2020届高考数学一轮复习配餐作业59最值范围问题含解析理43
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1 配餐作业(五十九) 最值、范围问题 (时间:40分钟) 1.如图,椭圆E:x2a2+y2b2=1(a>b>0)经过点A(0,-1),且离心率为22。
(1)求椭圆E的方程; (2)经过点(1,1),且斜率为k的直线与椭圆E交于不同的两点P,Q(均异于点A),证明:直线AP与AQ的斜率之和为2。
解析 (1)由题设知ca=22,b=1, 结合a2=b2+c2,解得a=2。 所以椭圆的方程为x22+y2=1。 (2)证明:由题设知, 直线PQ的方程为y=k(x-1)+1(k≠2),
代入x22+y2=1, 得(1+2k2)x2-4k(k-1)x+2k(k-2)=0。 由已知得(1,1)在椭圆外,则Δ>0, 设P(x1,y1),Q(x2,y2),x1x2≠0,
则x1+x2=4kk-11+2k2,x1x2=2kk-21+2k2。 从而直线AP,AQ的斜率之和 kAP+kAQ=y1+1x1+y2+1x2=kx1+2-kx1+kx2+2-kx2
=2k+(2-k)·1x1+1x2=2k+(2-k)x1+x2x1x2 =2k+(2-k)4kk-12kk-2 =2k-2(k-1)=2。 故直线AP与AQ的斜率之和为2。 2
答案 (1)x22+y2=1 (2)见解析 2.已知圆E:x2+y-122=94经过椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点F1,F2,且与椭圆C在第一象限的交点为A,且F1,E,A三点共线。直线l交椭圆C于M,N两点,且MN→=λOA→(λ≠0)。
(1)求椭圆C的方程; (2)当△AMN的面积取到最大值时,求直线l的方程。
解析 (1)∵F1,E,A三点共线, ∴F1A为圆E的直径, ∴AF2⊥F1F2。
由x2+0-122=94, 得x=±2, ∴c=2, |AF2|2=|AF1|2-|F1F2|2=9-8=1, 2a=|AF1|+|AF2|=4,a=2。 ∵a2=b2+c2,∴b=2,
∴椭圆C的方程为x24+y22=1。 (2)由题意知,点A的坐标为(2,1), ∵MN→=λOA→(λ≠0), ∴直线l的斜率为22,
故设直线l的方程为y=22x+m,
联立 y=22x+m,x24+y22=1,消去y并整理得x2+2mx+m2-2=0, 3
设M(x1,y1),N(x2,y2), ∴x1+x2=-2m,x1x2=m2-2, Δ=2m2-4m2+8>0,∴-2又|MN|=1+k2|x2-x1|
=1+12x1+x22-4x1x2=12-3m2,
点A到直线l的距离d=6|m|3, ∴S△AMN=12|MN|·d=1212-3m2×63|m|=224-m2m2≤22×4-m2+m22=2, 当且仅当4-m2=m2,即m=±2时等号成立, 此时直线l的方程为y=22x±2。
答案 (1)x24+y22=1 (2)y=22x±2 3.(2017·太原模拟)已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别是点F1,F2,其离心率e=12,点P为椭圆上的一个动点,△PF1F2面积的最大值为43。 (1)求椭圆的方程; (2)若A,B,C,D是椭圆上不重合的四个点,AC与BD相交于点F1,AC→·BD→=0,求|AC→
|+|BD→|的取值范围。 解析 (1)由题意得,当点P是椭圆的上、下顶点时,△PF1F2面积取最大值,
此时S△PF1F2=12·|F1F2|·|OP|=bc,∴bc=43,
∵e=12,∴b=23,a=4, ∴椭圆的方程为x216+y212=1。 (2)由(1)得椭圆的方程为x216+y212=1, 则F1的坐标为(-2,0), ∵AC→·BD→=0,∴AC⊥BD。 ①当直线AC与BD中有一条直线斜率不存在时,易得
|AC→|+|BD→|=6+8=14。 4
②当直线AC的斜率k存在且k≠0时,则其方程为 y=k(x+2),设A(x1,y1),C(x2,y2),联立 y=kx+2,x216+y212=1,
消去y,得(3+4k2)x2+16k2x+16k2-48=0,
∴ x1+x2=-16k23+4k2,x1x2=16k2-483+4k2, ∴|AC→|=1+k2|x1-x2|=24k2+13+4k2, 此时直线BD的方程为y=-1k(x+2),
同理,由 y=-1kx+2,x216+y212=1, 可得|BD→|=24k2+13k2+4, ∴|AC→|+|BD→|=24k2+14k2+3+24k2+13k2+4=168k2+123k2+44k2+3, 令t=k2+1(k≠0),则t>1, ∴|AC→|+|BD→|=16812+t-1t2,
∵t>1,∴0∴|AC→|+|BD→|∈967,14。 由①②可知,|AC→|+|BD→|的取值范围是967,14。 答案 (1)x216+y212=1 (2)967,14 4.(2016·贵阳监测)设点F1(-c,0),F2(c,0)分别是椭圆C:x2a2+y2=1(a>1)的左、右焦点,P为椭圆C上任意一点,且PF1→·PF2→的最小值为0。 5
(1)求椭圆C的方程; (2)如图,动直线l:y=kx+m与椭圆C有且仅有一个公共点,作F1M⊥l,F2N⊥l分别交直线l于M,N两点,求四边形F1MNF2面积S的最大值。
解析 (1)设P(x,y),则PF1→=(-c-x,-y), PF2→=(c-x,-y),
∴PF1→·PF2→=x2+y2-c2=a2-1a2x2+1-c2,x∈[-a,a], 由题意得,1-c2=0,c=1,则a2=2, ∴椭圆C的方程为x22+y2=1。
(2)将直线l的方程l:y=kx+m代入椭圆C的方程x22+y2=1中,得(2k2+1)x2+4kmx+2m2-2=0, 则Δ=16k2m2-4(2k2+1)(2m2-2)=0, 化简得:m2=2k2+1。
设d1=|F1M|=|-k+m|k2+1,d2=|F2N|=|k+m|k2+1。 ①当k≠0时,设直线l的倾斜角为θ,则 |d1-d2|=|MN|·|tanθ|,
∴|MN|=1|k|·|d1-d2|,
∴S=12·1|k|·|d1-d2|·(d1+d2)=2|m|k2+1=4|m|m2+1=4|m|+1|m|,
∵m2=2k2+1,∴当k≠0时,|m|>1,|m|+1|m|>2,即S<2。 ②当k=0时,四边形F1MNF2是矩形,此时S=2。 ∴四边形F1MNF2面积S的最大值为2。
答案 (1)x22+y2=1 (2)2
(时间:20分钟) 6
1.已知椭圆C1:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率为e=33,直线l:y=x+2与以原点为圆心,以椭圆C1的短半轴长为半径的圆O相切。 (1)求椭圆C1的方程; (2)抛物线C2:y2=2px(p>0)与椭圆C1有公共焦点,设C2与x轴交于点Q,不同的两点
R,S在C2上(R,S与Q不重合),且满足QR→·RS→=0,求|QS→|的取值范围。
解析 (1)由直线l:y=x+2与圆x2+y2=b2相切,
得|0-0+2|2=b,即b=2。
由e=33,得b2a2=1-e2=23,所以a=3。 所以椭圆C1的方程是x23+y22=1。 (2)由p2=1,可得p=2。故抛物线C2的方程为y2=4x。 易知Q(0,0),设Ry214,y1,Sy224,y2,则QR→=y214,y1,RS→=y22-y214,y2-y1。 由QR→·RS→=0 得y214·y22-y214+y1(y2-y1)=0。 ∵y1≠y2, ∴y2=-y1+16y1,
∴y22=y21+162y21+32≥2y21·162y21+32=64。 当且仅当y21=162y21,即y1=±4时等号成立。 又∵|QS→|=y4216+y22=14y22+82-64, ∵y22≥64, ∴当y22=64,
即y2=±8时,|QS→|min=85。 故|QS→|的取值范围是[85,+∞)。 答案 (1)x23+y22=1 (2)[85,+∞) 7
2.(2016·山东高考)平面直角坐标系xOy中,椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率是32,抛物线E:x2=2y的焦点F是C的一个顶点。
(1)求椭圆C的方程; (2)设P是E上的动点,且位于第一象限,E在点P处的切线l与C交于不同的两点A,B,线段AB的中点为D。直线OD与过P且垂直于x轴的直线交于点M。
(ⅰ)求证:点M在定直线上;
(ⅱ)直线l与y轴交于点G,记△PFG的面积为S1,△PDM的面积为S2,求S1S2的最大值及取得最大值时点P的坐标。 解析 (1)由题意知a2-b2a=32,可得:a2=4b2, 因为抛物线E的焦点F0,12, 所以b=12,a=1, 所以椭圆C的方程为x2+4y2=1。 (2)(ⅰ)设Pm,m22(m>0)。 由x2=2y,可得y′=x, 所以直线l的斜率为m。
因此直线l的方程为y-m22=m(x-m),
即y=mx-m22。 设A(x1,y1),B(x2,y2),D(x0,y0),
联立方程 x2+4y2=1,y=mx-m22,