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新高考数学一轮复习考点题型训练 8.9圆锥曲线中定值模型(精讲)(2份,原卷版+解析版)
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这是一份新高考数学一轮复习考点题型训练 8.9圆锥曲线中定值模型(精讲)(2份,原卷版+解析版),文件包含新高考数学一轮复习考点题型训练89圆锥曲线中定值模型精讲原卷版doc、新高考数学一轮复习考点题型训练89圆锥曲线中定值模型精讲解析版doc等2份试卷配套教学资源,其中试卷共26页, 欢迎下载使用。
【知识必备】
定值问题就是证明一个量与其中的变化因素无关,这些变化的因素可能是直线的斜率、截距,也可能是动点的坐标等,这类问题的一般解法是使用变化的量表达求证目标,通过运算求证目标的取值与变化的量无关.当使用直线的斜率和截距表达直线方程时,在解题过程中要注意建立斜率和截距之间的关系,把双参数问题化为单参数问题解决.
【题型精讲】
【题型一 斜率为定值】
例1 (2022·全国·高三专题练习)已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(1,2),右焦点为F,右顶点为E,P为直线x=eq \f(5,4)a上的任意一点,且(eq \(PF,\s\up7(→))+eq \(PE,\s\up7(→)))·eq \(EF,\s\up7(→))=2.
(1)求椭圆C的方程;
(2)过F且垂直于x轴的直线AB与椭圆交于A,B两点(点A在第一象限),动直线l与椭圆C交于M,N两点,且M,N位于直线AB的两侧,若始终保持∠MAB=∠NAB,求证:直线MN的斜率为定值.
【解析】 (1)设Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(5,4)a,t)),F(c,0),E(a,0),
则eq \(PF,\s\up7(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(c-\f(5,4)a,-t)),eq \(PE,\s\up7(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(a,4),-t)),eq \(EF,\s\up7(→))=(c-a,0),
所以(eq \(PF,\s\up7(→))+eq \(PE,\s\up7(→)))·eq \(EF,\s\up7(→))=eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(c-\f(3,2)a,-2t))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(c-a,0))=2,即eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(c-\f(3,2)a))·(c-a)=2,又e=eq \f(c,a)=eq \f(1,2),
所以a=2,c=1,b=eq \r(3),从而椭圆C的方程为eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1.
(2)由(1)知Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1,\f(3,2))),设M(x1,y1),N(x2,y2),设MN的方程:y=kx+m,代入椭圆方程eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1,
得(4k2+3)x2+8kmx+4m2-12=0,所以x1+x2=-eq \f(8km,4k2+3),x1x2=eq \f(4m2-12,4k2+3).
又M,N是椭圆上位于直线AB两侧的动点,若始终保持∠MAB=∠NAB,
则kAM+kAN=0,即eq \f(y1-\f(3,2),x1-1)+eq \f(y2-\f(3,2),x2-1)=0,eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kx1+m-\f(3,2)))(x2-1)+eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(kx2+m-\f(3,2)))(x1-1)=0,
即(2k-1)(2m+2k-3)=0,得k=eq \f(1,2).故直线MN的斜率为定值eq \f(1,2).
【跟踪精练】
1. (2022·全国·高三专题练习)已知椭圆C的中心在原点,离心率等于eq \f (1,2),它的一个短轴端点恰好是抛物线x2=8eq \r(3)y的焦点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)如图,已知P(2,3),Q(2,-3)是椭圆上的两点,A,B是椭圆上位于直线PQ两侧的动点.
①若直线AB的斜率为eq \f (1,2),求四边形APBQ面积的最大值;
②当A,B运动时,满足∠APQ=∠BPQ,试问直线AB的斜率是否为定值?请说明理由.
【解析】(1)设椭圆C的方程为eq \f (x2,a2)+eq \f (y2,b2)=1(a>b>0),∵抛物线的焦点为(0,2eq \r(3)).∴b=2eq \r(3).
由eq \f (c,a)=eq \f (1,2),a2=c2+b2,得a=4,∴椭圆C的方程为eq \f (x2,16)+eq \f (y2,12)=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2).①设直线AB的方程为y=eq \f (1,2)x+t,代入eq \f (x2,16)+eq \f (y2,12)=1,得x2+tx+t2-12=0,
由Δ>0,解得-40)的离心率为eq \f(\r(2),2),且过点A(2,1).
(1)求C的方程;
(2)点M,N在C上,且AM⊥AN,AD⊥MN,D为垂足.证明:存在定点Q,使得|DQ|为定值.
【解析】(1)由题意可得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(c,a)=\f(\r(2),2),,\f(4,a2)+\f(1,b2)=1,,a2=b2+c2,))解得a2=6,b2=c2=3,故椭圆C的方程为eq \f(x2,6)+eq \f(y2,3)=1.
(2)设点M(x1,y1),N(x2,y2).因为AM⊥AN,所以eq \(AM,\s\up6(→))·eq \(AN,\s\up6(→))=0,
即(x1-2)(x2-2)+(y1-1)(y2-1)=0.①
当直线MN的斜率存在时,设其方程为y=kx+m,如图1.
代入椭圆方程消去y并整理,得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-6=0,
x1+x2=-eq \f(4km,1+2k2),x1x2=eq \f(2m2-6,1+2k2),②
根据y1=kx1+m,y2=kx2+m,代入①整理,可得
(k2+1)x1x2+(km-k-2)(x1+x2)+(m-1)2+4=0,
将②代入上式,得(k2+1)eq \f(2m2-6,1+2k2)+(km-k-2)·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(4km,1+2k2)))+(m-1)2+4=0,
整理化简得(2k+3m+1)(2k+m-1)=0,
因为A(2,1)不在直线MN上,所以2k+m-1≠0,所以2k+3m+1=0,k≠1,
于是直线MN的方程为y=keq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(2,3)))-eq \f(1,3),所以直线MN过定点Eeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,3),-\f(1,3))).
当直线MN的斜率不存在时,可得N(x1,-y1),如图2.
代入(x1-2)(x2-2)+(y1-1)(y2-1)=0,得(x1-2)2+1-yeq \\al(2,1)=0,
结合eq \f(x\\al(2,1),6)+eq \f(y\\al(2,1),3)=1,解得x1=2(舍去)或x1=eq \f(2,3),此时直线MN过点Eeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,3),-\f(1,3))).
因为|AE|为定值,且△ADE为直角三角形,AE为斜边,
所以AE的中点Q满足|DQ|为定值eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(AE长度的一半\f(1,2) \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(2-\f(2,3)))2+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1+\f(1,3)))2)=\f(2\r(2),3))).
由于A(2,1),Eeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,3),-\f(1,3))),故由中点坐标公式可得Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,3),\f(1,3))).
故存在点Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4,3),\f(1,3))),使得|DQ|为定值.
【跟踪精练】
1.如图,已知椭圆C:eq \f(x2,12)+eq \f(y2,4)=1,点B是其下顶点,过点B的直线交椭圆C于另一点A(A点在x轴下方),且线段AB的中点E在直线y=x上.
(1)求直线AB的方程;
(2)若点P为椭圆C上异于A、B的动点,且直线AP,BP分别交直线y=x于点M、N,证明:|OM|·|ON|为定值.
【解析】(1)设点E(m,m),由B(0,-2)得A(2m,2m+2).
代入椭圆方程得eq \f(4m2,12)+eq \f((2m+2)2,4)=1,即eq \f(m2,3)+(m+1)2=1,解得m=-eq \f(3,2)或m=0(舍).
所以A(-3,-1),故直线AB的方程为x+3y+6=0.
(2)设P(x0,y0),则eq \f(x02,12)+eq \f(y02,4)=1,即y02=4-eq \f(x02,3).
设M(xM,yM),由A,P,M三点共线,即,∴eq \(AP,\s\up6(→))∥eq \(AM,\s\up6(→)),∴(x0+3)( yM+1)=(y0+1)(xM+3),
又点M在直线y=x上,解得M点的横坐标xM=eq \f(3y0-x0,x0-y0+2),
设N(xN,yN),由B,P,N三点共线,即eq \(BP,\s\up6(→))∥eq \(BN,\s\up6(→)),∴x0( yN+2)=(y0+2)xN,
点N在直线y=x上,,解得N点的横坐标xN=eq \f(-2x0,x0-y0-2).
所以OM·ON=eq \r(2)| xM-0|·eq \r(2)|xN-0|=2|xM ||xN|=2|eq \f(3y0-x0,x0-y0+2)|·|eq \f(-2x0,x0-y0-2)|
=2|eq \f(2x02-6x0y0,(x0-y0)2-4)|=2|eq \f(2x02-6x0y0,x02-2x0y0-eq \f(x02,3))|=2|eq \f(x02-3x0y0,eq \f(x02,3)-x0y0)|=6.
【题型三 面积为定值】
例3 (2022·全国高三专题练习)已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(\r(2),2),O是坐标原点,点A,B分别为椭圆C的左右顶点,|AB|=4eq \r(2).
(1)求椭圆C的标准方程.
(2)若P是椭圆C上异于A,B的一点,直线l交椭圆C于M,N两点,AP∥OM,BP∥ON,则△OMN的面积是否为定值?若是,求出定值,若不是,请说明理由.
【解析】(1)由2a=4eq \r(2),e=eq \f(\r(2),2),解得a=2eq \r(2),c=2,b2=a2-c2=4,则椭圆的方程为eq \f(x2,8)+eq \f(y2,4)=1;
(2)由题意可得A(-2eq \r(2),0),B(2eq \r(2),0),设P(x0,y0),可得eq \f(x02,8)+eq \f(y02,4)=1,即x02+2y02=8,
则kAP·kBP=eq \f(y0,x0+2eq \r(2))·eq \f(y0,x0-2eq \r(2))=eq \f(y02,x02-8)=eq \f(y02,-2y02)=-eq \f(1,2),
因为AP∥OM,BP∥ON,则kOM·kON=kAP·kBP=-eq \f(1,2),
①当直线l的斜率不存在时,设l:x=m,联立椭圆方程可得y=±eq \r(\f(8-m2,2)),
所以M(m,eq \r(\f(8-m2,2))),N(m,-eq \r(\f(8-m2,2))),由kOM·kON=-eq \f(1,2),可得-eq \f(eq \f(8-m2,2),m2)=-eq \f(1,2),解得m=±2,
所以M(±2,eq \r(2)),N(±2,-eq \r(2)),所以S△MNO=eq \f(1,2)×2×2eq \r(2)=2eq \r(2);
②当直线l的斜率存在时,设直线l:y=kx+n,M(x1,y1),N(x2,y2),
联立直线y=kx+n和x2+2y2=8,可得(1+2k2)x2+4knx+2n2-8=0,
可得∴x1+x2=-eq \f(4kn,1+2k2),x1x2=eq \f(2n2-8,1+2k2),y1y2=(kx1+n)(kx2+n)=k2x1x2+kn(x1+x2)+n2,
由kOM·kON=eq \f(y1y2,x1x2)=k2+eq \f(-4k2n2,2n2-8)+eq \f(n2(1+2k2),2n2-8)=-eq \f(1,2),可得n2=2+4k2,
由弦长公式可得,|MN=|eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)
=eq \r(1+k2)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(4kn,1+2k2)))\s\up8(2)-4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2n2-8,1+2k2))))=eq \f(eq \r(1+k2),1+2k2)·eq \r(64k2-8n2+32)=eq \f(4eq \r(1+k2),eq \r(1+2k2)).
点(0,0)到直线l的距离为d=eq \f(|n|,\r(k2+1))=eq \f(eq \r(2(1+2k2)),eq \r(1+k2)),
所以S△OMN=eq \f(1,2)d·|MN|=2eq \r(2),综上可知,△OMN的面积为定值2eq \r(2).
【题型精练】
1.(2022·山西太原五中高三期末)已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的焦距为2,四个顶点构成的四边形面积为2eq \r(2).
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)斜率存在的直线l与椭圆C相交于M、N两点,O为坐标原点,eq \(OP,\s\up6(→))=eq \(OM,\s\up6(→))+eq \(ON,\s\up6(→)),若点P在椭圆上,请判断△OMN的面积是否为定值.
【解析】(1)由题可得2c=2,c=1,eq \f (1,2)2a×2×b=2eq \r(2),又a2=c2+b2,解得b=1,a=eq \r(2).
故椭圆方程为eq \f(x2,2)+y2=1.
(2)设直线l方程是y=kx+m,设M(x1,y1),N(x2,y2),P(x0,y0),
联立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,\f(x2,2)+y2=1,))得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-2=0,
Δ=8(2k2-m2+1)>0.x1+x2=eq \f(-4km,1+2k2),x1x2=eq \f(2m2-1,1+2k2),
|MN|=eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(1+k2)eq \f(eq \r(8(2k2+1-m2)),1+2k2).
又∵eq \(OP,\s\up6(→))=eq \(OM,\s\up6(→))+eq \(ON,\s\up6(→)),所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=x1+x2,,y0=y1+y2,))∴P(eq \f(-4km,1+2k2),eq \f(2m,1+2k2))
把点P坐标代入椭圆方程可得(eq \f(-4km,1+2k2))2+2(eq \f(2m,1+2k2))=2,整理可得4m2=2k2+1,
又由点O到直线y=kx+m的距离d=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),△OMN的面积
S△OMN=eq \f(1,2)|MN|·d=eq \f(1,2)eq \r(1+k2)eq \f(eq \r(8(2k2+1-m2)),1+2k2)eq \f(|m|,eq \r(1+k2))=eq \f(eq \r(2(4m2-m2)),4m2)×|m|=eq \f(\r(6),4).
所以,△OMN的面积为定值eq \f(\r(6),4).
【题型四 数量积为定值】
例4 (2022·湖北模拟)已知双曲线的离心率为,点在上.
(1)求双曲线的方程.
(2)设过点的直线与双曲线交于两点,问在轴上是否存在定点,使得为常数?若存在,求出点的坐标以及该常数的值;若不存在,请说明理由.
【解析】(1)因为双曲线的离心率为,
所以,化简得.
将点的坐标代入,可得,
解得,
所以的方程为.
(2)设,直线的方程为,联立方程组消去得(1-,
由题可知且,即且,
所以.
设存在符合条件的定点,则,
所以.
所以,
化简得.
因为为常数,所以,解得.
此时该常数的值为,
所以,在轴上存在点,使得为常数,该常数为.
【题型精练】
1. (2022·德阳三模)已知O为坐标原点,椭圆C:eq \f(x2,4)+y2=1上一点E在第一象限,若|OE|=eq \f(\r(7),2).
(1)求点E的坐标;
(2)椭圆C两个顶点分别为A(-2,0),B(2,0),过点M(0,-1)的直线l交椭圆C于点D,交x轴于点P,若直线AD与直线MB相交于点Q,求证:eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))为定值.
【解析】(1)设E(x0,y0)(x0>0,y0>0),因为|OE|=eq \f(\r(7),2),所以eq \r(x02+y02) =eq \f(\r(7),2) ①,
又因为点E在椭圆上,所以eq \f(x02,4)+y02=1 ②,
由①②解得:eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=1,,y0=eq \f(\r(3),2),)),所以E的坐标为(1,eq \f(\r(3),2));
(2)设点D(x1,y1),则直线DA的方程为y=eq \f(y1,x1+2)(x+2) ③,直线BM的方程为y=eq \f(1,2)x-1 ④,
由③④解得xQ=eq \f(2(x1+2y1+2),x1-2y1+2),又直线DM的方程为y=eq \f(y1+1,x1)x-1,
令y=0,解得xP=eq \f(x1,y1+2),所以eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))=eq \f(2(x1+2y1+2),x1-2y1+2)·eq \f(x1,y1+2)=eq \f(2(x12+2x1y1+2x1),x1y1+x1-2y12+2),
又eq \f(x12,4)+y12=1,所以eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))=eq \f(2(x12+2x1y1+2x1),x1y1+x1+eq \f(x12,2))=4.
【题型五 角度为定值】
例5 (2022·湖北模拟)已知点M(x0,y0)为椭圆C:eq \f(x2,2)+y2=1.上任意一点,直线l:x0x+2y0 y=2与圆(x-1)2+y2=6交于A,B两点,点F为椭圆C的左焦点.
(1)求椭圆C的离心率及左焦点F的坐标;
(2)求证:直线l与椭圆C相切;
(3)判断∠AFB是否为定值,并说明理由.
【解析】(1)由题意a=eq \r(2),b=1,c=1.所以离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(2),2),左焦点F(-1,0).
(2)由题知,eq \f(x02,2)+y02=1,即x02+2y02=2,
当y0=0时直线l的方程为x=eq \r(2)或x=-eq \r(2),直线l与椭圆C相切.
当y0≠0时,由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(x2,2)+y2=1,,x0x+2y0 y=2,))得(2y02+x02)x2-4x0x+4-4 y02=0,即x2-2x0x+2-2y02=0.
所以Δ=(-2x0)2-4(2-2y02)=4x02+8y02-8=0.故直线l与椭圆C相切.
(3)设A(x1,y1),B(x2,y2),
当y0=0时,x1=x2,y1=-y2,x1=±eq \r(2),
eq \(FA,\s\up6(→))·eq \(FB,\s\up6(→))=(x1+1)2-y22=(x1+1)2-6+(x1-1)2=2 x12-4=0,所以eq \(FA,\s\up6(→))⊥eq \(FB,\s\up6(→)),即∠AFB=90°.
当y0≠0时,由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1((x-1)2+y2=6,,x0x+2y0 y=2,))得(y02+1)x2-2(2y02+x0)x+2-10 y02=0,
则∴x1+x2=eq \f(2(2y02+x0),1+y02),x1x2=eq \f(2-10y02,1+y02).y1y2=eq \f(x02,4y02) x1x2-eq \f(x0,2y02)(x1+x2)+eq \f(1,y02)=eq \f(-5x02-4x0+4,2+2y02).
因为eq \(FA,\s\up6(→))·eq \(FB,\s\up6(→))=(x1+1,y1)·(x2+1,y2)=x1x2+x1+x2+1+y1y2
=eq \f(4-20y02+8y02+4x0+2+2 y02,2+2y02)+eq \f(-5x02-4x0+4,2+2y02)=eq \f(-5(x02+2y02)+10,2+2y02)=0.
所以eq \(FA,\s\up6(→))⊥eq \(FB,\s\up6(→)),即∠AFB=90°.故∠AFB为定值90°.
【题型精练】
1. (2022·德阳三模)已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率为eq \f(1,3),左、右焦点分别为F1,F2,A为椭圆C上一点,AF2⊥F1F2,且|AF2|=eq \f(8,3).
(1)求椭圆C的方程;
(2)设椭圆C的左、右顶点分别为A1,A2,过A1,A2分别作x轴的垂线l1,l2,椭圆C的一条切线l:y=kx+m与l1,l2分别交于M,N两点,求证:∠MF1N为定值.
【解析】(1)由AF2⊥F1F2,|AF2|=eq \f(8,3),得eq \f(b2,a)=eq \f(8,3).又e=eq \f(c,a)=eq \f(1,3),a2=b2+c2,所以a2=9,b2=8,
故椭圆C的标准方程为eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1.
(2)由题意可知,l1的方程为x=-3,l2的方程为x=3.
直线l分别与直线l1,l2的方程联立得M(-3,-3k+m),N(3,3k+m),
所以eq \(F1M,\s\up6(→))=(-2,-3k+m),eq \(F1N,\s\up6(→))=(4,3k+m),所以eq \(F1M,\s\up6(→))·eq \(F1N,\s\up6(→))=-8+m2-9k2.
联立得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(x2,9)+\f(y2,8)=1,,y=kx+m,))得(9k2+8)x2+18kmx+9m2-72=0.
因为直线l与椭圆C相切,所以Δ=(18km)2-4(9k2+8)(9m2-72)=0,化简得m2=9k2+8.
所以eq \(F1M,\s\up6(—→))·eq \(F1N,\s\up6(—→))=-8+m2-9k2=0,所以eq \(F1M,\s\up6(→))⊥eq \(F1N,\s\up6(→)),故∠MF1N为定值eq \f(π,2).
【题型六 参数为定值】
例6 (2022·湖北模拟)已知抛物线C:y2=2px经过点P(1,2),过点Q(0,1)的直线l与抛物线C有两个不同的交点A,B,且直线PA交y轴于M,直线PB交y轴于N.
(1)求直线l的斜率的取值范围;
(2)设O为原点,eq \(QM,\s\up6(→))=λeq \(QO,\s\up6(→)),eq \(QN,\s\up6(→))=μeq \(QO,\s\up6(→)),求证:eq \f(1,λ)+eq \f(1,μ)为定值.
【解析】(1)因为抛物线y2=2px过点(1,2),所以2p=4,即p=2.故抛物线C的方程为y2=4x.
由题意知,直线l的斜率存在且不为0.设直线l的方程为y=kx+1(k≠0),
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y2=4x,,y=kx+1,))得k2x2+(2k-4)x+1=0.依题意知Δ=(2k-4)2-4×k2×1>0,解得k
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