0),此时焦点为F ⎝ ⎛⎭⎪⎫0,m 4,准线方程为y =-m 4. 2.设M (x 0,y 0)是抛物线y 2=2px (p >0)上一点,焦点为F ,则根据抛物线的定义,抛物线的焦半径|MF |=x 0+p 2.3.对于抛物线上的点,利用定义可以把其到焦点的距离与到准线的距离相互转化.4.对于抛物线的四种形式的标准方程,应准确把握、熟练应用,能利用图形分析性质,学习时应能根据一种类型归纳出另外三种的相关性质,注意数形结合思想的应用.3.2 抛物线的简单几何性质1.抛物线的几何性质 标准方程 y 2=2px (p >0) y 2=-2px (p >0)x 2=2py (p >0) x 2=-2py (p >0) 图形性质 范围x ≥0,y ∈R x ≤0,y ∈R y ≥0,x ∈R y ≤0,x ∈R 对称轴 x 轴 y 轴顶点(0,0) 离心率e =1 2.过焦点的弦若直线过抛物线y 2=2px (p >0)的焦点F ,与抛物线交于A (x 1,y 1)、B (x 2,y 2)两点,则(1)抛物线的焦半径|AF |=x 1+p 2,|BF |=x 2+p 2;(2)过焦点的弦|AB |=x 1+x 2+p ;(3)当直线AB 垂直于抛物线的对称轴时,弦AB 叫作抛物线的通径,它的长为2p ,通径是过焦点最短的弦.直线与抛物线只有一个公共点,那么直线与抛物线一定相切吗?[提示] 可能相切,也可能相交,当直线与抛物线的对称轴平行或重合时,直线与抛物线相交且只有一个公共点.疑难问题类型1抛物线几何性质的应用【例1】正三角形的一个顶点位于坐标原点,另外两个顶点在抛物线y2=2px(p>0)上.求这个正三角形的边长.[思路点拨]正三角形及抛物线都是轴对称图形,如果能证明x轴是它们的公共对称轴,则容易求出等边三角形的边长.[解]设正三角形OAB的顶点A,B在抛物线上,且坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),则y21=2px1,y22=2px2.由|OA|=|OB|,得x21+y21=x22+y22,即(x1+x2)(x1-x2)=2px2-2px1.∴(x1-x2)(x1+x2+2p)=0.∵x1>0,x2>0,2p>0,∴x1-x2=0,即x1=x2.由此可知|y1|=|y2|,即点A、B关于x轴对称,∴AB⊥x轴,且∠AOx=30°,∴y1x1=tan 30°=33.∵x1=y212p,∴y1=23p,|AB|=2y1=43p.∴这个正三角形的边长为43p.抛物线各元素间的关系,抛物线的焦点在其对称轴上,顶点就是抛物线与对称轴的交点,准线与对称轴垂直,准线与对称轴的交点和焦点关于顶点对称,顶点到焦点的距离与顶点到准线的距离均为p 2.类型2与中点弦、焦点弦有关的问题【例2】 (1)过点Q (4,1)作抛物线y 2=8x 的弦AB ,恰被点Q 所平分,则AB 所在直线的方程为________.(2)已知过抛物线y 2=2px (p >0)的焦点,斜率为22的直线交抛物线于A ,B 两点,且|AB |=9.则该抛物线的方程为________.[思路点拨] (1)法一:设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),用点差法求k AB ;法二:设直线AB 的方程,建立方程求解.(2)设出直线方程,直线方程与抛物线方程联立,根据焦点弦长公式求解.(1)4x -y -15=0 (2)y 2=8x [(1)法一:设以Q 为中点的弦AB 的端点坐标为A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则有y 21=8x 1,y 22=8x 2,∴(y 1+y 2)(y 1-y 2)=8(x 1-x 2).又y 1+y 2=2,∴y 1-y 2=4(x 1-x 2),即4=y 1-y 2x 1-x 2, ∴k =4.∴所求弦AB 所在直线的方程为y -1=4(x -4),即4x -y -15=0.法二:设弦AB 所在直线的方程为y =k (x -4)+1.联立⎩⎨⎧ y 2=8x ,y =k (x -4)+1,消去x ,得ky 2-8y -32k +8=0, 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)(x 1<x 2),由根与系数的关系得y 1+y 2=8k .又y 1+y 2=2,∴k =4.∴所求弦AB 所在直线的方程为4x -y -15=0.(2)设直线AB 的方程为y =22⎝ ⎛⎭⎪⎫x -p 2, 联立⎩⎪⎨⎪⎧ y 2=2px ,y =22⎝ ⎛⎭⎪⎫x -p 2,化简得4x 2-5px +p 2=0,∴x 1+x 2=5p 4,∵|AB |=9=x 1+x 2+p ,∴5p 4+p =9,∴p =4,∴抛物线的方程为y 2=8x .]直线与抛物线相交的弦长问题直线和抛物线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,直线的斜率为k.(1)一般的弦长公式:|AB|=1+k2|x1-x2|.(2)焦点弦长公式:当直线经过抛物线y2=2px(p>0)的焦点时,弦长|AB|=x1+x2+p.(3)“中点弦”问题解题策略两种方法类型3抛物线中的最值问题【例3】已知抛物线y2=2x的焦点是F,点P是抛物线上的动点,又有点A(3,2),求|P A|+|PF|的最小值,并求出取最小值时点P的坐标.[思路点拨]利用抛物线的定义可将|PF|转化为P到准线的距离来考虑.[解]由定义知,抛物线上点P到焦点F的距离等于点P到准线l的距离d,则|P A|+|PF|=|P A|+d.将x=3代入抛物线方程y2=2x,得y=±6.∵6>2,∴点A在抛物线内部.由图可知,当P A⊥l时,|P A|+d最小,最小值为7 2,即|P A|+|PF|的最小值为7 2,此时点P纵坐标为2,代入y2=2x,得x=2.∴此时点P坐标为(2,2).1.本题若设P(x,y),利用两点间的距离公式建模求解,难以得到答案,而由抛物线的定义将|PF|转化为点P到准线的距离,则当P,A,Q三点共线时,|P A|+|PF|取得最小值,从而使问题迎刃而解.2.解决这类题,就是用抛物线的定义与平面几何的知识把折线段变为直线段,即知最小值.归纳总结1.抛物线只有一个焦点,一个顶点,一条对称轴,一条准线,无对称中心.2.抛物线上一点与焦点F的连线的线段叫做焦半径,设抛物线y2=2px(p>0)上任一点A(x0,y0),则|AF|=x0+p 2.3.抛物线的顶点也在抛物线上,作为抛物线上的一个特殊点,它到焦点的距离也等于到准线的距离,解题时注意应用.4.直线与抛物线有一个交点,是直线与抛物线相切的必要不充分条件.。
题型三:动弦过定点的问题圆锥曲线自身有一些规律性的东西,其中一些性质是和直线与圆锥曲线相交的弦有关系,对这样的一些性质,我们必须了如指掌,并且必须会证明。
随着几何画板的开发,实现了机器证明几何问题,好多以前我们不知道的、了解不深入的几何或代数性质,都如雨后春笋般的出来了,其中大部分都有可以遵循的规律,高考出题人,也得设计好思维,让我们在他们设好的路上“走”出来。
下面我们就通过几个考题领略一下其风采。
例题4、已知椭圆C :22221(0)x y a b a b+=>>的离心率为2,且在x 轴上的顶点分别为A 1(-2,0),A 2(2,0)。
(I )求椭圆的方程;(II )若直线:(2)l x t t =>与x 轴交于点T,点P 为直线l 上异于点T 的任一点,直线PA 1,PA 2分别与椭圆交于M 、N 点,试问直线MN 是否通过椭圆的焦点?并证明你的结论。
分析:第一问是待定系数法求轨迹方程;第二问中,点A 1、A 2的坐标都知道,可以设直线PA 1、PA 2的方程,直线PA 1和椭圆交点是A 1(-2,0)和M ,通过韦达定理,可以求出点M 的坐标,同理可以求出点N 的坐标。
动点P 在直线:(2)l x t t =>上,相当于知道了点P 的横坐标了,由直线PA 1、PA 2的方程可以求出P 点的纵坐标,得到两条直线的斜率的关系,通过所求的M 、N 点的坐标,求出直线MN 的方程,将交点的坐标代入,如果解出的t>2,就可以了,否则就不存在。
解:(I )由已知椭圆C 的离心率2c e a ==,2a =,则得1c b ==。
从而椭圆的方程为2214x y += (II )设11(,)M x y ,22(,)N x y ,直线1A M 的斜率为1k ,则直线1A M 的方程为1(2)y k x =+,由122(2)44y k x x y =+⎧⎨+=⎩消y 整理得222121(14)161640k x k x k +++-= 12x -和是方程的两个根,21121164214k x k -∴-=+ 则211212814k x k -=+,1121414k y k =+, 即点M 的坐标为2112211284(,)1414k k k k -++,同理,设直线A 2N 的斜率为k 2,则得点N 的坐标为2222222824(,)1414k k k k --++ 12(2),(2)p p y k t y k t =+=-12122k k k k t-∴=-+,直线MN 的方程为:121121y y y y x x x x --=--, ∴令y=0,得211212x y x y x y y -=-,将点M 、N 的坐标代入,化简后得:4x t=又2t >,∴402t<< 椭圆的焦点为(3,0)43t∴=,即433t = 故当433t =时,MN 过椭圆的焦点。
方法总结:本题由点A 1(-2,0)的横坐标-2是方程222121(14)161640k x k x k +++-=的一个根,结合韦达定理运用同类坐标变换,得到点M 的横坐标:211212814k x k -=+, 再利用直线A 1M 的方程通过同点的坐标变换,得点M 的纵坐标:1121414k y k =+; 其实由222(2)44y k x x y =-⎧⎨+=⎩消y 整理得222222(14)161640k x k x k +-+-=,得到22222164214k x k -=+,即222228214k x k -=+,2222414k y k -=+很快。
不过如果看到:将21121164214k x k --=+中的12k k 用换下来,1x 前的系数2用-2换下来,就得点N 的坐标2222222824(,)1414k k k k --++,如果在解题时,能看到这一点,计算量将减少,这样真容易出错,但这样减少计算量。
本题的关键是看到点P 的双重身份:点P 即在直线1A M 上也在直线A 2N 上,进而得到12122k k k k t-=-+,由直线MN 的方程121121y y y y x x x x --=--得直线与x 轴的交点,即横截距211212x y x y x y y -=-,将点M 、N 的坐标代入,化简易得4x t =,由43t=解出433t =,到此不要忘了考察433t =是否满足2t >。
另外:也可以直接设P(t ,y 0),通过A 1,A 2的坐标写出直线PA 1,PA 2的直线方程,再分别和椭圆联立,通过韦达定理求出M 、N 的坐标,再写出直线MN 的方程。
再过点F ,求出t 值。
例题5、(07山东理)已知椭圆C 的中心在坐标原点,焦点在x 轴上,椭圆C 上的点到焦点距离的最大值为3;最小值为1;(Ⅰ)求椭圆C 的标准方程;(Ⅱ)若直线m kx y l +=:与椭圆C 相交于A ,B 两点(A ,B 不是左右顶点),且以AB 为直径的圆过椭圆C 的右顶点。
求证:直线l 过定点,并求出该定点的坐标。
分析:第一问,是待定系数法求椭圆的标准方程;第二问,直线m kx y l +=:与椭圆C 相交于A ,B 两点,并且椭圆的右顶点和A 、B 的连线互相垂直,证明直线l 过定点,就是通过垂直建立k 、m 的一次函数关系。
解(I )由题意设椭圆的标准方程为22221(0)x y a b a b+=>>3,1a c a c +=-=,22,1,3a c b ===22143x y ∴+= (II )设1122(,),(,)A x y B x y ,由223412y kx mx y =+⎧⎨+=⎩得 222(34)84(3)0k x mkx m +++-=,22226416(34)(3)0m k k m ∆=-+->,22340k m +->212122284(3),3434mk m x x x x k k-+=-⋅=++(注意:这一步是同类坐标变换) 22221212121223(4)()()()34m k y y kx m kx m k x x mk x x m k -⋅=+⋅+=+++=+(注意:这一步叫同点纵、横坐标间的变换)以AB 为直径的圆过椭圆的右顶点(2,0),D 且1AD BD k k ⋅=-,1212122y yx x ∴⋅=---,1212122()40y y x x x x +-++=, 2222223(4)4(3)1640343434m k m mkk k k--+++=+++, 2271640m mk k ++=,解得1222,7k m k m =-=-,且满足22340k m +-> 当2m k =-时,:(2)l y k x =-,直线过定点(2,0),与已知矛盾;当27k m =-时,2:()7l y k x =-,直线过定点2(,0)7综上可知,直线l 过定点,定点坐标为2(,0).7名师经验:在直线和圆锥曲线的位置关系题中,以弦为直径的圆经过某个点,就是“弦对定点张直角”,也就是定点和弦的两端点连线互相垂直,得斜率之积为1-,建立等式。
直线不过定点,也不知道斜率,设出m kx y l +=:,是经常用的一招,在第二讲中就遇到了这样设的直线。
练习:直线m kx y l +=:和抛物线22y px =相交于A 、B ,以AB 为直径的圆过抛物线的顶点,证明:直线m kx y l +=:过定点,并求定点的坐标。
分析:以AB 为直径的圆过抛物线的顶点O ,则OA ⊥OB ,若设1122(,),(,)A x y B x y ,则12120x x y y +=,再通过2212121212()()()y y kx m kx m k x x mk x x m ⋅=+⋅+=+++,将条件转化为221212(1)()0k x x mk x x m ++++=,再通过直线和抛物线联立,计算判别式后,可以得到12x x ,12x x +,解出k 、m 的等式,就可以了。
解:设1122(,),(,)A x y B x y ,由22y kx m y px =+⎧⎨=⎩得,2220ky py mp -+=,(这里消x 得到的) 则2480p mkp ∆=-> (1)由韦达定理,得:121222p mpy y y y k k+==,, 则2121212122()y m y m y y m y y m x x k k k---++==, 以AB 为直径的圆过抛物线的顶点O ,则OA ⊥OB ,即12120x x y y +=,可得21212122()0y y m y y m y y k-+++=,则22(1)220k mp pm m k +-+=, 即2220k mp m k +=,又0mk ≠,则2m kp =-,且使(1)成立, 此时2(2)l y kx m kx kp k x p =+=-=-:,直线恒过点(2,0)p 。
名师指点:这个题是课本上的很经典的题,例题5、(07山东理)就是在这个题的基础上,由出题人迁移得到的,解题思维都是一样的,因此只要能在平时,把我们腾飞学校老师讲解的内容理解透,在高考中考取140多分,应该不成问题。
本题解决过程中,有一个消元技巧,就是直线和抛物线联立时,要消去一次项,计算量小一些,也运用了同类坐标变换——韦达定理,同点纵、横坐标变换-------直线方程的纵坐标表示横坐标。
其实解析几何就这么点知识,你发现了吗?题型四:过已知曲线上定点的弦的问题若直线过的定点在已知曲线上,则过定点的直线的方程和曲线联立,转化为一元二次方程(或类一元二次方程),考察判断式后,韦达定理结合定点的坐标就可以求出另一端点的坐标,进而解决问题。
下面我们就通过例题领略一下思维过程。
例题6、已知点A 、B 、C 是椭圆E :22221x y a b+= (0)a b >>上的三点,其中点A是椭圆的右顶点,直线BC 过椭圆的中心O ,且0AC BC =,2BC AC =,如图。
(I)求点C 的坐标及椭圆E 的方程;(II)若椭圆E 上存在两点P 、Q ,使得直线PC 与直线QC 关于直线3x =对称,求直线PQ的斜率。
解:(I)2BC AC =,且BC 过椭圆的中心OOC AC ∴= 0AC BC =2ACO π∴∠=又A (23,0)∴点C 的坐标为3,3)。
A (23,0)是椭圆的右顶点,3a ∴=222112x y b+= 将点C 3,3)代入方程,得24b =,∴椭圆E 的方程为221124x y += (II)直线PC 与直线QC 关于直线3x =∴设直线PC 的斜率为k ,则直线QC 的斜率为k -,从而直线PC 的方程为:3(3)y k x -=,即 3(1)y kx k =+-,由22)3120y kx k x y ⎧=-⎪⎨+-=⎪⎩消y ,整理得:222(13)(1)91830k x k x k k ++-+--=3x =是方程的一个根,229183313Pkk x k--∴=+ 即2P x =同理可得:2Qx = ))P Q P Q yy kx k kx k -=-++=()P Q k x x +-22P Q x x-= 13P QPQ P Q y y k x x -∴==-则直线PQ 的斜率为定值13。