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    2023高考数学二轮专题 微专题28 解析几何中优化运算的方法

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    2023高考数学二轮专题 微专题28 解析几何中优化运算的方法

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    这是一份2023高考数学二轮专题 微专题28 解析几何中优化运算的方法,共24页。
    微专题28 解析几何中优化运算的方法1.焦点三角形的面积(1)P点是椭圆1(ab0)上异于长轴端点的任一点,F1F2为其焦点,记F1PF2θPF1F2的面积记为SPF1F2,则SPF1F2b2tan .(2)P点是双曲线1(a>0b>0)上异于实轴端点的任一点,F1F2为其焦点,记F1PF2θPF1F2的面积记为SPF1F2,则SPF1F2.2.中心弦的性质AB为圆锥曲线关于原点对称的两点,P为该曲线上异于AB的点.(1)若圆锥曲线为椭圆1(a>b>0),则kPAkPB=-e21.(2)若圆锥曲线为双曲线1(a>0b>0),则kPAkPBe21.3.中点弦的性质设圆锥曲线以M(x0y0)(y00)为中点的弦AB所在的直线的斜率为k.(1)若圆锥曲线为椭圆1(ab0),则kAB=-kAB·kOM=-e21.(2)若圆锥曲线为双曲线1(a0b0),则kABkAB·kOMe21.(3)若圆锥曲线为抛物线y22px(p0),则kAB.4.圆锥曲线的切线方程M(x0y0)为圆锥曲线上的点,(1)若圆锥曲线为椭圆1(a>b>1),则椭圆在M处的切线方程为1.(2)若圆锥曲线为双曲线1(a>0b>0),则双曲线在M处的切线方程为1.(3)若圆锥曲线为抛物线y22px(p>0),则抛物线在M处的切线方程为y0yp(xx0).5.与抛物线的焦点弦有关的二级结论过抛物线y22px(p0)的焦点F倾斜角为θ直线交抛物线于A(x1y1)B(x2y2)两点,则(1)x1x2y1y2=-p2(2)两焦半径长为(3)(4)|AB|SAOB.类型一 优化运算的基本途径途径1 回归定义当题目条件涉及圆锥曲线的焦点时,要考虑利用圆锥曲线的定义表示直线与圆锥曲线相交所得的弦长.1 已知抛物线Cy23x的焦点为F,斜率为的直线lC的交点为AB,与x轴的交点为P.|AF||BF|4,求l的方程. 设直线lyxtA(x1y1)B(x2y2).由题设得F,故结合抛物线的定义可得|AF||BF|x1x2.由题设可得x1x2.可得9x212(t1)x4t20x1x2=-从而-解得t=-,所以直线l的方程为yx.途径2 设而不求在解决直线与圆锥曲线的相关问题时,通过设点的坐标,应用点差法或借助根与系数的关系来进行整体处理,设而不求,避免方程组的复杂求解,简化运算.2 已知点M到点F(30)的距离比它到直线lx50的距离小2.(1)求点M轨迹E的方程;(2)过点P(m0)(m>0)作互作垂直的两条直线l1l2,它们与(1)中轨迹E分别交于点AB及点CD,且GH分别是线段ABCD的中点,求PGH面积的最小值. (1)由题意知,点M到点F(30)的距离与到直线lx30的距离相等,结合抛物线的定义,可知轨迹E是以F(30)为焦点,以直线lx30为准线的抛物线,则知3,解得p6M的轨迹E的方程为y212x.(2)A(x1y1)B(x2y2)则有y12x1y12x2以上两式作差,并整理可得.kAB,同理可得kCD易知直线l1l2的斜率存在且均不为0又由于l1l2可得kAB·kCD=-1yGyH=-36所以SPGH|PG|·|PH|·|yG| ·|yH|18181836当且仅当|kAB||kCD|1时,等号成立,故PGH面积的最小值为36.途径3 换元引参结合解决问题的需要,根据题目条件引入适当的参数或相应的参数方程,巧妙转化相应的解析几何问题,避开复杂的运算.3 设椭圆1(a>b>0)的左、右顶点分别为AB,点P在椭圆上且异于AB两点,O为坐标原点.|AP||OA|,证明直线OP的斜率k满足|k|>.证明 法一 设P(acos θbsin θ)(0θ<2π)则线段OP的中点Q的坐标为.|AP||OA|AQOPkAQ×k=-1.A(a0)所以kAQbsin θakAQcos θ2akAQ.2akAQsin(θα)tan θ从而可得|2akAQ|<a解得|kAQ|<|k|>.法二 依题意,直线OP的方程为ykx可设点P的坐标为(x0kx0).由点P在椭圆上,得1.因为a>b>0kx00所以<1(1k2)x<a2.|AP||OA|A(a0)(x0a)2k2xa2整理得(1k2)x2ax00于是x0代入,得(1k2<a2解得k2>3,所以|k|>.法三 依题意,直线OP的方程为ykx,设点P的坐标为(x0y0).联立消去y0并整理,得x.|AP||OA|A(a0)y0kx0(x0a)2k2xa2整理得(1k2)x2ax00.x00,于是x0代入,整理得(1k2)24k24.a>b>0(1k2)2>4k24k21>4因此k2>3,所以|k|>.训练1 (1)(2022·杭州质检)如图,F1F2是椭圆C1y21与双曲线C2的公共焦点,AB分别是C1C2在第二、四象限的公共.若四边形AF1BF2为矩形,则C2的离心率是(  )A.  B.  C.  D.(2)已知抛物线Cy22px(p>0)过点(1,-2),经过焦点F的直线l与抛物线CAB两点,Ax轴的上方,Q(10),若以QF为直径的圆经过点B,则|AF||BF|(  )A.2  B.2  C.2  D.4答案 (1)D (2)D解析 (1)由已知,得F1(0)F2(0)设双曲线C2的实半轴长为a由椭圆及双曲线的定义和已知,可得 解得a22,故a所以双曲线C2的离心率e.(2)由于抛物线Cy22px(p>0)过点(1,-2)则有42p,解得p2设直线l的倾斜角为α根据焦半径公式,可得|AF||BF|由于以QF为直径的圆经过点B,则有BQBF,在RtQBF中,|BF|2cos α则有|BF|2cos α1cos2αcos α所以|AF||BF|4,故选D.类型二 优化运算之二级结论的应用圆锥曲线中有很多的二级结论,应用这些结论能够迅速、准确地解题.应用1 椭圆中二级结论的应用4 (1)AB是椭圆C1(a>b>0)的左、右顶点,M是椭圆上不同于AB的任意一点,若直线AMBM的斜率之积为-,则椭圆C的离心率为(  )A.  B.  C.  D.(2)已知椭圆方程为y21,右焦点为F,上顶点为B.直线l与椭圆有唯一的公共点M,与y轴的正半轴交于N,过NBF垂直的直线交x轴于点P.MPBF,则直线l方程为________.答案 (1)D (2)xy0解析 (1)椭圆上不同于AB的任意一点与左、右顶点的斜率之积为-=-椭圆的离心率e.(2)设点M(x0y0)为椭圆y21上一点.由过点M与椭圆相切的结论,可设ly0y1在直线MN的方程中,x0,可得y由题意可知y0>0,即点N.直线BF的斜率为kBF=-=-所以,直线PN的方程为y2x.在直线PN的方程中,y0,可得x=-即点P.因为MPBF,则kMPkBF=-整理可得(x05y0)20所以x0=-5y0.又因为y1,所以6y1.因为y0>0,故y0x0=-所以直线l的方程为-xy1,即xy0.训练2 (1)已知椭圆E1(a>b>0)的右焦点为F(30),过点F的直线交椭圆于AB两点,若AB的中点坐标为(1,-1),则E的方程(  )A.1  B.1C.1  D.1(2)(2022·金华模拟)已知P是椭圆1(a>b>0)上一动点,F1F2是椭圆的左、右焦点,当F1PF2时,SF1PF24;当线段PF1的中点落到y轴上时,tanF1PF2,则椭圆的标准方程为(  )A.1  B.1C.1  D.1答案 (1)D (2)A解析 (1)由题意知c3,即a2b29AB的中点记为P(1,-1)kAB·kOP=-(1)×=-a22b2,又a2b29a218b29E的方程为1.(2)|PF1|m|PF2|nF1PF2时,由题意知SF1PF2b2tan 4b2tan,所以b212.当线段PF1的中点落到y轴上时,又OF1F2的中点,所以PF2y轴,即PF2x.tanF1PF2,得nmc,且n.所以联立解得所以椭圆标准方程为1.应用2 双曲线中二级结论的应用5 (1)已知双曲线E的中心为原点,F(30)E的焦点,过F的直线lE相交于AB两点,且AB的中点为M(12,-15),则E的方程为(  )A.1  B.1C.1  D.1(2)已知P(11)是双曲线外一点,过P引双曲线x21的两条切线PAPBAB为切点,求直线AB的方程为________.答案 (1)B (2)2xy20解析 (1)由题意可知kAB1kMO由双曲线中点弦性质得kMO·kAB,又9a2b2联立解得a24b25故双曲线的方程为1.(2)设切点A(x1y1)B(x2y2)PAx1x1PBx2x1又点P(11)代入得x1y11x2y21A(x1y1)B(x2y2)均在直线xy1上,过直线AB的方程为xy12xy20.训练3 (1)已知双曲线1(a>0b>0)的离心率为2,实轴的两个端点为AB,点P为双曲线上不同于顶点的任一点,则直线PAPB的斜率之积为________.(2)已知P是椭圆1(a1>b1>0)和双曲线1(a2>0b2>0)的一个交点,F1F2是椭圆和双曲线的公共焦点,e1e2分别为椭圆和双曲线的离心率,若F1PF2,则e1·e2的最小值为________.答案 (1)3 (2)解析 (1)由题意知2,即4c24a2a2b24a2b23a2kPA·kPB3.(2)因为点P为椭圆和双曲线的公共点,F1F2是两曲线的公共焦点,则由焦点三角形的面积公式得SPF1F2btan,化简得b3b,即ac23(c2a),等式两边同除c2,得13所以4,解得e1·e2所以e1·e2的最小值为.应用3 抛物线中二级结论的应用6 (1)(2022·泰州调研)已知F是抛物线Cy24x焦点,过点F作两条相互垂直的直线l1l2,直线l1C相交于AB两点,直线l2C相交于DE两点,则|AB||DE|的最小值为(  )A.16  B.14  C.12  D.10(2)已知直线l经过抛物线y24x的焦点F且与抛物线交于AB两点(A在第一象限),若4,则AOB的面积为(  )A.  B.  C.  D.答案 (1)A (2)B解析 (1)如图,设直线l1的倾斜角为θθ则直线l2的倾斜角为θ由抛物线的焦点弦弦长公式知|AB||DE||AB||DE|16当且仅当sin2θcos2θ,即sin θcos θθ时取.(2)由题意知3,设l的倾斜角为θ,则|AF||BF|3cos θsin θS.训练4 (1)已知抛物线y24x的焦点为F,过焦点F的直线交抛物线于AB两点,O为坐标原点,若AOB的面积为2,则|AB|(  )A.24  B.8  C.12  D.16(2)已知抛物线y24x的焦点为F,过点F的直线l交抛物线于MN两点,且|MF|2|NF|,则直线l的斜率为(  )A.±  B.±2  C.±  D.±答案 (1)A (2)B解析 (1)由题意知p2SAOB2sin θ|AB|24.(2)由抛物线的焦点弦的性质知1|MF|2|NF|解得|NF||MF|3|MN|设直线l的倾斜角为θktan θ|MN|sin2θcos2θtan2θ8tan θ±2k±2.一、基本技能练1.F为抛物线Cy23x的焦点,过F且倾斜角为30°的直线交CAB两点,O为坐标原点,则AOB的面积为(  )A.  B.  C.  D.答案 D解析 抛物线Cy23x中,2p3p,故SOAB.2.已知椭圆C1的左、右顶点分别为A1A2,点P在椭圆C上,且直线PA2的斜率的取值范围是[2,-1],那么直线PA1的斜率的取值范围是(  )A.  B.  C.  D.答案 B解析 由周角定理得kPA1·kPA2=-=-kPA2[2,-1]kPA1.3.已知斜率为k(k>0)的直线l与抛物线Cy24x交于AB两点,O为坐标原点,M是线段AB的中点,FC的焦点,OFM的面积等于3,则k(  )A.  B.  C.  D. B解析 AB的中点M(x0y0),由中点弦的性质得k(y00).由抛物线方程知p2,所以k另焦点F(10)SOFM3,可知×1×y03所以y06,再代入k.4.椭圆1上的点到直线x2y0的最大距离是(  )A.3  B.  C.2  D.答案 D解析 设椭圆1上的点P(4cos θ2sin θ)则点P到直线x2y0的距离为d所以dmax,故选D.5.已知点A(0,-)B(20),点P为函数y2图象上的一点,则|PA||PB|的最小值为(  )A.12  B.7C.3  D.不存在答案 B解析 y2,得x21(y0).设点A′(0),即点A′(0)A(0,-)为双曲线x21的上、下焦点.由双曲线的定义得|PA||PA′|4|PA||PB|4|PA′||PB|4|BA′|7,当且仅当BPA共线时取等号,故选B.6.(2022·丽水调研)已知椭圆Г1(a>b>0)的长轴长是短轴长的2倍,过右焦点F斜率为k(k>0)的直线与Г相交于AB两点,且3,则k(  )A.1  B.2  C.  D.答案 D解析 依题意a2be因为3所以λ3,设直线的倾斜角为α,则e|cos α|k>0αcos α,所以ktan α.7.抛物线y22px(p>0)的焦点为F,过焦点F且倾斜角为的直线与抛物线相交于AB两点,若|AB|8,则抛物线的方程为________.答案 y22x解析 |AB|8p8p1抛物线的方程为y22x.8.已知点P为椭圆:y21内一定点,经过点P引一条弦,使此弦被点P平分,则此弦所在的直线方程为________.答案 2x4y30解析 直线与椭圆交于ABPAB中点.kAB·kOP=-kAB×1=-kAB=-则直线方程为y=-2x4y30.9.(2022·南京模拟)已知双曲线1(a>0b>0),过原点的直线与双曲线交于AB两点,以线段AB为直径的圆恰好过双曲线的右焦点F,若ABF的面积为2a2,则双曲线的离心率为________.答案 解析 如图.设双曲线的左焦点为F,连接AFBF因为以AB为直径的圆恰好过双曲线的右焦点F(c0)所以SAFFSABF2a2FAFθ根据双曲线焦点三角形面积公式,得SAFF.所以2a2b2,即2e.10.(2022·武汉调研)已知双曲线C11(a1>0b1>0)C21(a2>0b2>0)有相同的渐近线,若C1的离心率为2,则C2的离心率为________.答案 解析 设双曲线C1C2的半焦距分别为c1c2因为C1的离心率为2所以C1的渐近线方程为y±x±x±x±x所以C2的渐近线方程为y±x±x所以所以C2的离心率为.11.已知椭圆C1(a>b>0),直线lykxa,直线l与椭圆C交于MN两点,与y轴交于点PO为坐标原点.(1)k1,且N为线段MP的中点,求椭圆C的离心率;(2)若椭圆长轴的一个端点为Q(20),直线QMQNy轴分别交于AB两点,当·1时,求椭圆C的方程. (1)由题意知直线lyxax轴交于点(a0)M为椭圆C的左顶点,M(a0).N代入椭圆C11e21e即椭圆C的离心率e.(2)由题意得a2椭圆Cb2x24y24b2(b>0)联立消去y(4k2b2)x216kx164b20直线QMy(x2)A.yMkxM2yM2kxM同理·4b21b23椭圆C的标准方程为1.12.在平面直角坐标系xOy中,已知点F1(0)F2(0),点M满足|MF1||MF2|2.M的轨迹为C.(1)C的方程;(2)设点T在直线x上,过T的两条直线分别交CAB两点和PQ两点,且|TA|·|TB||TP|·|TQ|,求直线AB的斜率与直线PQ的斜率之和.解 (1)因为|MF1||MF2|2<|F1F2|2所以点M的轨迹C是以F1F2别为左、右焦点的双曲线的右支.设双曲线的方程为1(a>0b>0),半焦距为c,则2a2ca1b2c2a216所以点M的轨迹C的方程为x21(x1).(2)T,由题意可知直线ABPQ的斜率均存在且不为零,设直线AB的方程为ytk1(k10),直线PQ的方程为ytk2(k20)(16k)x22k1x160.A(xAyA)B(xByB)由题意知16k0xAxBxAxB所以|TA||TB||TA|·|TB|(1k)(1k)(1k).同理得|TP|·|TQ|.因为|TA|·|TB||TP|·|TQ|所以所以k16kk16kk16kk16kkkk1k2,所以k1=-k2,即k1k20.故直线AB的斜率与直线PQ的斜率之和为0.二、创新拓展练13.(2022·广东四校联考)倾斜角为的直线经过双曲线C1(a>0b>0)的右焦点F,与双曲线C的右支交于AB两点,且λ(λ5),则双曲线C的离心率的范围是(  )A.  B.C.(12)  D.答案 D解析 tan ><b2<3a2c2a2<3a2c2<4a2<4,即e<2|ecos θ|1,即<1,故e<2.14.(多选)(2022·海南调研)已知斜率为的直线l经过抛物线Cy22px(p>0)的焦点F,与抛物线C交于点AB两点(A在第一象限),与抛物线的准线交于点D,若|AB|8,则以下结论正确的是(  )A.1  B.|AF|6C.|BD|2|BF|  D.FAD中点答案 BCD解析 法一 如图,过点Bx=-的垂线,垂足为BF直线l的斜率为则直线l的方程为y联立12x220px3p20.解得xAxB|AB||AF||BF|xAxBp8,得p3.所以抛物线方程为y26x.|AF|xA2p6,故B正确;所以|BF|8|AF|2|BD|4|BD|2|BF|,故C正确;所以|AF||DF|6,则FAD中点,故D正确;,故A错误.法二 设直线AB的倾斜角为θ利用抛物线的焦点弦的性质,由|AB|8,则p3|AF|6|BF|2RtDBB中,cos θ,所以|BD|4|DF||BF||BD|6,因此FAD中点.故选BCD.15.已知AB是抛物线y24x上的两点,F是焦点,直线AFBF的倾斜角互补,记AFAB的斜率分别为k1k2,则________.答案 1解析 F(10),设A(x1y1)B(x2y2)根据抛物线的对称性,且两直线的倾斜角互补,所以(x2,-y2)在直线AF上,直线AFyk1(x1),代入y24x化简可得kx2(2k4)xk0根据韦达定理,可得k2所以k1.16.已知P是圆C(x2)2(y2)21上一动点,过点P作抛物线x28y的两条切线,切点分别为AB,则直线AB斜率的最大值为________.答案 解析 由题意可知,PAPB的斜率都存在,分别设为k1k2,切点A(x1y1)B(x2y2)P(mn),过点P的抛物线的切线为yk(xm)n联立x28kx8km8n0因为Δ64k232km32n02k2kmn0所以k1k2k1k2又由x28yy所以x14k1y12kx24k2y22k所以kAB因为点P(mn)满足(x2)2(y2)21所以1m3,因此即直线AB斜率的最大值为.17.已知点A为圆B(x2)2y232上任意一点,定点C的坐标为(20),线段AC的垂直平分线交AB于点M.(1)求点M的轨迹方程;(2)若动直线l与圆Ox2y2相切,且与点M的轨迹交于点EF求证:以EF为直径的圆恒过坐标原点.(1) 圆B的圆心为B(20),半径r4|BC|4.连接MC,由已知得|MC||MA||MB||MC||MB||MA||BA|r4>|BC|由椭圆的定义知:点M的轨迹是中心在原点,以BC为焦点,长轴长为4的椭圆,a2c2b2a2c24M的轨迹方程为1.(2)证明 当直线EF的斜率不存在时,直线EF的方程为x±EF的坐标分别为·0.当直线EF斜率存在时,设直线EF的方程为ykxmEF与圆Ox2y2相切,,即3m28k28.E(x1y1)F(x2y2)·x1x2y1y2(1k2)x1x2km(x1x2)m2(*)联立消去y(12k2)x24kmx2m280x1x2=-x1x2代入(*)式得·(1k2m23m28k28·0综上,以EF为直径的圆恒过定点O.

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