圆锥曲线综合高考实战篇圆锥曲线实用讲义---面积与最值
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第三课时 最值、范围问题题型一 距离与面积的最值(范围)例1 已知椭圆C :x 2a 2+y 23=1(a >3)的右焦点F 到左顶点的距离为3.(1)求椭圆C 的方程;(2)设O 为坐标原点,过点F 的直线与椭圆C 交于A ,B 两点(A ,B 不在x 轴上),若OE→=OA →+OB →,延长AO 交椭圆于点G ,求四边形AGBE 的面积S 的最大值. 解 (1)由已知得b 2=3,a +c =3,a 2=b 2+c 2.联立以上3个式子,可得a 2=4,所以椭圆C 的方程为x 24+y 23=1.(2)法一 因为过F (1,0)的直线与椭圆C 交于A ,B 两点(A ,B 不在x 轴上),所以设l 的方程为x =ty +1,由⎩⎨⎧x =ty +1,x 24+y 23=1,得(3t 2+4)y 2+6ty -9=0, 设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则⎩⎪⎨⎪⎧y 1+y 2=-6t3t 2+4,y 1y 2=-93t 2+4. 因为OE→=OA →+OB →, 所以四边形AOBE 为平行四边形,所以S =SAOBE +S △OGB =3S △AOB =32|y 1-y 2| =32(y 1+y 2)2-4y 1y 2=18t 2+13t 2+4. 令t 2+1=m ,则m ≥1,S =18m 3m 2+1=183m +1m. 由函数的单调性易得当m =1,即t =0时,S max =92.法二 由OE→=OA →+OB →知四边形AOBE 为平行四边形. 所以S =S AOBE +S △OGB =3S △AOB .当直线AB 的斜率不存在时,S =3S △AOB =92.当直线AB 的斜率存在时,设直线AB 的方程为y =k (x -1),k ≠0.由⎩⎨⎧y =k (x -1),x 24+y 23=1,得 (4k 2+3)y 2+6ky -9k 2=0.设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),得⎩⎪⎨⎪⎧y 1+y 2=-6k4k 2+3,y 1y 2=-9k 24k 2+3, 所以S =3S △AOB =32|y 1-y 2| =32(y 1+y 2)2-4y 1y 2=18k 4+k 24k 2+3.令4k 2+3=m ,则m >3,S =92-3×1m 2-2m +1<92.综上知,四边形AGBE 的面积S 的最大值S max =92.感悟提升 1.本题求四边形AGBE 面积的最值,首先分割,借助三角形面积转化为函数的最值问题;求解最值应用了两个技巧:一是换元,运用函数的性质;二是利用已知或隐含的不等关系构造不等式求解.2.若题目中的条件和结论能明显体现几何特征和意义,则考虑利用图形性质数形结合求解.训练1 (2022·南宁模拟)已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为12,右顶点M 到左焦点的距离为3,直线l 与椭圆C 交于点A ,B .(1)求椭圆C 的标准方程;(2)设直线MA ,MB 的斜率为k 1,k 2.若4k 1k 2+9=0,求|AB |的最小值.解 (1)设椭圆的半焦距为c ,由题意得⎩⎨⎧c a =12,a +c =3,解得⎩⎪⎨⎪⎧a =2,c =1,∴b =3,∴椭圆C 的标准方程为x 24+y 23=1.(2)由题意知,直线l 的斜率不为0,设其方程为x =my +n ,A (x 1,y 1),B (x 2,y 2), 由⎩⎨⎧x =my +n ,x 24+y 23=1,得(3m 2+4)y 2+6mny +3n 2-12=0, ∴y 1+y 2=-6mn 3m 2+4,y 1y 2=3n 2-123m 2+4, Δ=(6mn )2-4(3m 2+4)(3n 2-12)=48(3m 2-n 2+4)>0.由(1)知M (2,0),则直线MA ,MB 的斜率分别为k 1=y 1x 1-2,k 2=y 2x 2-2,∴k 1k 2=y 1y 2(x 1-2)(x 2-2)=y 1y 2(my 1+n -2)(my 2+n -2)=y 1y 2m 2y 1y 2+m (n -2)(y 1+y 2)+(n -2)2 =3n 2-123m 2+4m 2·3n 2-123m 2+4+m (n -2)⎝ ⎛⎭⎪⎫-6mn 3m 2+4+(n -2)2 =3n 2-124(n -2)2=3(n +2)4(n -2)=-94,解得n =1.∴直线l 的方程为x =my +1,直线l 过定点(1,0),此时,y 1+y 2=-6m 3m 2+4,y 1y 2=-93m 2+4, ∴|AB |=1+m 2|y 1-y 2| =1+m 2·(y 1+y 2)2-4y 1y 2 =1+m 2⎝ ⎛⎭⎪⎫-6m 3m 2+42+363m 2+4=1+m 2·144(m 2+1)(3m 2+4)2 =12(m 2+1)3m 2+4=4·3m 2+33m 2+4 =4⎝ ⎛⎭⎪⎫1-13m 2+4≥3(当且仅当m =0时取等号), ∴|AB |的最小值为3.题型二 斜率或某些参数(式子)的最值(范围)例2 (2021·兰州诊断)已知抛物线y 2=4x 及点P (4,0).(1)以抛物线的焦点F 为圆心,|FP |为半径作圆,求圆F 与抛物线交点的横坐标;(2)若A ,B 是抛物线上不同的两点,且直线AB 与x 轴不垂直,弦AB 的垂直平分线恰好经过点P ,求F A →·FB→的取值范围. 解 (1)由已知得F (1,0),所以圆F 的方程为(x -1)2+y 2=9,由⎩⎪⎨⎪⎧(x -1)2+y 2=9,y 2=4x ,得x 2+2x -8=0. 解得x =2或x =-4.由于x >0,所以x =2.则圆与抛物线交点的横坐标为2.(2)设弦AB 的中点为M ,A ⎝ ⎛⎭⎪⎫y 214,y 1, B ⎝ ⎛⎭⎪⎫y 224,y 2,M (x 0,y 0), 则x 0=y 21+y 228,y 0=y 1+y 22, 设线段AB 的垂直平分线的方程为y =k (x -4)(k ≠0),则直线AB 的斜率k AB =y 1-y 2y 214-y 224=4y 1+y 2=2y 0=-1k , ∴y 0=-2k .∵点M 在弦AB 的垂直平分线上,∴y 0=k (x 0-4)(k ≠0),∴x 0=2.则直线AB 的方程为k (y -y 0)=2-x ,由⎩⎪⎨⎪⎧k (y -y 0)=2-x ,y 2=4x ,得ky -ky 0=2-y 24,即y 2+4ky +8k 2-8=0,∴Δ=16k 2-32k 2+32=-16k 2+32>0,∴0<k 2<2.∵y 1+y 2=-4k ,y 1y 2=8k 2-8,∴F A →·FB →=⎝ ⎛⎭⎪⎫y 214-1⎝ ⎛⎭⎪⎫y 224-1+y 1y 2 =⎝ ⎛⎭⎪⎫y 1y 242-14(y 21+y 22)+1+y 1y 2 =4(k 2-1)2-4+1+8k 2-8=4k 4-7,∴F A →·FB→的取值范围是(-7,9). 感悟提升 圆锥曲线中求解含双变量的式子的取值范围的方法:几何条件定代换;目标关系式求范围.训练2 已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率e =32,直线x +3y -1=0被以椭圆C 的短轴为直径的圆截得的弦长为 3.(1)求椭圆C 的方程;(2)过点M (4,0)的直线l 交椭圆于A ,B 两个不同的点,且λ=|MA |·|MB |,求λ的取值范围.解 (1)原点到直线x +3y -1=0的距离为12,由题得⎝ ⎛⎭⎪⎫122+⎝ ⎛⎭⎪⎫322=b 2(b >0),解得b =1. 又e 2=c 2a 2=1-b 2a 2=34,得a =2,所以椭圆C 的方程为x 24+y 2=1. (2)当直线l 的斜率为0时,直线l :y =0为x 轴,λ=|MA |·|MB |=12.当直线l 的斜率不为0时,设直线l :x =my +4,点A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),联立⎩⎨⎧x =my +4,x 24+y 2=1,消去x 得 (m 2+4)y 2+8my +12=0.由Δ=64m 2-48(m 2+4)>0,得m 2>12,所以y 1y 2=12m 2+4. λ=|MA |·|MB |=m 2+1|y 1|·m 2+1|y 2|=(m 2+1)|y 1y 2|=12(m 2+1)m 2+4=12⎝⎛⎭⎪⎫1-3m 2+4. 由m 2>12,得0<3m 2+4<316, 所以394<λ<12.综上可得:394<λ≤12,即λ∈⎝ ⎛⎦⎥⎤394,12.1.如图,已知椭圆C 1:x 22+y 2=1,抛物线C 2:y 2=2px (p >0),点A 是椭圆C 1与抛物线C 2的交点,过点A 的直线l 交椭圆C 1于点B ,交抛物线C 2于点M (B ,M 不同于A ).(1)若p =116,求抛物线C 2的焦点坐标;(2)若存在不过原点的直线l 使M 为线段AB 的中点,求p 的最大值.解 (1)由p =116,得抛物线C 2的焦点坐标是⎝ ⎛⎭⎪⎫132,0. (2)由题意可设直线l :x =my +t (m ≠0,t ≠0),点A (x 0,y 0).将直线l 的方程代入椭圆C 1:x 22+y 2=1,得(m 2+2)y 2+2mty +t 2-2=0,所以点M 的纵坐标y M =-mt m 2+2. 将直线l 的方程代入抛物线C 2:y 2=2px ,得y 2-2pmy -2pt =0,所以y 0y M =-2pt ,解得y 0=2p (m 2+2)m, 因此x 0=2p (m 2+2)2m 2. 由x 202+y 20=1,得1p 2=4⎝ ⎛⎭⎪⎫m +2m 2+2⎝⎛⎭⎪⎫m +2m 4≥160, 当且仅当m =2,t =105时,p 取到最大值1040.2.已知抛物线x 2=y ,点A ⎝ ⎛⎭⎪⎫-12,14,B (32,94),抛物线上的点P (x 0,y 0)⎝ ⎛⎭⎪⎫-12<x 0<32. (1)求直线AP 斜率的取值范围;(2)Q 是以AB 为直径的圆上一点,且AP →·BQ →=0,求AP →·PQ→的最大值. 解 (1)设直线AP 的斜率为k ,则k =x 20-14x 0+12=x 0-12,且-12<x 0<32, 则-1<x 0-12<1.所以直线AP 斜率的取值范围是(-1,1).(2)由题意可知,AP→与AQ →同向共线,BQ ⊥AQ , 联立直线AP 与BQ 的方程得⎩⎪⎨⎪⎧kx -y +12k +14=0,x +ky -94k -32=0,解得点Q 的横坐标是x Q =-k 2+4k +32(k 2+1). 因为|AP |=1+k 2⎝ ⎛⎭⎪⎫x 0+12=1+k 2·(k +1), |PQ |=1+k 2(x Q -x 0)=-(k -1)(k +1)2k 2+1, 所以AP →·PQ →=|AP →|·|PQ→|=-(k -1)(k +1)3. 令f (k )=-(k -1)(k +1)3,因为f ′(k )=-(4k -2)(k +1)2, 所以f (k )在区间⎝ ⎛⎭⎪⎫-1,12上单调递增,在⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1上单调递减, 因此当k =12时,AP →·PQ →取得最大值2716. 3.(2022·全国名校联考)在平面直角坐标系xOy 中,已知定点F (1,0),定直线l :x =-2,动点P 到l 的距离比到点F 的距离大1.(1)求动点P 的轨迹C 的方程;(2)过点H (3,2)的动圆M 与曲线C 相交,其中A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)(x 1=x 2>3)为它们的两个交点,且动圆M 与直线y =2相交于另一点D ,求|DH |的最小值. 解 (1)设动点P (x ,y ),则由题意知x +2=|PF |+1,所以x +1=|PF |,即点P 到定直线x =-1的距离与点P 到点F 的距离相等,所以点P 的轨迹是以O 为顶点,F 为焦点的抛物线,所以轨迹C 的方程为y 2=4x .(2)由题意可知圆心M 在x 轴上,设M(m,0),D(x3,2),x3>3,由题意知A(x1,2x1),B(x1,-2x1),连接MH,MA,则|MH|=|MA|,即(m-3)2+(0-2)2=(m-x1)2+(0-2x1)2,即m=x21+4x1-132x1-6.由题意知圆M的方程为(x-m)2+y2=(m-3)2+4. 令y=2,得x=2m-3或x=3,所以x3=2m-3,所以|DH|=x3-3=2m-6=x21+4x1-13x1-3-6=x21-2x1+5x1-3.因为x1>3,所以|DH|=x21-2x1+5 x1-3=(x1-3)+8x1-3+4≥2(x1-3)·8x1-3+4=4+42,当且仅当x1-3=8x1-3,即x1=3+22(x3=3-22舍去)时等号成立. 所以|DH|的最小值为4+4 2.4.(2020·新高考Ⅱ卷)已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)过点M(2,3),点A为其左顶点,且AM的斜率为1 2.(1)求C的方程;(2)点N为椭圆上任意一点,求△AMN的面积的最大值. 解(1)由题意可知直线AM的方程为y -3=12(x -2),即x -2y =-4,当y =0时,解得x =-4,所以a =4.由椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)过点M (2,3),可得416+9b 2=1,解得b 2=12,所以C 的方程为x 216+y 212=1.(2)设与直线AM 平行的直线方程为x -2y =m (m ≠-4).如图所示,当直线与椭圆相切时,与AM 距离比较远的直线与椭圆的切点为N ,此时△AMN 的面积取得最大值.联立直线方程x -2y =m 与椭圆方程x 216+y 212=1,可得3(m +2y )2+4y 2=48,化简可得16y 2+12my +3m 2-48=0,所以Δ=144m 2-4×16(3m 2-48)=0,即m 2=64,解得m =±8,与AM 距离比较远的直线方程为x -2y =8,点N 与直线AM 的距离即两平行线之间的距离,即d =8+41+4=1255,由两点之间距离公式可得|AM|=(2+4)2+32=35,所以△AMN的面积的最大值为12×35×1255=18.。
第五章面积与最值5.1三角形的面积表达面积的一些常见表达:22),0,2()0(1:20122222离心率的一个顶点为北京文】已知椭圆【A b a b y a x C >>=+.,)1(N M C x k y 交于不同的两点与椭圆直线-=的方程;求椭圆C )1(.310)2(的值时,求的面积为当△k AMN 形,轴正半轴围成一个三角轴正半轴,的切线与辽宁文】圆【y x y x 4201422=+.P ,切点为当该三角形面积最小时点的坐标求P )1(的两点,若△交于,且与直线过点轴上的椭圆焦点在PAB B A x y l P C x ,3:)2(+=.2的标准方程,求面积为C),(),,(2211y x B y x A ②设,2121y y OP S P x AB ABO -=△时,轴上定点过当直线.2121x x OP S P y AB ABO -=△时,轴上定点过当直线铅锤高水平宽三角形面积⨯⨯=21要掌握推导过程,否则你会用错的.离心率为的左焦点为四川文】已知椭圆【),0,2()0(1:20142222->>=+F b a b y a x C .36的标准方程;求椭圆C )1(,当的垂线交椭圆于作上一点,过为直线为坐标原点,设Q P TF F x T O ,3)2(-=.的面积边形是平行四边形时,求四四边形OPTQ OPTQ 对角线长度乘积的一半边形,面积③对角线互相垂直的四=,且知椭圆上为第三象限内一点且在设北京文】椭圆【)0,2(A , P ,14201622=+y x的面积为求证:四边形轴于点交直线轴于点交直线ABNM N x PB M y PA B ,,),1,0(.定值段长度的比值:④面积的比值转化为线分别两点,直线交抛物线于的直线焦点已知过抛物线例BO AO B A l F x y C ,,4::2=N M BA x k x k x k x k ON OM OB OA MONON OM AOB OB OA S S 22212221211111sin 21sin 21++++==∠∠=思路:面积之比的斜率,中间使用了距与直线分别为直线与其中OB OA k k x x x x x x B A NM B A 21(4==)离公式转化为坐标表达的斜率之与是动点,且直线对称,关于原点与点北京】点【BP AP P O A B )1,1(2010-31-积为的轨迹方程;求动点P )1(与使得△问:是否存在点交于点分别与直线和设直线PAB P N M x BP AP ,,3)2(=的坐标求出点的面积相等,若存在,△P PMN 22222123)0(12012C x b a b y a x C 轴被曲线,的离心率为:湖南理】如图,椭圆【>>=+.:12的长半轴长截得的线段长等于C b x y -=的方程;求21,)1(C C 分直线相交于点与的直线过坐标原点轴的交点为与设MB MA B A C l O M y C ,,,,)2(22E D C ,1相交于点别与MEMD ⊥①证明:?3217,.,,2121=S S l S S MDE MAB 使得问:是否存在直线的面积分别是△②记△:⑤借助几何分析求面积EBCABC S S AD E BC D ABC △△的中点,则为上一点,为中举个例子:如图,△2,=求面积有时候需要借助几何知识做转化,比如本案例线段成比例分割,面积表达就可以相互转化;又比如相似三角形面积比等于相似比的平方;又比如同底等高的三角形面积相等...OPQ OMP ,1)0,2(22与△两点,若△于:作直线交圆例:过点Q P y x O M =+-的斜率面积相等,求直线l 于轴的垂线交椭圆作轴上一点,过为点北京文】已知椭圆【C x D x D y x ,14201722=+的面积与△,求证:△于点的垂线交作过不同的两点BDN BDE E BN AM ,,D N M 54:之比为),,((t m M M D 以设点的坐标表示不全。
所,因为点的坐标是不太合适的提示:设),0,(),,(m D t m N -则)54,=D E y y 所以要证明高之比,即底的注意到两个三角形是同的为抛物线上,:的三个顶点都在抛物线浙江文】已知△【C F y x C ABP 420142=.3FM PF AB M =的中点,为焦点,点的坐标;求点若M PF ,3)1(=.)2(面积的最大值求△ABP Cb a b y a x 在椭圆,且点的离心率为山东文】已知椭圆【)213(23)0(120152222>>=+.上的方程;求椭圆C )1(交椭圆的直线上任意一点,过点为椭圆设椭圆m kx y P C P b y a x E +==+,144:)2(2222Q E PO B A E 于点交椭圆两点,射线于,的值;①求OPOQ .面积的最大值②求△ABQ5.2求最值之变量化一点到点的距离最值41)1()1(,14),,(2202202202000xx y x PMy x y x P -+-=+-==+则有解析:设_____________________________=点到线的距离最值_______08342距离的最小值为上的点到直线例:抛物线=-+-=y x x y 思考有哪些方法?上点在曲线上,点在直线新课标理】已知【241:3),1,0(20112-=-=-x y C M y B A ..,)2(距离的最小值点到处的切线,求在为上的动点为l O P C l C P 斜率的最值.2321)(,(41,21(,20172是该抛物线上的点点点浙江】已知抛物线【<<--=x y x P A y x 斜率的取值范围求直线AP )1(21214121412-=+-=+-=x x x x y k AP 思路:总之上面的题都是一个想法:变量代换为一个,代换桥梁可以是曲线方程.也可以是从题目条件构建出的等式.这种想法也可以在其它题目中体现:.两点B 的最大值的函数,并求表示为将AB m AB )2(m ty x l +=:思路:设直线)(111122222之间的的等式与构建相切直线与圆t m t m t m y x +=⇔=+⇔=+)(1212用错弦长公式注意:反设直线很容易y y t AB -+=得与联立1422=++=y x m ty x 042)4(222=-+++m tmx y t 22222122122124)4(414)(11t m t t y y y y t y y t AB +-++=-++=-+=所以.3341222+=+=m m AB t m 代入得将这里涉及到一个问题,最值怎么求?5.3求最值之均值不等式求以下式子的最值428)8(8)1(22222=-+≤-=-=m m m m m m t ___________)38(331)38(33138)2( 22222≤-=-⋅=-=m m m m m m t 13232332332)3( 2=≤+=+=mm m m t 211211)1(11)4( 22222222222=+-++≤+-+=+-+=k m k m k m k m k m k m t 431)5(22++=m m t 11222-==+x m x m ,则设________131134)1(322=+=+=+-=xx x xx x t 上述式子可以通过配凑,换元,使用均值不等式得到最值.144154)9(64)8(2)8(3414)7( 1)6(2424422222++++=++=++=+=k k k k t m m t m m t k k t 上述式子求最值可以通过分离常数法实现11414134143414)7(22222+-=++=++=m m m m m t ____________,41143111011222∈<+-≤⇔≤+<⇔≥+t m m m所以.面积的最大值△AOB 的距离为原点到解析:设直线AB ),,(),,(A ,2211h y x B y x m kx y +=212212211121·21x x m k m x x k h AB S -=+-+==面积0)1(48)41(1422222=-+++⎪⎩⎪⎨⎧=++=m kmx x k y x m kx y 得联立141241241)41(241)41(162122222222222=+-++≤+-+=+-+=k m k m k m k m k m k m S 时,等号成立当且仅当22412k m +=.两点,交椭圆于直线上一点练习:已知椭圆D B m x y A y x C ,22),1,2(124:22+==+的面积的最大值求:△ABD ABF B A P F x y 两点,则△的直线交抛物线与过点的焦点设抛物线练习,)0,2(,4:2=)(反设优化计算,面积的最小值为多少?0=t 是椭,的离心率为椭圆新课标】已知点【F b a by a x A 23)0(1),2,0(20142222>>=+-.332为坐标原点,的斜率为圆的右焦点,直线O AF .OPQ ,A )2()1(的方程的面积最大时,求两点,当△与椭圆相交于的动直线设过点求椭圆的方程;l Q P l 轴不重合,且与过点直线的圆心为理】设圆新课标【x B l A x y x )0,1(,01521201622=-++.,E AD AC B D C A l 于点的平行线交作两点,过于交圆.)1(的轨迹方程为定值,并写出点证明E EB EA +交于垂直的直线与圆且与两点,过于交直线的轨迹为曲线设点A l B N M C l C E ,,)2(11.,面积的取值范围两点,求四边形MPNQ Q P M y x b a by a x M 交右焦点的直线理】过椭圆新课标【03)0(1:220132222=-+>>=+.21,的斜率为的中点,且是两点,于OP AB P B A 的方程求M )1(面积的最大值求四边形的对角线若四边形上两点为ACBD AB CD ACBD M D C ,,,)2(⊥,其短轴的两个端点与的焦距为四川理】已知椭圆【4)0(1:20142222>>=+b a by a x C .三角形长轴的一个端点构成正的标准方程;求椭圆C )1(的垂线交椭圆作上任意一点,过为直线的左焦点,为椭圆设TF F x T C F 3)2(-=.,Q P C 于点PQOT 平分线段①证明:.的坐标最小时,求点②当T PQ TF5.4求最值之借助导数,,,)0(4::20092222C B A r r y x M x y E 相交于)(与圆全国】已知抛物线【>=+-=.四个点D 的取值范围;求r )1(.)2(坐标的交点,面积最大时,求对角线四边形P BD AC ABCD .)4,215()1(不相等的正根,联立后的方程有两个解析:∈r ,(,(),,(),,(222221111x x D x x C x x B x x A --别为)设四个交点的坐标分(.0167)4(2222222=-+-=+-=r x x y r y x x y 得消去与圆联立抛物线)4,215(,16,722121∈-==+r r x x x x 由韦达定理:((22121122112x x x x x x x x S +-=+-⋅⋅=)154)(1627(2](4)[(222121212212--+=++-+=r t x x x x x x x x S 时有最值值得利用导数知识求函数最则令67),27()27(,16222=-+==-t t t S t r关于直线的左右焦点,:分别是椭圆】已知【湖南文212221,15,2013F F y x E F F =+.12的一条直径的两个端点的对称点是圆C y x =-+的方程;求圆C )1(最大时,求直线当所截得的弦长分别为和圆被椭圆的直线设过点ab b a C E l F .,)2(2.的方程l 1416201522=+y x C :湖北】已知椭圆【l Q P y x l y x l l 若直线两点分别交于:和:与两定直线设动直线.,0202)2(21=+=-?的面积是否存在最小值试探究:△有且只有一个公共点,总与椭圆OPQ C。