第九节 第三课时 定点、定值、探索性问题
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2019版同步优化探究理数北师大版练习:第八章第九节第三课时定点、定值、探索性问题含解析1 / 11 / 1课时作业A 组 —— 基础对点练1.已知动点 C 到点 F(1,0)的距离比到直线 x =- 2 的距离小 1,动点 C 的轨迹为 E. (1)求曲线 E 的方程;→ →(2)若直线 l : y = kx +m(km<0)与曲线 E 订交于 A , B 两个不一样点,且 OA ·OB =5,证明:直线 l 经过一个定点.分析: (1)由题意可得动点 C 到点 F(1,0)的距离等于到直线 x =- 1 的距离, ∴曲线E 是以点 (1,0)为焦点,直线 x =- 1 为准线的抛物线,2 p设其方程为 y = 2px(p>0),∴ =1,∴p =2,2∴动点C 的轨迹 E 的方程为 y 2=4x.(2)证明:设 A(x 1,y 1), B(x 2,y 2),y =kx + m ,得 k 2x 2+(2km -4)x +m 2= 0,由y 2= 4x ,∴x 1+x 2= 4- 2km m 2 k 2 ,x 1·x 2= 2 .k→ →m 2+4km∵OA ·OB =5,∴x 1x 2+y 1y 2= (1+k 2)x 1x 2 +km(x 1+x 2)+m 2=2= 5,k∴m 2+ 4km -5k 2=0,∴m =k 或 m =- 5k.∵km<0,∴m = k 舍去,∴m =- 5k ,知足 =16(1- km)>0, ∴直线l 的方程为 y =k(x -5), ∴直线l 必经过定点 (5,0).2.(2018 ·昆明市检测 ) 已知点 A ,B 的坐标分别为 (- 2,0),( 2,0),直线 AM ,1BM 订交于点 M ,且它们的斜率之积是-2,点 M 的轨迹为曲线 E.(1)求曲线 E 的方程;。
第三课时定点、定值、探索性问题A组基础巩固一、选择题1.(2021·北京延庆统测)设抛物线y2=4x的焦点为F,准线为l.P是抛物线上的一点,过P作PQ⊥x轴于Q,若|PF|=3,则线段PQ的长为(C)A.2B.2C.22D.32[解析]抛物线的准线方程为x=-1,由于|PF|=3,根据抛物线的定义可知x P=2,将x P=2代入抛物线方程得y2P=8,y P=±22,所以|PQ|=2 2.故选C.2.(2021·云南文山州质检)已知双曲线x2a2-y2=1(a>0)上关于原点对称的两个点P,Q,右顶点为A,线段AP的中点为E,直线QE交x轴于M(1,0),则双曲线的离心率为(D)A.5B.5 3C.10D.10 3[解析]由已知得M为△APQ的重心,∴a=3|OM|=3,又b=1,∴c=a2+b2=10,即e=ca=103,故选D.3.(2021·湖北宜昌部分示范高中协作体联考)椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率32,则双曲线x2a2-y2b2=1的离心率为(D)A.2B.3C.2D.52[解析]椭圆离心率e1=ca=32,∴e21=1-b2a2=34,即b2a2=14,∴双曲线的离心率e=ca=1+b2a2=52.故选D.4.已知椭圆和双曲线有共同的焦点F1,F2,P是它们的一个交点,且∠F1PF2=2π3,记椭圆和双曲线的离心率分别为e 1,e 2,则3e 21+1e 22=( A )A .4B .23C .2D .3[解析] 设椭圆的长半轴长为a 1,双曲线的实半轴长为a 2,不妨设点P 在第一象限,根据椭圆和双曲线的定义,得|PF 1|+|PF 2|=2a 1,|PF 1|-|PF 2|=2a 2,所以|PF 1|=a 1+a 2,|PF 2|=a 1-a 2.又|F 1F 2|=2c ,∠F 1PF 2=2π3,所以在△F 1PF 2中,|F 1F 2|2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1|·|PF 2|cos∠F 1PF 2,即4c 2=(a 1+a 2)2+(a 1-a 2)2-2(a 1+a 2)(a 1-a 2)cos 2π3,化简得3a 21+a 22=4c 2,两边同除以c 2,得3e 21+1e 22=4.故选A .5.直线l 与抛物线C :y 2=2x 交于A ,B 两点,O 为坐标原点,若直线OA ,OB 的斜率分别为k 1,k 2,且满足k 1k 2=23,则直线l 过定点( A )A .(-3,0)B .(0,-3)C .(3,0)D .(0,3)[解析] 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),因为k 1k 2=23,所以y 1x 1·y 2x 2=23.又y 21=2x 1,y 22=2x 2,所以y 1y 2=6.将直线l :x =my +b 代入抛物线C :y 2=2x 得y 2-2my -2b =0,所以y 1y 2=-2b =6,得b =-3,即直线l 的方程为x =my -3,所以直线l 过定点(-3,0).6.(2021·安徽皖江名校联考)已知双曲线C :x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的右顶点为P ,任意一条平行于x 轴的直线交C 于A ,B 两点,总有P A ⊥PB ,则双曲线C 的离心率为( A )A .2B .3C .62D .233[解析] 设A (x 0,y 0),B (-x 0,y 0),则y 20=b2⎝⎛⎭⎫x 2a 2-1,又P (a,0),P A →=(x 0-a ,y 0),PB →=(-x 0-a ,y 0),由已知P A ⊥PB ,则P A →·PB →=-x 20+a 2+y 20=0,即(a 2-b 2)⎝⎛⎭⎫x 20a 2-1=0,对于x 0≥a 或x 0≤-a 恒成立,故a 2=b 2,即a =b ,所以e =1+b 2a2= 2.故选A . 7.(2021·河南洛阳期中)已知F 1F 2是双曲线C :x 22-y 2=1的两个焦点,过点F 1且垂直于x 轴的直线与C 相交于A ,B 两点,则△ABF 2的内切圆的半径为( B )A .23B .33C .223D .233[解析] 由题意知F 1(-3,0),F 2(3,0), 当x =-3时,y =±22, ∴|AB |=2,∴|AF |=|BF |=522, ∴l △ABF =62,S △ABF =6,∴所求内切圆半径r =2S △ABF l △ABF=33.故选B .8.(2020·安徽1号卷A10联盟联考)已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)上存在两点M 、N 关于直线2x -3y -1=0对称,且线段MN 中点的纵坐标为23,则椭圆C 的离心率是( B )A .13B .33C .23D .223[解析] 设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),则x 21a 2+y 21b 2=1,x 22a 2+y 22b2=1,两式相减可得 (x 1+x 2)(x 1-x 2)a 2+(y 1+y 2)(y 1-y 2)b 2=0,即y 1-y 2x 1-x 2=-b 2a 2·x 1+x 2y 1+y 2.∵线段MN 中点的纵坐标为23,∴2x -3×23-1=0,解得x =32,于是-32=-b 2a 2·94,解得b 2a 2=23,∴椭圆C 的离心率e =1-b 2a 2=33,故选B . (或直接利用性质k MN ·k OP =-b 2a2,其中P 为线段MN 的中点).9.(2021·福建莆田质检)已知直线l 过抛物线C :x 2=6y 的焦点F ,交C 于A ,B 两点,交C 的准线于点P ,若AF →=FP →,则|AB |=( A )A .8B .9C .11D .16[解析] 过A 作准线的垂线,垂足为H ,则|AF |=|AH |, 又AF →=FP →,∴|AH |=12|AP |,∴k AP =33,又F ⎝⎛⎭⎫0,32, ∴AB 的方程为y =33x +32, 由⎩⎪⎨⎪⎧y =33x +32x 2=6y,得y 2-5y +94=0,∴y A +y B =5, ∴|AB |=y A +y B +p =5+3=8,故选A .10.(2021·山东青岛调研)在平面直角坐标系xOy 中,动点P 与两个定点F 1(-3,0)和F 2(3,0)连线的斜率之积等于13,记点P 的轨迹为曲线E ,直线l :y =k (x -2)与E 交于A ,B两点,则下列结论中正确的个数为( B )①E 的方程为x 23-y 2=1(x ≠±3)②E 的离心率为3③E 的渐近线与圆(x -2)2+y 2=1相切 ④满足|AB |=23的直线l 仅有1条 A .1 B .2 C .3D .4[解析] 设点P (x ,y ),由已知得y x +3·y x -3=13,整理得x 23-y 2=1,所以点P 的轨迹为曲线E 的方程为x 23-y 2=1(x ≠±3),故①正确;又离心率e =23=233,故②不正确;圆(x-2)2+y 2=1的圆心(2,0)到曲线E 的渐近线为y =±33x 的距离为d =212+(±3)2=1,又圆(x -2)2+y 2=1的半径为1,故③正确;∵(2,0)为双曲线x 23-y 2=1的右焦点,且x =2时,y =±33,∴过右焦点的双曲线最短的弦(通径)为233,又两顶点间距离为23,∴满足|AB |=23的直线有3条,故④错.故选B .二、填空题11.(2021·华东师大附中期中)若点Q (4,1)是抛物线y 2=8x 的弦AB 的中点,则直线AB 的方程为__4x -y +15=0__.[解析] 解法一:点差法,设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则y 21=8x 1,y 22=8x 2,两式相减,得y 21-y 22=8(x 1-x 2),所以直线AB 的斜率k =y 1-y 2x 1-x 2=8y 1+y 2=82=4,所以直线AB 的方程为y -1=4(x -4), 即4x -y +15=0.解法二:斜率法:设直线AB 的方程为y -1=k (x -4), 代入y 2=8x ,得(kx )2-(8k 2-2k +8)x +(1-4k )2=0, 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),Q (4,1), 所以x 1+x 2=8k 2-2k +8k 2=8,解得k =4,所以直线AB 的方程为4x -y +15=0.12.(2021·山西重点中学联考)已知双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的离心率e =2,过双曲线上一点M 作直线MA ,MB 交双曲线于A ,B 两点,且斜率分别为k 1,k 2,若直线AB 过原点,则k 1·k 2的值为__3__.[解析] 由题意知,e =ca=1+b 2a2=2⇒b 2=3a 2, 则双曲线方程可化为3x 2-y 2=3a 2,设A (m ,n ),M (x ,y )(x ≠±m ),则B (-m ,-n ), k 1·k 2=y -n x -m ·y +n x +m =y 2-n 2x 2-m 2=3x 2-3a 2-3m 2+3a 2x 2-m 2=3.13.(2021·河北石家庄模拟)已知双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的左、右顶点分别为A ,B ,点P 是双曲线上一点,若△P AB 为等腰三角形,∠P AB =120°[解析] 如图所示:过点P 作PD ⊥x 轴,垂足为D .因为△P AB 为等腰三角形,所以|P A |=|AB |=2a , 又因为∠P AB =120°,所以∠P AD =60°.|PD |=|P A |·sin 60°=3a ,|AD |=|P A |·cos 60°=a ,故P (-2a ,3a ). 因为点P (-2a ,3a )在双曲线x 2a 2-y 2b 2=1上,所以4a 2a 2-3a 2b 2=1,即a 2b2=1.e =c 2a 2=a 2+b 2a 2=1+b 2a2= 2. 故答案为2 三、解答题14.(2021·河北唐山质检)已知椭圆E :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为63,直线l :x =ty+1交E 于A ,B 两点;当t =0时,|AB |=263. (1)求E 的方程;(2)设A 在直线x =3上的射影为D ,证明:直线BD 过定点,并求定点坐标. [解析] (1)由题意得e 2=c 2a 2=a 2-b 2a 2=23, 整理得a 2=3b 2, 由t =0时,|AB |=263得1a 2+23b 2=1, 因此a =3,b =1.故E 的方程是x 23+y 2=1.(2)设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则D (3,y 1),将x =ty +1代入x 23+y 2=1得(t 2+3)y 2+2ty -2=0,y 1+y 2=-2t t 2+3,y 1·y 2=-2t 2+3,从而ty 1·y 2=y 1+y 2.①直线BD :y =y 2-y 1x 2-3(x -3)+y 1,设直线BD 与x 轴的交点为(x 0,0), 则y 2-y 1x 2-3(x 0-3)+y 1=0, 所以x 0=y 1(3-x 2)y 2-y 1+3=y 1(2-ty 2)y 2-y 1+3=2y 1-ty 1y 2y 2-y 1+3,将①式代入上式可得x 0=2, 故直线BD 过定点(2,0).15.(2021·山西运城调研)已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为12,F 1、F 2分别是椭圆的左、右焦点,P 是椭圆上一点,且△PF 1F 2的周长是6.(1)求椭圆C 的方程;(2)设直线l 经过椭圆的右焦点F 2且与C 交于不同的两点M ,N ,试问:在x 轴上是否存在点Q ,使得直线QM 与直线QN 的斜率的和为定值?若存在,请求出点Q 的坐标;若不存在,请说明理由.[解析] (1)设椭圆C 的焦距为2c (c >0), 由椭圆的定义知△PF 1F 2的周长为2a +2c , 所以2a +2c =6,①又因为椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率e =c a =12,所以a =2c ,②联立①②解得a =2,c =1, 所以b =a 2-c 2=3, 所求椭圆C 的方程为x 24+y 23=1.(2)若存在满足条件的点Q (t,0).当直线l 的斜率k 存在时,设y =k (x -1), 联立x 24+y 23=1,消y 得(3+4k 2)x 2-8k 2x +4k 2-12=0, 设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),则x 1+x 2=8k 23+4k 2,x 1x 2=4k 2-123+4k 2,∵k QM +k QN =y 1x 1-t +y 2x 2-t=k (x 1-1)(x 2-t )+k (x 2-1)(x 1-t )(x 1-t )(x 2-t )=2kx 1x 2-k (1+t )(x 1+x 2)+2ktx 1x 2-t (x 1+x 2)+t 2=k ·8k 2-243+4k 2-8k 2(1+t )3+4k 2+2t4k 2-123+4k 2-8k 23+4k 2t +t 2=k ·8k 2-24-8k 2(1+t )+2t (3+4k 2)4k 2-12-8k 2t +t 2(3+4k 2)=6k (t -4)4(t -1)2k 2+3t 2-12∴要使对任意实数k ,k QM +k QN 为定值,则只有t =4,此时,k QM +k QN =0. 当直线l 与x 轴垂直时,若t =4,也有k QM +k QN =0.故在x 轴上存在点Q (4,0),使得直线QM 与直线QN 的斜率的和为定值0.B 组能力提升1.(2021·吉林长春模拟)双曲线E :x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)被斜率为4的直线截得的弦AB的中点为(2,1),则双曲线E 的离心率为( B )A .2B .3C .2D .5[解析] 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)代入双曲线方程作差有(x 1-x 2)(x 1+x 2)a 2=(y 1-y 2)(y 1+y 2)b 2,有b 2a 2=(y 1-y 2)(y 1+y 2)(x 1-x 2)(x 1+x 2)=2,所以c 2a2=3,e =3,故选B . 2.如图所示,椭圆中心在坐标原点,F 为左焦点,当FB →⊥AB →时,其离心率为5-12,此类椭圆被称为“黄金椭圆”.类比“黄金椭圆”,可推算出“黄金双曲线”的离心率e 等于( A )A .5+12B .5-12C .5-1D .5+1[解析] 椭圆中“和”对应双曲线中“差”,故选A .事实上,设“黄金双曲线”方程为x 2a 2-y 2b2=1, 则B (0,b ),F (-c,0),A (a,0). 在“黄金双曲线”中, 因为FB →⊥AB →,所以FB →·AB →=0. 又FB →=(c ,b ),AB →=(-a ,b ).所以b 2=ac .而b 2=c 2-a 2,所以c 2-a 2=ac . 在等号两边同除以a 2,解得e =5+12. 3.(2021·陕西省渭南市模拟)抛物线y 2=4x 的焦点为F ,点P (x ,y )为该抛物线上的动点,又点A (-1,0),则|PF ||P A |的最小值是( B )A .12B .22C .32D .233[解析] 由题意可知,抛物线的准线方程为x =-1,A (-1,0),过P 作PN 垂直直线x =-1于N , 由抛物线的定义可知PF =PN ,连接P A ,|PF ||P A |=|PN ||P A |最小⇔∠NAP 最小⇔∠P AF 最大⇔P A 与抛物线y 2=4x 相切. 设P A 的方程为:y =k (x +1),所以⎩⎪⎨⎪⎧y =k (x +1)y 2=4x,解得:k 2x 2+(2k 2-4)x +k 2=0,所以Δ=(2k 2-4)2-4k 4=0,解得k =±1, 所以∠NP A =45°,|PF ||P A |=cos ∠NP A =22,故选B . 4.(2021·河南中原名校联考)直线l 与抛物线y 2=4x 交于两不同点A ,B ,其中A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),若y 1y 2=-36,则直线l 恒过点的坐标是__(9,0)__.[解析] 设直线l 的方程为x =my +n ,则由⎩⎪⎨⎪⎧x =my +n ,y 2=4x ,得y 2-4my -4n =0,∴⎩⎪⎨⎪⎧y 1+y 2=4m ,y 1y 2=-4n .又y 1y 2=-36,∴-4n =-36,∴n =9,∴直线l 方程为x =my +9,恒过(9,0). 5.(2021·山东质检)已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)过点P (2,1),且该椭圆的一个短轴端点与两焦点F 1,F 2为等腰直角三角形的三个顶点.(1)求椭圆C 的方程;(2)设直线l 不经过P 点且与椭圆C 相交于A ,B 两点.若直线P A 与直线PB 的斜率之积为1,证明:直线l 过定点.[解析] (1)由题意4a 2+1b 2=1,b =c ,结合a 2-b 2=c 2,解得a =6,b =3, ∴椭圆方程为x 26+y 23=1.(2)证明:①当直线l 斜率不存在时, 设直线l :x =m ,A (m ,y m ),B (m ,-y m ),k P A ·k PB =y m -1m -2·-y m -1m -2=1,解得m =2(舍)或m =6(舍),故不满足. ②当直线l 斜率存在时,设l :y =kx +t , A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 联立⎩⎪⎨⎪⎧y =kx +t x 26+y 23=1,整理得(2k 2+1)x 2+4ktx +2t 2-6=0. Δ=8(6k 2-t 2+3)>0,x 1+x 2=-4kt 2k 2+1,x 1x 2=2t 2-62k 2+1.①则k P A ·k PB =y 1-1x 1-2·y 2-1x 2-2=y 1y 2-(y 1+y 2)+1x 1x 2-2(x 1+x 2)+4=1, ∴(k 2-1)x 1x 2+(tk -k +2)(x 1+x 2)+t 2-2t -3=0, 将①代入上式可得12k 2+8kt +t 2+2t -3=0, ∴(2k +t -1)·(6k +t +3)=0, 若2k +t -1=0,t =1-2k , 直线l 经过P 点与已知矛盾, 若6k +t +3=0,t =-3-6k ,Δ=-48(5k 2+6k +1)存在k 使得Δ>0成立. ∴直线l 的方程为y =k (x -6)-3, 故直线l 过定点(6,-3).6.(2021·广东汕头模拟)在平面直角坐标系xOy 中,O 为坐标原点,F (0,1),N (t ,-1)(t ∈R ),已知△MFN 是以FN 为底边,且边MN 平行于y 轴的等腰三角形.(1)求动点M 的轨迹C 的方程;(2)已知直线l 交x 轴于点P ,且与曲线C 相切于点A ,点B 在曲线C 上,且直线PB ∥y 轴,点P 关于点B 的对称点为点Q ,试判断点A 、Q 、O 三点是否共线,并说明理由.[解析] (1)设动点M (x ,y ),因为MN ∥y 轴, 所以MN 与直线y =-1垂直,则|MN |=|y +1|, ∵△MFN 是以FN 为底边的等腰直角三角形, 故|MN |=|MF |,即x 2+(y -1)2=|y +1|,即x 2+(y -1)2=(y +1)2,化简得x 2=4y .因为当点M 为坐标原点时,M 、F 、N 三点共线,无法构成三角形,第 11 页 共 11 页 因此,动点M 的轨迹C 的方程为x 2=4y (y ≠0);(2)A 、Q 、O 三点共线,理由如下:因为直线l 与曲线C 相切,所以直线l 的斜率必存在且不为零,设直线l 的方程为y =kx +m ,由⎩⎪⎨⎪⎧x 2=4y y =kx +m ,消y 得x 2-4kx -4m =0,Δ=16k 2+16m =0,得m =-k 2. 所以,直线l 的方程为y =kx -k 2,令y =0,得x =k ,则点P ()k ,0,∴B ⎝⎛⎭⎫k ,k 24,故Q ⎝⎛⎭⎫k ,k 22, 又由x 2-4kx +4k 2=0,得x =2k ,则点A (2k ,k 2),∵k AO =k 22k =k 2,k OQ =k 22k =k 2,∴k AO =k OQ , 因此,A 、Q 、O 三点共线.。
专题 圆锥曲线综合应用(3)- 定点、定值、探索性问题一、 高考题型特点:定点、定值、探索性问题是高考圆锥曲线大题中的常考题型,难度中等偏上。
二、重难点:1. 定点的探索与证明问题:(1)探索直线过定点时,可设出直线方程为y =kx +b ,然后利用条件建立b , k 等量关系进行消元,借助于直线系方程找出定点;(2)从特殊情况入手,先探求定点,再证明一般情况. 2. 解答圆锥曲线的定值,从三个方面把握:(1)从特殊开始,求出定值,再证明该值与变量无关;(2)直接推理、计算,在整个过程中消去变量,得定值;(3)在含有参数的曲线方程里面,把参数从含有参数的项里面分离出来,并令其系数为零,可以求出定值.3. 存在性问题的解题步骤:(1)先假设存在,引入参变量,根据题目条件列出关于参变量的方程(组)或不等式(组). (2)解此方程(组)或不等式(组),若有解则存在,若无解则不存在. (3)得出结论. 三、易错注意点:本部分对学生的能力要求较高,解题中主要数形结合及各种方法的综合应用,同时对数学推理运算能力有很高的要求。
解决定值、定点问题,不要忘记特值法。
四、典型例题:例1.(2019北京卷)已知抛物线2:2C x py =-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 轴上的两上定点. 【解析】(I )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 =. (II )抛物线C 的焦点为()0,1-,设直线l 的方程为()10y kx k =-≠.由241x y y kx ⎧=-⎨=-⎩,得2440x kx +-=. 设()()1122,,,,Mx y N x y 则124x x=-.直线OM 的方程为11y y x x =,令1y =-,得点A 的横坐标为11A x x y =- 同理可得点B 的横坐标22B x x y =-. 设点()0,D n ,则()()2212122212121144x x x x DA DB n n y y x x ⋅=++=++⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭uu u r uu u r ()()221216141n n x x =++=-++. 令0,DA DB ⋅=uu u r uu u r 即()2410n -++=,得1n =或3n =-.综上,以AB 为直径的圆经过y 轴上的定点()()0,10,-3和.例2.(2017新课标Ⅱ)设O 为坐标原点,动点M 在椭圆C :2212x y +=上,过M 做x 轴的垂线,垂足为N ,点P 满足2NP =u u u r u u u r错误!未找到引用源。