高考数学一轮复习 第十章 圆锥曲线与方程 10.4 直线与圆锥曲线的位置关系课时练 理
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2017高考数学一轮复习 第十章 圆锥曲线与方程 10.4 直线与圆锥曲线的位置关系课时练 理时间:90分钟基础组1.[2016·衡水二中预测]抛物线y 2=4x 的焦点为F ,准线为l ,经过F 且斜率为3的直线与抛物线在x 轴上方的部分相交于点A ,AK ⊥l ,垂足为K ,则△AKF 的面积是( )A .4B .3 3C .4 3D .8答案 C解析 ∵y 2=4x ,∴F (1,0),l :x =-1,过焦点F 且斜率为3的直线l 1:y =3(x -1),与y 2=4x 联立,解得A (3,23),∴AK =4,∴S △AKF =12×4×23=4 3.故选C.2.[2016·枣强中学月考]已知双曲线x 2a 2-y 2b2=1(a >0,b >0)上一点C ,过双曲线中心的直线交双曲线于A ,B 两点,记直线AC ,BC 的斜率分别为k 1,k 2,当2k 1k 2+ln |k 1|+ln |k 2|最小时,双曲线离心率为( )A. 2B. 3C.2+1 D .2答案 B解析 设点A (x 1,y 1),C (x 2,y 2),由于点A ,B 为过原点的直线与双曲线的交点,所以根据双曲线的对称性可得A ,B 关于原点对称,即B (-x 1,-y 1).则k 1·k 2=y 2-y 1x 2-x 1·y 2--y 1x 2--x 1=y 22-y 21x 22-x 21,由于点A ,C 都在双曲线上,故有x 21a 2-y 21b 2=1,x 22a 2-y 22b 2=1,两式相减,得x 21-x 22a 2-y 21-y 22b 2=0,所以k 1k 2=y 21-y 22x 21-x 22=b 2a 2>0.则2k 1k 2+ln |k 1|+ln |k 2|=2k 1k 2+ln (k 1k 2),对于函数y =2x+ln x (x >0)利用导数法可以得到当x=2时,函数y =2x +ln x (x >0)取得最小值.故当2k 1k 2+ln |k 1|+ln |k 2|取得最小值时,k 1k 2=b 2a 2=2,所以e = 1+b 2a2=3,故选B. 3.[2016·衡水二中猜题]斜率为1的直线l 与椭圆x 24+y 2=1相交于A 、B 两点,则|AB |的最大值为( )A .2B.455C.4105D.8105答案 C解析 设A 、B 两点的坐标分别为(x 1,y 1)、(x 2,y 2),直线l 的方程为y =x +t ,由⎩⎪⎨⎪⎧x 2+4y 2=4,y =x +t 消去y ,得5x 2+8tx +4(t 2-1)=0.Δ=(2t )2-5(t 2-1)>0,即t 2<5.则x 1+x 2=-85t ,x 1x 2=4t 2-15.∴|AB |=1+k 2|x 1-x 2|=1+k 2·x 1+x 22-4x 1x 2=2·⎝ ⎛⎭⎪⎫-85t 2-4×4t 2-15 =4255-t 2, 当t =0时,|AB |max =4105.4. [2016·衡水二中一轮检测]直线y =kx -2与抛物线y 2=8x 交于A 、B 两点,且AB 中点的横坐标为2,则k 的值是________.答案 2解析 设A (x 1,y 1)、B (x 2,y 2),由⎩⎪⎨⎪⎧y =kx -2,y 2=8x ,消去y 得k 2x 2-4(k +2)x +4=0,由题意得⎩⎪⎨⎪⎧Δ=[-4k +2]2-4×k 2×4>0,x 1+x 2=4k +2k 2=2×2,∴⎩⎪⎨⎪⎧k >-1,k =-1或k =2,即k =2.5.[2016·冀州中学周测]已知两定点M (-1,0),N (1,0),若直线上存在点P ,使|PM |+|PN |=4,则该直线为“A 型直线”.给出下列直线,其中是“A 型直线”的是________(填序号).①y =x +1;②y =2;③y =-x +3;④y =-2x +3. 答案 ①④解析 由题意可知,点P 的轨迹是以M ,N 为焦点的椭圆,其方程是x 24+y 23=1,①把y =x +1代入x 24+y 23=1并整理得,7x 2+8x -8=0,∵Δ=82-4×7×(-8)>0,直线与椭圆有两个交点, ∴y =x +1是“A 型直线”.②把y =2代入x 24+y 23=1,得x 24=-13不成立,直线与椭圆无交点,∴y =2不是“A 型直线”.③把y =-x +3代入x 24+y 23=1并整理得,7x 2-24x +24=0,Δ=(-24)2-4×7×24<0,∴y =-x +3不是“A 型直线”.④把y =-2x +3代入x 24+y 23=1并整理得,19x 2-48x +24=0,∵Δ=(-48)2-4×19×24>0,∴y =-2x +3是“A 型直线”.6.[2016·冀州中学热身]已知焦点在y 轴上的椭圆C 1:y 2a 2+x 2b2=1经过点A (1,0),且离心率为32. (1)求椭圆C 1的方程;(2)过抛物线C 2:y =x 2+h (h ∈R )上点P 的切线与椭圆C 1交于两点M 、N ,记线段MN 与PA 的中点分别为G 、H ,当GH 与y 轴平行时,求h 的最小值.解 (1)由题意可得⎩⎪⎨⎪⎧1b 2=1,c a =32,a 2=b 2+c 2,解得a =2,b =1,所以椭圆C 1的方程为y 24+x 2=1. (2)设P (t ,t 2+h ),由y ′=2x ,得抛物线C 2在点P 处的切线斜率为k =y ′|x =t =2t , 所以MN 的方程为y =2tx -t 2+h ,代入椭圆方程得4x 2+(2tx -t 2+h )2-4=0, 化简得4(1+t 2)x 2-4t (t 2-h )x +(t 2-h )2-4=0. 又MN 与椭圆C 1有两个交点,故Δ=16[-t 4+2(h +2)t 2-h 2+4]>0,①设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),MN 中点的横坐标为x 0,则x 0=x 1+x 22=t t 2-h 21+t2, 设线段PA 中点的横坐标为x 3=1+t 2,由已知得x 0=x 3,即t t 2-h 21+t 2=1+t2,② 显然t ≠0,所以h =-⎝⎛⎭⎪⎫t +1t+1,③当t >0时,t +1t≥2,当且仅当t =1时取等号,此时h ≤-3,不满足①式,故舍去;当t <0时,(-t )+⎝ ⎛⎭⎪⎫-1t ≥2,当且仅当t =-1时取等号,此时h ≥1,满足①式.综上,h 的最小值为1.7. [2016·枣强中学周测]已知圆O :x 2+y 2=49,直线l :y =kx +m 与椭圆C :x 22+y 2=1相交于P 、Q 两点,O 为原点.(1)若直线l 过椭圆C 的左焦点,与圆O 交于A 、B 两点,且∠AOB =60°,求直线l 的方程;(2)若△POQ 的重心恰好在圆上,求m 的取值范围.解 (1)左焦点坐标为F (-1,0),设直线l 的方程为y =k (x +1),由∠AOB =60°,得圆心O 到直线l 的距离d =13,又d =|k |k 2+1,∴|k |k 2+1=13,解得k =±22.∴直线l 的方程为y =±22(x +1). (2)设P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),由⎩⎪⎨⎪⎧x 22+y 2=1,y =kx +m得(1+2k 2)x 2+4kmx +2m 2-2=0.由Δ>0得1+2k 2>m 2①,且x 1+x 2=-4km 1+2k 2.∵△POQ 的重心恰好在圆x 2+y 2=49上,∴(x 1+x 2)2+(y 1+y 2)2=4, 即(x 1+x 2)2+[k (x 1+x 2)+2m ]2=4, 即(1+k 2)(x 1+x 2)2+4km (x 1+x 2)+4m 2=4. ∴161+k 2k 2m 21+2k 22-16k 2m 21+2k2+4m 2=4,化简得m 2=1+2k 224k 2+1,代入①式得2k 2>0,∴k ≠0, 又m 2=1+2k224k 2+1=1+4k 44k 2+1=1+44k 2+1k4.∵k ≠0,∴m 2>1,∴m >1或m <-1.8.[2016·冀州中学预测]已知F 1、F 2是双曲线x 2-y 215=1的两个焦点,离心率等于45的椭圆E 与双曲线x 2-y 215=1的焦点相同,动点P (m ,n )满足|PF 1|+|PF 2|=10,曲线M 的方程为x 22+y 22=1. (1)求椭圆E 的方程;(2)判断直线mx +ny =1与曲线M 的公共点的个数,并说明理由;当直线mx +ny =1与曲线M 相交时,求直线mx +ny =1截曲线M 所得弦长的取值范围.解 (1)∵F 1、F 2是双曲线x 2-y 215=1的两个焦点,∴不妨设F 1(-4,0),F 2(4,0).∵椭圆E 与双曲线x 2-y 215=1的焦点相同,∴设椭圆E 的方程为x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0),根据已知得⎩⎪⎨⎪⎧c =4,c a =45,b 2=a 2-c 2,解方程组得⎩⎪⎨⎪⎧c =4,a =5,b 2=9.∴椭圆E 的方程为x 225+y 29=1.(2)∵动点P (m ,n )满足|PF 1|+|PF 2|=10, ∴P (m ,n )是椭圆E 上的点.∴m 225+n 29=1.∵m 225+n 29≤m 29+n 29=m 2+n 29,∴m 2+n 2≥9.∵曲线M 是圆心为(0,0),半径r =2的圆, 圆心(0,0)到直线mx +ny =1的距离d =1m 2+n 2≤13<2,∴直线mx +ny =1与曲线M 有两个公共点.设直线mx +ny =1截曲线M 所得弦长为l ,则l =22-1m 2+n 2. ∵m 225+n 225≤m 225+n 29=1, ∴m 2+n 2≤25.∴9≤m 2+n 2≤25.∴125≤1m 2+n 2≤19,∴179≤2-1m 2+n 2≤4925. ∴173≤ 2-1m 2+n 2≤75. ∴2173≤l ≤145. ∴直线mx +ny =1截曲线M 所得弦长的取值范围为⎣⎢⎡⎦⎥⎤2173,145. 9.[2016·衡水二中期中]如图所示,已知抛物线C :y 2=4x 的焦点为F ,直线l 经过点F 且与抛物线C 相交于A ,B 两点.(1)若线段AB 的中点在直线y =2上,求直线l 的方程; (2)若线段|AB |=20,求直线l 的方程.解 (1)由已知得焦点坐标为F (1,0).因为线段AB 的中点在直线y =2上,所以直线l 的斜率存在,设直线l 的斜率为k ,A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),AB 的中点M (x 0,y 0),则⎩⎪⎨⎪⎧x 0=x 1+x 22,y 0=y 1+y22.由⎩⎪⎨⎪⎧y 21=4x 1,y 22=4x 2,得(y 1+y 2)(y 1-y 2)=4(x 1-x 2),所以2y 0k =4. 又y 0=2,所以k =1,故直线l 的方程是y =x -1. (2)设直线l 的方程为x =my +1,与抛物线方程联立得⎩⎪⎨⎪⎧x =my +1,y 2=4x ,消元得y 2-4my-4=0,所以y 1+y 2=4m ,y 1y 2=-4,Δ=16(m 2+1)>0.|AB |=m 2+1|y 1-y 2| =m 2+1·y 1+y 22-4y 1y 2=m 2+1·4m2-4×-4=4(m 2+1).所以4(m 2+1)=20,解得m =±2, 所以直线l 的方程是x =±2y +1, 即x ±2y -1=0.10.[2016·枣强中学模拟]已知点A 、B 的坐标分别是(-1,0)、(1,0).直线AM ,BM 相交于点M ,且它们的斜率之积为-2.(1)求动点M 的轨迹方程;(2)若过点N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,1的直线l 交动点M 的轨迹于C 、D 两点,且N 为线段CD 的中点,求直线l 的方程.解 (1)设M (x ,y ). 因为k AM ·k BM =-2,所以y x +1·yx -1=-2(x ≠±1), 化简得2x 2+y 2=2(x ≠±1),即为动点M 的轨迹方程. (2)设C (x 1,y 1),D (x 2,y 2).当直线l ⊥x 轴时,直线l 的方程为x =12,则C ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,62,D ⎝ ⎛⎭⎪⎫12,-62,此时线段CD 的中点不是点N ,不合题意.故设直线l 的方程为y -1=k ⎝ ⎛⎭⎪⎫x -12.将C (x 1,y 1),D (x 2,y 2)代入2x 2+y 2=2(x ≠±1),得 2x 21+y 21=2,① 2x 22+y 22=2.② ①-②整理得k =y 1-y 2x 1-x 2=-2x 1+x 2y 1+y 2=-2×12=-1. 所以直线l 的方程为y -1=-⎝ ⎛⎭⎪⎫x -12,即2x +2y -3=0.11.[2016·衡水二中期末]已知定点G (-3,0),S 是圆C :(x -3)2+y 2=72上的动点,SG 的垂直平分线与SC 交于点E ,设点E 的轨迹为M .(1)求M 的方程;(2)是否存在斜率为1的直线l ,使得l 与曲线M 相交于A ,B 两点,且以AB 为直径的圆恰好经过原点?若存在,求出直线l 的方程;若不存在,请说明理由.解 (1)由题意,知|EG |=|ES |,∴|EG |+|EC |=|ES |+|EC |=62, 又|GC |=6<62,∴点E 的轨迹是以G ,C 为焦点,长轴长为62的椭圆. 故动点E 的轨迹M 的方程为x 218+y 29=1.(2)假设存在符合题意的直线l 与椭圆M 相交于A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)两点,其方程为y =x +m ,由⎩⎪⎨⎪⎧y =x +m ,x 218+y29=1,消去y ,化简得3x 2+4mx +2m 2-18=0.∵直线l 与椭圆M 相交于A ,B 两点, ∴Δ=16m 2-12(2m 2-18)>0, 化简得m 2<27,解得-33<m <33, ∴x 1+x 2=-4m 3,x 1x 2=2m 2-93.∵以线段AB 为直径的圆恰好经过原点,∴OA →·OB →=0,∴x 1x 2+y 1y 2=0,又y 1y 2=(x 1+m )(x 2+m )=x 1x 2+m (x 1+x 2)+m 2,∴x 1x 2+y 1y 2=2x 1x 2+m (x 1+x 2)+m 2=4m 2-93-4m 23+m 2=0,解得m =±23,由于±23∈(-33,33), ∴符合题意的直线l 存在,所求的直线l 的方程为y =x +23或y =x -2 3.12.[2016·武邑中学猜题]已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为63,F 为椭圆在x 轴正半轴上的焦点,M ,N 两点在椭圆C 上,且MF →=λFN →(λ>0),定点A (-4,0).(1)求证:当λ=1时,MN →⊥AF →;(2)若当λ=1时有AM →·AN →=1063,求椭圆C 的方程;(3)在(2)的条件下,M ,N 两点在椭圆C 上运动,当AM →·AN →·ta n ∠MAN 的值为63时,求出直线MN 的方程.解 (1)证明:设M (x 1,y 1),N (x 2,y 2),F (c,0), 则MF →=(c -x 1,-y 1),FN →=(x 2-c ,y 2), 当λ=1时,MF →=FN →,∴-y 1=y 2,x 1+x 2=2c , 由M ,N 两点在椭圆上,∴x 21=a 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1-y 21b 2,x 22=a 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1-y 22b 2,∴x 21=x 22.若x 1=-x 2,则x 1+x 2=0≠2c (舍去), ∴x 1=x 2,∴MN →=(0,2y 2),AF →=(c +4,0),MN →·AF →=0, ∴MN →⊥AF →.(2)当λ=1时,不妨设M ⎝ ⎛⎭⎪⎫c ,b 2a ,N ⎝⎛⎭⎪⎫c ,-b 2a , ∴AM →·AN →=(c +4)2-b 4a 2=1063,∵c a =63.∴a 2=32c 2,b 2=c22,∴56c 2+8c +16=1063, ∴c =2,a 2=6,b 2=2, 故椭圆C 的方程为x 26+y 22=1.(3)因为AM →·AN →·tan∠MAN =2S △AMN =|AF ||y M -y N |=63, 由(2)知点F (2,0),所以|AF |=6,即得|y M -y N |= 3. 当MN ⊥x 轴时,|y M -y N |=|MN |=2b 2a =2×26≠3,故直线MN 的斜率存在,不妨设直线MN 的方程为y =k (x -2)(k ≠0).联立⎩⎪⎨⎪⎧y =k x -2,x 26+y22=1,得(1+3k 2)y 2+4ky -2k 2=0,y M +y N =-4k 1+3k 2,y M ·y N =-2k21+3k 2,∴|y M -y N |=24k 4+24k21+3k 2=3,解得k =±1. 此时,直线MN 的方程为x -y -2=0或x +y -2=0.能力组13.[2016·冀州中学仿真]已知F 1、F 2是双曲线x 2a 2-y 2b2=1(a >0,b >0)的左、右两个焦点,以线段F 1F 2为直径的圆与双曲线的一条渐近线交于点M ,与双曲线交于点N (设点M 、N 均在第一象限),当直线MF 1与直线ON 平行时,双曲线的离心率的取值为e 0,则e 0所在的区间为( )A .(1,2)B .(2,3)C .(3,2)D .(2,3)答案 A解析 由⎩⎪⎨⎪⎧ x 2+y 2=c 2,x 2a 2-y2b 2=1,x >0,y >0可得N ⎝ ⎛⎭⎪⎫a b 2+c 2c,b 2c ,由⎩⎪⎨⎪⎧x 2+y 2=c 2,y =ba x ,x >0,y >0可得M (a ,b ),又F 1(-c,0),则kMF 1=ba +c ,k ON =b 2a b 2+c 2,∵MF 1∥ON ,∴ba +c =b 2a b 2+c2,∴a b 2+c 2=b (a +c ),又b 2=c 2-a 2,∴2a 2c -c 3=2ac 2-2a 3,∴2e 0-e 30=2e 20-2,设f (x )=x 3+2x 2-2x -2,f ′(x )=3x 2+4x -2,当x >1时,f ′(x )>0,所以f (x )在(1,+∞)上单调递增,即f (x )在(1,+∞)上至多有1个零点,f (1)=1+2-2-2<0,f (2)=22+4-22-2>0,∴1<e 0< 2.故选A.14.[2016·武邑中学预测]已知中心在坐标原点的椭圆和双曲线有公共焦点(左、右焦点分别为F 1、F 2),它们在第一象限的交点为P ,△PF 1F 2是以PF 1为底边的等腰三角形.若|PF 1|=10,椭圆与双曲线的离心率分别为e 1,e 2,则e 1e 2的取值范围是( )A .(0,+∞)B.⎝ ⎛⎭⎪⎫13,+∞C.⎝ ⎛⎭⎪⎫15,+∞D.⎝ ⎛⎭⎪⎫19,+∞ 答案 B解析 设椭圆的长轴长为2a ,双曲线的实轴长为2m ,焦距为2c ,则有⎩⎪⎨⎪⎧|PF 1|+|PF 2|=2a ,|PF 1|-|PF 2|=2m ,得|PF 2|=a -m ,又|PF 2|=|F 1F 2|=2c ,∴a -m =2c ,又由e 1=ca,e 2=c m ,得a =c e 1,m =c e 2,从而有c e 1-c e 2=2c ,得e 2=e 11-2e 1,从而e 1e 2=e 1·e 11-2e 1=e 211-2e 1,由e 2>1,且e 2=e 11-2e 1,可得13<e 1<12,令1-2e 1=t ,则0<t <13,e 1e 2=⎝ ⎛⎭⎪⎫1-t 22t =14⎝ ⎛⎭⎪⎫t +1t -2.又f (t )=t +1t -2在⎝ ⎛⎭⎪⎫0,13上为减函数,则0<t <13时,f (t )>f ⎝ ⎛⎭⎪⎫13,∴0<t <13时,f (t )>43,故e 1e 2>13.15.[2016·衡水二中模拟]如图,F 是椭圆的右焦点,以点F 为圆心的圆过原点O 和椭圆的右顶点,设P 是椭圆上的动点,点P 到椭圆两焦点的距离之和等于4.(1)求椭圆和圆的标准方程;(2)设直线l 的方程为x =4,PM ⊥l ,垂足为M ,是否存在点P ,使得△FPM 为等腰三角形?若存在,求出点P 的坐标;若不存在,请说明理由.解 (1)由题意,设椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),由已知可得2a =4,a =2c ,解得a =2,c =1,b 2=a 2-c 2=3.∴椭圆的标准方程为x 24+y 23=1,圆的标准方程为(x -1)2+y 2=1.(2)设P (x ,y ),则M (4,y ),F (1,0),其中-2≤x ≤2, ∵P (x ,y )在椭圆上,∴x 24+y 23=1,∴y 2=3-34x 2.∴|PF |2=(x -1)2+y 2=(x -1)2+3-34x 2=14(x -4)2,|PM |2=|x -4|2,|FM |2=32+y 2=12-34x 2.①若|PF |=|FM |,则14(x -4)2=12-34x 2,解得x =-2或x =4(舍去),当x =-2时,P (-2,0),此时P 、F 、M 三点共线,不符合题意,∴|PF |≠|FM |;②若|PM |=|PF |,则(x -4)2=14(x -4)2,解得x =4,不符合题意;③若|PM |=|FM |,则(x -4)2=12-34x 2,解得x =4(舍去)或x =47,当x =47时,y =±3157,∴P ⎝ ⎛⎭⎪⎫47,±3157,满足题意.综上可得,存在点P ⎝ ⎛⎭⎪⎫47,3157或⎝ ⎛⎭⎪⎫47,-3157,使得△FPM 为等腰三角形.16.[2016·枣强中学期末]如图,设椭圆的中心为原点O ,长轴在x 轴上,上顶点为A ,左,右焦点分别为F 1,F 2,线段OF 1,OF 2的中点分别为B 1,B 2,且△AB 1B 2是面积为4的直角三角形.(1)求该椭圆的离心率和标准方程;(2)过B 1作直线l 交椭圆于P ,Q 两点,使PB 2⊥QB 2,求直线l 的方程.解 (1)设所求椭圆的标准方程为x 2a 2+y 2b2=1(a >b >0),右焦点为F 2(c,0).因为△AB 1B 2是直角三角形,又|AB 1|=|AB 2|,所以∠B 1AB 2为直角,因此|OA |=|OB 2|,则b =c 2,又c 2=a 2-b 2,所以4b 2=a 2-b 2,故a 2=5b 2,c 2=4b 2,所以离心率e =c a =255.在Rt △AB 1B 2中,OA ⊥B 1B 2,故S △AB 1B 2=12·|B 1B 2|·|OA |=|OB 2|·|OA |=c 2·b =b 2.由题设条件S △AB 1B 2=4得b 2=4,从而a 2=5b 2=20. 因此所求椭圆的标准方程为x 220+y 24=1.(2)由(1)知B 1(-2,0),B 2(2,0). 由题意知直线l 的倾斜角不为0, 故可设直线l 的方程为x =my -2. 代入椭圆方程得(m 2+5)y 2-4my -16=0.设P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),则y 1,y 2是上面方程的两根, 因此y 1+y 2=4m m 2+5,y 1·y 2=-16m 2+5. 又B 2P →=(x 1-2,y 1),B 2Q →=(x 2-2,y 2), 所以B 2P →·B 2Q →=(x 1-2)(x 2-2)+y 1y 2=(my 1-4)(my 2-4)+y 1y 2=(m 2+1)y 1y 2-4m (y 1+y 2)+16=-16m 2+1m 2+5-16m 2m 2+5+16=-16m 2-64m 2+5,由PB 2⊥QB 2,得B 2P →·B 2Q →=0, 即16m 2-64=0,解得m =±2.所以满足条件的直线有两条,其方程分别为x+2y+2=0和x-2y+2=0.。