还剩18页未读,
继续阅读
2019届二轮复习(文)第九章第2课时 定点、定值、范围、最值问题学案(全国通用)
展开
第2课时 定点、定值、范围、最值问题
考点一 定点问题
【例1】 已知椭圆+=1(a>0,b>0)过点(0,1),其长轴、焦距和短轴的长的平方依次成等差数列.直线l与x轴正半轴和y轴分别交于Q,P,与椭圆分别交于点M,N,各点均不重合且满足=λ1,=λ2.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)若λ1+λ2=-3,试证明:直线l过定点并求此定点.
解 (1)设椭圆的焦距为2c,由题意知b=1,且(2a)2+(2b)2=2(2c)2,又a2=b2+c2,所以a2=3.
所以椭圆的方程为+y2=1.
(2)由题意设P(0,m),Q(x0,0),M(x1,y1),N(x2,y2),
设l方程为x=t(y-m),
由=λ1知(x1,y1-m)=λ1(x0-x1,-y1),
∴y1-m=-y1λ1,由题意y1≠0,∴λ1=-1.
同理由=λ2知λ2=-1.
∵λ1+λ2=-3,∴y1y2+m(y1+y2)=0,①
联立得(t2+3)y2-2mt2y+t2m2-3=0,
∴由题意知Δ=4m2t4-4(t2+3)(t2m2-3)>0,②
且有y1+y2=,y1y2=,③
将③代入①得t2m2-3+2m2t2=0,
∴(mt)2=1.
由题意mt<0,∴mt=-1,满足②,
得l方程为x=ty+1,过定点(1,0),即Q为定点.
规律方法 圆锥曲线中定点问题的两种解法
(1)引进参数法:引进动点的坐标或动线中系数为参数表示变化量,再研究变化的量与参数何时没有关系,找到定点.
(2)特殊到一般法,根据动点或动线的特殊情况探索出定点,再证明该定点与变量无关.
【训练1】 (2018·杭州七校联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的两焦点在x轴上,且两焦点与短轴的一个顶点的连线构成斜边长为2的等腰直角三角形.
(1)求椭圆的方程;
(2)过点S的动直线l交椭圆C于A,B两点,试问:在坐标平面上是否存在一个定点Q,使得以线段AB为直径的圆恒过点Q?若存在,求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
解 (1)∵椭圆两焦点与短轴的一个端点的连线构成等腰直角三角形,∴b=c.又斜边长为2,即2c=2,故c=b=1,a=,椭圆方程为+y2=1.
(2)当l与x轴平行时,以线段AB为直径的圆的方程为x2+=;
当l与y轴平行时,以线段AB为直径的圆的方程为x2+y2=1.
由得
故若存在定点Q,则Q的坐标只可能为Q(0,1).
下面证明Q(0,1)为所求:
若直线l的斜率不存在,上述已经证明.
若直线l的斜率存在,设直线l:y=kx-,
A(x1,y1),B(x2,y2),
由得(9+18k2)x2-12kx-16=0,
Δ=144k2+64(9+18k2)>0,
x1+x2=,x1x2=,
=(x1,y1-1),=(x2,y2-1),
·=x1x2+(y1-1)(y2-1)
=(1+k2)x1x2-(x1+x2)+
=(1+k2)·-·+=0,
∴⊥,即以线段AB为直径的圆恒过点Q(0,1).
考点二 定值问题
【例2】 (2018·金丽衢十二校二联)过椭圆C:+=1(a>b>0)右焦点F(1,0)的直线与椭圆C交于两点A,B,自A,B向直线x=5作垂线,垂足分别为A1,B1,且=.
(1)求椭圆C的方程;
(2)记△AFA1,△FA1B1,△BFB1的面积分别为S1,S2,S3,证明:是定值,并求出该定值.
(1)解 设A(x,y),则|AA1|=5-x,
|AF|=,
由=得+=1,
而A是椭圆上的任一点,∴此方程即为椭圆方程.
(2)证明 直线AB的斜率不可以为0,而可以不存在,
∴可设直线AB的方程为x=my+1.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
由得(4m2+5)y2+8my-16=0,
∴y1+y2=-,y1y2=-.( )
由题意,S1=|AA1 y1|=|5-x1 y1|,
S3=|BB1 y2|=|5-x2 y2|,
S2=|A1B1|·4=2|y1-y2|,
∴=·
=·
=-·,
将( )式代入上述式子,化简并计算可得=,
所以是定值,且该定值为.
规律方法 圆锥曲线中的定值问题的常见类型及解题策略
(1)求代数式为定值.依题意设条件,得出与代数式参数有关的等式,代入代数式,化简即可得出定值;
(2)求点到直线的距离为定值.利用点到直线的距离公式得出距离的解析式,再利用题设条件化简、变形求得;
(3)求某线段长度为定值.利用长度公式求得解析式,再依据条件对解析式进行化简、变形即可求得.
【训练2】 (2016·北京卷)已知椭圆C:+=1,过点
A(2,0),B(0,1)两点.
(1)求椭圆C的方程及离心率;
(2)设P为第三象限内一点且在椭圆C上,直线PA与y轴交于点M,直线PB与x轴交于点N,求证:四边形ABNM的面积为定值.
(1)解 由椭圆过点A(2,0),B(0,1)知a=2,b=1.
所以椭圆方程为+y2=1,又c==.
所以椭圆离心率e==.
(2)证明 设P点坐标为(x0,y0)(x0<0,y0<0),则x+4y=4,由B点坐标(0,1)得直线PB方程为:y-1=(x-0),
令y=0,得xN=,从而|AN|=2-xN=2+,
由A点坐标(2,0)得直线PA方程为y-0=(x-2),
令x=0,得yM=,从而|BM|=1-yM=1+,
所以S四边形ABNM=|AN|·|BM|
=
=
==2.
即四边形ABNM的面积为定值2.
考点三 范围问题
【例3】 (2018·台州调考)如图,已知直线l1:y=2x+m(m<0)与抛物线C1:y=ax2(a>0)和圆C2:x2+(y+1)2=5都相切,F是C1的焦点.
(1)求m与a的值;
(2)设A是C1上的一动点,以A为切点作抛物线C1的切线l,直线l交y轴于点B,以FA,FB为邻边作平行四边形FAMB,证明:点M在一条定直线上;
(3)在(2)的条件下,记点M所在的定直线为l2,直线l2与y轴的交点为N,连接MF交抛物线C1于P,Q两点,求△NPQ的面积S的取值范围.
(1)解 由已知,圆C2:x2+(y+1)2=5的圆心为
C2(0,-1),半径r=.
由题设圆心到直线l:y=2x+m的距离d==,解得m=-6(m=4舍去).
设l1与抛物线的切点为A0(x0,y0),又y′=2ax,
得2ax0=2⇒x0=,y0=.
代入直线方程得:=-6,∴a=.∴m=-6,a=.
(2)证明 由(1)知抛物线C1的方程为y=x2,焦点
F.设A,由(1)知以A为切点的切线l的方程为
y=x1(x-x1)+x.
令x=0,得切线l与y轴的交点B的坐标为,
∴=,=,
∴=+=(x1,-3).
∴M的坐标为,
∴点M在定直线y=-上.
(3)解 由(2)知l2的方程为y=-,∴N.
设P(xP,yP),Q(xQ,yQ),直线MF:y=kx+,
将y=kx+代入y=x2得:
x2-kx-=0,则xP+xQ=6k,xPxQ=-9.
∴S△NPQ=|NF xP-xQ|
=×3×=9.
∵k≠0,∴S△NPQ>9,即S△NPQ的面积S的取值范围为(9,+∞).
规律方法 解决圆锥曲线中的取值范围问题应考虑的五个方面
(1)利用圆锥曲线的几何性质或判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围;
(2)利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系;
(3)利用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;
(4)利用已知的不等关系构造不等式,从而求出参数的取值范围;
(5)利用求函数的值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从而确定参数的取值范围.
【训练3】 (2016·天津卷)设椭圆+=1(a>)的右焦点为F,右顶点为A.已知+=,其中O为原点,e为椭圆的离心率.
(1)求椭圆的方程;
(2)设过点A的直线l与椭圆交于点B(B不在x轴上),垂直于l的直线与l交于点M,与y轴交于点H.若BF⊥HF,且∠MOA≤∠MAO,求直线l的斜率的取值范围.
解 (1)设F(c,0),由+=,
即+=,可得a2-c2=3c2.
又a2-c2=b2=3,所以c2=1,因此a2=4.
所以椭圆的方程为+=1.
(2)设直线l的斜率为k(k≠0),则直线l的方程为y=k(x-2).
设B(xB,yB),由方程组消去y,整理得(4k2+3)x2-16k2x+16k2-12=0.解得x=2或x=.
由题意得xB=,从而yB=.
由(1)知F(1,0),设H(0,yH),
有=(-1,yH),=.
由BF⊥HF,得·=0,
所以+=0,解得yH=.
因为直线MH的方程为y=-x+.
设M(xM,yM),由方程组消去y,
解得xM=.
在△MAO中,∠MOA≤∠MAO⇔|MA|≤|MO|,
即(xM-2)2+y≤x+y,化简得xM≥1,即≥1,
解得k≤-或k≥.
所以直线l的斜率的取值范围为或.
考点四 最值问题
【例4】 (2015·浙江卷)已知椭圆+y2=1上两个不同的点A,B关于直线y=mx+对称.
(1)求实数m的取值范围;
(2)求△AOB面积的最大值(O为坐标原点).
解 (1)由题意知m≠0,可设直线AB的方程为
y=-x+b.
由消去y,得x2-x+b2-1=0.
因为直线y=-x+b与椭圆+y2=1有两个不同的交点,所以Δ=-2b2+2+>0,①
将AB中点M代入直线方程y=mx+解得b=-②
由①②得m<-或m>.
(2)令t=∈∪,则
|AB|=·.
且O到直线AB的距离为d=.
设△AOB的面积为S(t),
所以S(t)=|AB|·d= ≤.
当且仅当t2=时,等号成立.
故△AOB面积的最大值为.
规律方法 处理圆锥曲线最值问题的求解方法
圆锥曲线中的最值问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两种方法:一是利用几何法,即通过利用曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、性质等进行求解;二是利用代数法,即把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个(些)参数的函数(解析式),然后利用函数方法、不等式方法等进行求解.
【训练4】 已知椭圆C:x2+2y2=4.
(1)求椭圆C的离心率;
(2)设O为原点.若点A在直线y=2上,点B在椭圆C上,且OA⊥OB,求线段AB长度的最小值.
解 (1)由题意,椭圆C的标准方程为+=1.
所以a2=4,b2=2,
从而c2=a2-b2=2.
因此a=2,c=.故椭圆C的离心率e==.
(2)设点A,B的坐标分别为(t,2),(x0,y0),其中x0≠0.
因为OA⊥OB,所以·=0,
即tx0+2y0=0,
解得t=-.又x+2y=4,
所以|AB|2=(x0-t)2+(y0-2)2
=(x0+)2+(y0-2)2=x+y++4
=x+++4=++4(0<x≤4).
因为+≥4(0<x≤4),
当且仅当x=4时等号成立,所以|AB|2≥8.
故线段AB长度的最小值为2.
基础巩固题组
一、选择题
1.已知椭圆C的方程为+=1(m>0),如果直线y=x与椭圆的一个交点M在x轴上的射影恰好是椭圆的右焦点F,则m的值为( )
A.2 B.2 C.8 D.2
解析 根据已知条件得c=,则点(,)在椭圆+=1(m>0)上,
∴+=1,可得m=2.
答案 B
2.设抛物线y2=8x的准线与x轴交于点Q,若过点Q的直线l与抛物线有公共点,则直线l的斜率的取值范围是( )
A. B.[-2,2]
C.[-1,1] D.[-4,4]
解析 Q(-2,0),设直线l的方程为y=k(x+2),代入抛物线方程,消去y整理得k2x2+(4k2-8)x+4k2=0,由Δ=(4k2-8)2-4k2·4k2=64(1-k2)≥0,解得
-1≤k≤1.
答案 C
3.已知P为双曲线C:-=1上的点,点M满足||=1,且·=0,则当||取得最小值时点P到双曲线C的渐近线的距离为( )
A. B. C.4 D.5
解析 由·=0,得OM⊥PM,根据勾股定理,求|MP|的最小值可以转化为求|OP|的最小值,当|OP|取得最小值时,点P的位置为双曲线的顶点(±3,0),而双曲线的渐近线为4x±3y=0,∴所求的距离d=,故选B.
答案 B
4.若双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线与抛物线y=x2+2有公共点,则此双曲线的离心率的取值范围是( )
A.[3,+∞) B.(3,+∞)
C.(1,3] D.(1,3)
解析 依题意可知双曲线渐近线方程为y=±x,与抛物线方程联立消去y得x2±x+2=0.
∵渐近线与抛物线有交点,
∴Δ=-8≥0,求得b2≥8a2,
∴c=≥3a,
∴e=≥3.
答案 A
5.(2017·丽水调研)斜率为1的直线l与椭圆+y2=1相交于A,B两点,则|AB|的最大值为( )
A.2 B. C. D.
解析 设A,B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),
直线l的方程为y=x+t,由消去y,
得5x2+8tx+4(t2-1)=0,
则x1+x2=-t,x1x2=.
∴|AB|=|x1-x2|
=·
=·
=·,
当t=0时,|AB|max=.
答案 C
6.(2018·丽水调研)已知F1,F2是双曲线-=1(a>0,
b>0)的左、右焦点,P是双曲线右支上一点,点E是线段PF1的中点,且·=0,sin∠PF2F1≥2sin∠PF1F2,则双曲线离心率的取值范围是( )
A.[5,+∞) B.[,+∞)
C.(1,5] D.(1,]
解析 设|PF1|=y,|PF2|=x,
∵点E是线段PF1的中点,且·=0,即⊥,且OE∥PF2,∴PF1⊥PF2,则满足y-x=2a,x2+y2=4c2.
∵sin∠PF2F1≥2sin∠PF1F2,
∴由正弦定理得y≥2x,则≥2.设m=≥2,则e2=======1+=1+.
∵当m≥2时,y=m+-2为增函数,则y=m+-2≥2+-2=,即0<≤4,则1<1+≤5,即1<e2≤5,则1<e≤,故双曲线离心率的取值范围是(1,].
答案 D
二、填空题
7.已知双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线方程是y=x,它的一个焦点与抛物线y2=16x的焦点相同,则双曲线的方程为 .
解析 由条件知双曲线的焦点为(4,0),
所以解得a=2,b=2,
故双曲线方程为-=1.
答案 -=1
8.已知动点P(x,y)在椭圆+=1上,若A点坐标为(3,0),||=1,且·=0,则||的最小值是 .
解析 ∵·=0,∴⊥.
∴||2=||2-||2=||2-1,
∵椭圆右顶点到右焦点A的距离最小,
故||min=2,∴||min=.
答案
9.(2018·湖州调研)若双曲线x2-=1(b>0)的一条渐近线与圆x2+(y-2)2=1至多有一个公共点,则双曲线离心率的取值范围是 ;与圆相切时渐近线的方程为 .
解析 双曲线的渐近线方程为y=±bx,则有≥1,解得b2≤3,则e2=1+b2≤4,∵e>1,∴1<e≤2.当渐近线与圆相切时,b2=3,a2=1,∴渐近线方程为y=±x.
答案 (1,2] y=±x
10.(2018·宁波调研)设圆x2+y2=12与抛物线x2=4y相交于A,B两点,F为抛物线的焦点,若过点F且斜率为1的直线与抛物线和圆交于四个不同的点,从左至右依次为P1,P2,P3,P4,则|P1P2|+|P3P4|的值为 ;若直线m与抛物线相交于M,N两点,且与圆相切,切点D在劣弧上,则|MF|+|NF|的取值范围是 .
解析 由得或
即A(-2,2),B(2,2).
∵F(0,1),∴kFB=<1.
∴P1,P2,P3,P4位置如图所示.设P1(x1,y1),P2(x2,y2),P3(x3,y3),P4(x4,y4),由得:x2-4x-4=0,
∴x2+x4=4.由得:2x2+2x-11=0,
∴x1+x3=-1.∴|P1P2|+|P3P4|=|x2-x1|+
|x4-x3|=[(x2+x4)-(x1+x3)]=5.设直线m的方程为y=kx+b(b>0).由得x2-4kx-4b=0.设M(x5,y5),N(x6,y6),则x5+x6=4k.∴y5+y6=k(x5+x6)+2b=4k2+2b.∵直线m与圆相切,
∴=.∴k2=-1,又∵|MF|=y5+1,
|NF|=y6+1,∴|MF|+|NF|=y5+y6+2=4k2+2b+2=(b+3)2-5.∵kOA=-,kOB=,∴分别过A,B的圆的切线斜率为,-,∴k∈[-,],
∴0≤k2≤2,∴0≤-1≤2.∵b>0,∴b∈[2,6],
∴|MF|+|NF|的取值范围为[2+4,22].
答案 5 [2+4,22]
三、解答题
11.(2018·浙江名校三联)如图,椭圆M:+=1(a>b>0)的焦距为2,上、下顶点分别为A(0,1),B(0,-1),过点P(0,2)斜率为k的直线l交椭圆于两个不同的点C,D,直线AD与BC交于点Q.
(1)求椭圆M的方程;
(2)试探究点Q的纵坐标是否为定值?若是,求出该定值;若不是,请说明理由.
解 (1)由题意知2c=2,b=1,又a2=b2+c2,∴a2=4.
∴椭圆M的方程为+y2=1.
(2)由题意l的方程为y=kx+2.设C(x1,y1),D(x2,y2),
由消y得(1+4k2)x2+16kx+12=0,
∴
又lBC:y=x-1,lAD:y=x+1,两方程联立,
消x得y=,又4kx1x2=-3(x1+x2),
代入得y=, 即Q的纵坐标为定值.
12.(2016·浙江卷)如图,设椭圆+y2=1(a>1).
(1)求直线y=kx+1被椭圆截得的线段长(用a,k表示);
(2)若任意以点A(0,1)为圆心的圆与椭圆至多有3个公共点,求椭圆离心率的取值范围.
解 (1)设直线y=kx+1被椭圆截得的线段为AM,由得(1+a2k2)x2+2a2kx=0.
故x1=0,x2=-,
因此|AM|=|x1-x2|=·.
(2)假设圆与椭圆的公共点有4个,由对称性可设y轴左侧的椭圆上有两个不同的点P,Q,满足|AP|=|AQ|.
记直线AP,AQ的斜率分别为k1,k2,且k1,k2>0,k1≠k2.
由(1)知|AP|=,
|AQ|=,
故=,
所以(k-k)[1+k+k+a2(2-a2)kk]=0.
由于k1≠k2,k1,k2>0得1+k+k+a2(2-a2)kk=0,
因此=1+a2(a2-2),①
因为①式关于k1,k2的方程有解的充要条件是1+a2(a2-2)>1,所以a>.
因此,任意以点A(0,1)为圆心的圆与椭圆至多有3个公共点的充要条件为1<a≤,
由e==得,所求离心率的取值范围是.
能力提升题组
13.(2017·浙大附中月考)设双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线与抛物线y2=x的一个交点的横坐标为x0,若x0>1,则双曲线C的离心率e的取值范围是( )
A. B.(,+∞)
C.(1,) D.
解析 不妨联立y=x与y2=x的方程,消去y得x2=x,由x0>1知<1,即<1,故e2<2,又e>1,所以1<e<,故选C.
答案 C
14.(2018·河南省八市质检)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的离心率为2,它的两条渐近线与抛物线y2=2px(p>0)的准线分别交于A,B两点,O为坐标原点.若△AOB的面积为,则抛物线的准线方程为( )
A.x=-2 B.x=2 C.x=1 D.x=-1
解析 因为e==2,所以c=2a,b=a,双曲线的渐近线方程为y=±x,又抛物线的准线方程为x=-,联立双曲线的渐近线方程和抛物线的准线方程得A,B,在△AOB中,|AB|=p,点O到AB的距离为,所以·p·=,所以p=2,所以抛物线的准线方程为x=-1,故选D.
答案 D
15.(2017·浙江五校联考)若点O和点F分别为椭圆+=1的中点和左焦点,点P为椭圆上的任一点,则·的最小值为 .
解析 点P为椭圆+=1上的任意一点,设P(x,y)(-3≤x≤3,-2≤y≤2),
依题意得左焦点F(-1,0),∴=(x,y),=(x+1,y),∴·=x(x+1)+y2=x2+x+=+.∵-3≤x≤3,
∴≤x+≤,∴≤≤,
∴≤≤,∴6≤+≤12,即6≤·≤12,故最小值为6.
答案 6
16.(2018·杭州高级中学模拟)已知抛物线C1:x2=2py(p>0)与圆C2:x2+y2=8的两个交点之间的距离为4,A,B为抛物线C1上的两点.
(1)求p的值;
(2)若C1在点A,B处切线垂直相交于点P,且点P在圆C2内部,直线AB与C2相交于C,D两点,求|AB|·|CD|的最小值.
解 (1)由题易得抛物线与圆的两个交点坐标为(-2,2),(2,2),则代入x2=2py得p=1.
(2)设A,B,
又x=2y1,则PA的斜率为y1′=x1,
同理PB的斜率为y2′=x2,
所以x1·x2=-1,
两切线为y=x1x-x,y=x2x-x,
交点为P,
点P在圆内得x+x<33,
直线AB为y=x+过抛物线的焦点,
|AB|=++p=(x+x+2),
设d为圆心到直线AB的距离,
则|AB|·|CD|=(x+x+2)·2,
d=,
令t=x+x+2∈[4,35),则|AB|·|CD|=,
最小值为2.
17.已知椭圆C:+=1(a>b>0)短轴的两个顶点与右焦点的连线构成等边三角形,直线3x+4y+6=0与圆x2+(y-b)2=a2相切.
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知过椭圆C的左顶点A的两条直线l1,l2分别交椭圆C于M,N两点,且l1⊥l2,求证:直线MN过定点,并求出定点坐标;
(3)在(2)的条件下求△AMN面积的最大值.
解 (1)由题意,得∴
即C:+y2=1.
(2)由题意得直线l1,l2的斜率存在且不为0.
∵A(-2,0),设l1:x=my-2,l2:x=-y-2,
由得(m2+4)y2-4my=0,
∴M.同理,N.
①m≠±1时,kMN=,
lMN:y=.
此时过定点.
②m=±1时,lMN:x=-,过点.
∴lMN恒过定点.
(3)由(2)知S△AMN=×|yM-yN|
==8
==.
令t=≥2,
当且仅当m=±1时取等号,
∴S△AMN≤,且当m=±1时取等号.
∴(S△AMN)max=.
考点一 定点问题
【例1】 已知椭圆+=1(a>0,b>0)过点(0,1),其长轴、焦距和短轴的长的平方依次成等差数列.直线l与x轴正半轴和y轴分别交于Q,P,与椭圆分别交于点M,N,各点均不重合且满足=λ1,=λ2.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)若λ1+λ2=-3,试证明:直线l过定点并求此定点.
解 (1)设椭圆的焦距为2c,由题意知b=1,且(2a)2+(2b)2=2(2c)2,又a2=b2+c2,所以a2=3.
所以椭圆的方程为+y2=1.
(2)由题意设P(0,m),Q(x0,0),M(x1,y1),N(x2,y2),
设l方程为x=t(y-m),
由=λ1知(x1,y1-m)=λ1(x0-x1,-y1),
∴y1-m=-y1λ1,由题意y1≠0,∴λ1=-1.
同理由=λ2知λ2=-1.
∵λ1+λ2=-3,∴y1y2+m(y1+y2)=0,①
联立得(t2+3)y2-2mt2y+t2m2-3=0,
∴由题意知Δ=4m2t4-4(t2+3)(t2m2-3)>0,②
且有y1+y2=,y1y2=,③
将③代入①得t2m2-3+2m2t2=0,
∴(mt)2=1.
由题意mt<0,∴mt=-1,满足②,
得l方程为x=ty+1,过定点(1,0),即Q为定点.
规律方法 圆锥曲线中定点问题的两种解法
(1)引进参数法:引进动点的坐标或动线中系数为参数表示变化量,再研究变化的量与参数何时没有关系,找到定点.
(2)特殊到一般法,根据动点或动线的特殊情况探索出定点,再证明该定点与变量无关.
【训练1】 (2018·杭州七校联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的两焦点在x轴上,且两焦点与短轴的一个顶点的连线构成斜边长为2的等腰直角三角形.
(1)求椭圆的方程;
(2)过点S的动直线l交椭圆C于A,B两点,试问:在坐标平面上是否存在一个定点Q,使得以线段AB为直径的圆恒过点Q?若存在,求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
解 (1)∵椭圆两焦点与短轴的一个端点的连线构成等腰直角三角形,∴b=c.又斜边长为2,即2c=2,故c=b=1,a=,椭圆方程为+y2=1.
(2)当l与x轴平行时,以线段AB为直径的圆的方程为x2+=;
当l与y轴平行时,以线段AB为直径的圆的方程为x2+y2=1.
由得
故若存在定点Q,则Q的坐标只可能为Q(0,1).
下面证明Q(0,1)为所求:
若直线l的斜率不存在,上述已经证明.
若直线l的斜率存在,设直线l:y=kx-,
A(x1,y1),B(x2,y2),
由得(9+18k2)x2-12kx-16=0,
Δ=144k2+64(9+18k2)>0,
x1+x2=,x1x2=,
=(x1,y1-1),=(x2,y2-1),
·=x1x2+(y1-1)(y2-1)
=(1+k2)x1x2-(x1+x2)+
=(1+k2)·-·+=0,
∴⊥,即以线段AB为直径的圆恒过点Q(0,1).
考点二 定值问题
【例2】 (2018·金丽衢十二校二联)过椭圆C:+=1(a>b>0)右焦点F(1,0)的直线与椭圆C交于两点A,B,自A,B向直线x=5作垂线,垂足分别为A1,B1,且=.
(1)求椭圆C的方程;
(2)记△AFA1,△FA1B1,△BFB1的面积分别为S1,S2,S3,证明:是定值,并求出该定值.
(1)解 设A(x,y),则|AA1|=5-x,
|AF|=,
由=得+=1,
而A是椭圆上的任一点,∴此方程即为椭圆方程.
(2)证明 直线AB的斜率不可以为0,而可以不存在,
∴可设直线AB的方程为x=my+1.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
由得(4m2+5)y2+8my-16=0,
∴y1+y2=-,y1y2=-.( )
由题意,S1=|AA1 y1|=|5-x1 y1|,
S3=|BB1 y2|=|5-x2 y2|,
S2=|A1B1|·4=2|y1-y2|,
∴=·
=·
=-·,
将( )式代入上述式子,化简并计算可得=,
所以是定值,且该定值为.
规律方法 圆锥曲线中的定值问题的常见类型及解题策略
(1)求代数式为定值.依题意设条件,得出与代数式参数有关的等式,代入代数式,化简即可得出定值;
(2)求点到直线的距离为定值.利用点到直线的距离公式得出距离的解析式,再利用题设条件化简、变形求得;
(3)求某线段长度为定值.利用长度公式求得解析式,再依据条件对解析式进行化简、变形即可求得.
【训练2】 (2016·北京卷)已知椭圆C:+=1,过点
A(2,0),B(0,1)两点.
(1)求椭圆C的方程及离心率;
(2)设P为第三象限内一点且在椭圆C上,直线PA与y轴交于点M,直线PB与x轴交于点N,求证:四边形ABNM的面积为定值.
(1)解 由椭圆过点A(2,0),B(0,1)知a=2,b=1.
所以椭圆方程为+y2=1,又c==.
所以椭圆离心率e==.
(2)证明 设P点坐标为(x0,y0)(x0<0,y0<0),则x+4y=4,由B点坐标(0,1)得直线PB方程为:y-1=(x-0),
令y=0,得xN=,从而|AN|=2-xN=2+,
由A点坐标(2,0)得直线PA方程为y-0=(x-2),
令x=0,得yM=,从而|BM|=1-yM=1+,
所以S四边形ABNM=|AN|·|BM|
=
=
==2.
即四边形ABNM的面积为定值2.
考点三 范围问题
【例3】 (2018·台州调考)如图,已知直线l1:y=2x+m(m<0)与抛物线C1:y=ax2(a>0)和圆C2:x2+(y+1)2=5都相切,F是C1的焦点.
(1)求m与a的值;
(2)设A是C1上的一动点,以A为切点作抛物线C1的切线l,直线l交y轴于点B,以FA,FB为邻边作平行四边形FAMB,证明:点M在一条定直线上;
(3)在(2)的条件下,记点M所在的定直线为l2,直线l2与y轴的交点为N,连接MF交抛物线C1于P,Q两点,求△NPQ的面积S的取值范围.
(1)解 由已知,圆C2:x2+(y+1)2=5的圆心为
C2(0,-1),半径r=.
由题设圆心到直线l:y=2x+m的距离d==,解得m=-6(m=4舍去).
设l1与抛物线的切点为A0(x0,y0),又y′=2ax,
得2ax0=2⇒x0=,y0=.
代入直线方程得:=-6,∴a=.∴m=-6,a=.
(2)证明 由(1)知抛物线C1的方程为y=x2,焦点
F.设A,由(1)知以A为切点的切线l的方程为
y=x1(x-x1)+x.
令x=0,得切线l与y轴的交点B的坐标为,
∴=,=,
∴=+=(x1,-3).
∴M的坐标为,
∴点M在定直线y=-上.
(3)解 由(2)知l2的方程为y=-,∴N.
设P(xP,yP),Q(xQ,yQ),直线MF:y=kx+,
将y=kx+代入y=x2得:
x2-kx-=0,则xP+xQ=6k,xPxQ=-9.
∴S△NPQ=|NF xP-xQ|
=×3×=9.
∵k≠0,∴S△NPQ>9,即S△NPQ的面积S的取值范围为(9,+∞).
规律方法 解决圆锥曲线中的取值范围问题应考虑的五个方面
(1)利用圆锥曲线的几何性质或判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围;
(2)利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系;
(3)利用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;
(4)利用已知的不等关系构造不等式,从而求出参数的取值范围;
(5)利用求函数的值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从而确定参数的取值范围.
【训练3】 (2016·天津卷)设椭圆+=1(a>)的右焦点为F,右顶点为A.已知+=,其中O为原点,e为椭圆的离心率.
(1)求椭圆的方程;
(2)设过点A的直线l与椭圆交于点B(B不在x轴上),垂直于l的直线与l交于点M,与y轴交于点H.若BF⊥HF,且∠MOA≤∠MAO,求直线l的斜率的取值范围.
解 (1)设F(c,0),由+=,
即+=,可得a2-c2=3c2.
又a2-c2=b2=3,所以c2=1,因此a2=4.
所以椭圆的方程为+=1.
(2)设直线l的斜率为k(k≠0),则直线l的方程为y=k(x-2).
设B(xB,yB),由方程组消去y,整理得(4k2+3)x2-16k2x+16k2-12=0.解得x=2或x=.
由题意得xB=,从而yB=.
由(1)知F(1,0),设H(0,yH),
有=(-1,yH),=.
由BF⊥HF,得·=0,
所以+=0,解得yH=.
因为直线MH的方程为y=-x+.
设M(xM,yM),由方程组消去y,
解得xM=.
在△MAO中,∠MOA≤∠MAO⇔|MA|≤|MO|,
即(xM-2)2+y≤x+y,化简得xM≥1,即≥1,
解得k≤-或k≥.
所以直线l的斜率的取值范围为或.
考点四 最值问题
【例4】 (2015·浙江卷)已知椭圆+y2=1上两个不同的点A,B关于直线y=mx+对称.
(1)求实数m的取值范围;
(2)求△AOB面积的最大值(O为坐标原点).
解 (1)由题意知m≠0,可设直线AB的方程为
y=-x+b.
由消去y,得x2-x+b2-1=0.
因为直线y=-x+b与椭圆+y2=1有两个不同的交点,所以Δ=-2b2+2+>0,①
将AB中点M代入直线方程y=mx+解得b=-②
由①②得m<-或m>.
(2)令t=∈∪,则
|AB|=·.
且O到直线AB的距离为d=.
设△AOB的面积为S(t),
所以S(t)=|AB|·d= ≤.
当且仅当t2=时,等号成立.
故△AOB面积的最大值为.
规律方法 处理圆锥曲线最值问题的求解方法
圆锥曲线中的最值问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两种方法:一是利用几何法,即通过利用曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、性质等进行求解;二是利用代数法,即把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个(些)参数的函数(解析式),然后利用函数方法、不等式方法等进行求解.
【训练4】 已知椭圆C:x2+2y2=4.
(1)求椭圆C的离心率;
(2)设O为原点.若点A在直线y=2上,点B在椭圆C上,且OA⊥OB,求线段AB长度的最小值.
解 (1)由题意,椭圆C的标准方程为+=1.
所以a2=4,b2=2,
从而c2=a2-b2=2.
因此a=2,c=.故椭圆C的离心率e==.
(2)设点A,B的坐标分别为(t,2),(x0,y0),其中x0≠0.
因为OA⊥OB,所以·=0,
即tx0+2y0=0,
解得t=-.又x+2y=4,
所以|AB|2=(x0-t)2+(y0-2)2
=(x0+)2+(y0-2)2=x+y++4
=x+++4=++4(0<x≤4).
因为+≥4(0<x≤4),
当且仅当x=4时等号成立,所以|AB|2≥8.
故线段AB长度的最小值为2.
基础巩固题组
一、选择题
1.已知椭圆C的方程为+=1(m>0),如果直线y=x与椭圆的一个交点M在x轴上的射影恰好是椭圆的右焦点F,则m的值为( )
A.2 B.2 C.8 D.2
解析 根据已知条件得c=,则点(,)在椭圆+=1(m>0)上,
∴+=1,可得m=2.
答案 B
2.设抛物线y2=8x的准线与x轴交于点Q,若过点Q的直线l与抛物线有公共点,则直线l的斜率的取值范围是( )
A. B.[-2,2]
C.[-1,1] D.[-4,4]
解析 Q(-2,0),设直线l的方程为y=k(x+2),代入抛物线方程,消去y整理得k2x2+(4k2-8)x+4k2=0,由Δ=(4k2-8)2-4k2·4k2=64(1-k2)≥0,解得
-1≤k≤1.
答案 C
3.已知P为双曲线C:-=1上的点,点M满足||=1,且·=0,则当||取得最小值时点P到双曲线C的渐近线的距离为( )
A. B. C.4 D.5
解析 由·=0,得OM⊥PM,根据勾股定理,求|MP|的最小值可以转化为求|OP|的最小值,当|OP|取得最小值时,点P的位置为双曲线的顶点(±3,0),而双曲线的渐近线为4x±3y=0,∴所求的距离d=,故选B.
答案 B
4.若双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线与抛物线y=x2+2有公共点,则此双曲线的离心率的取值范围是( )
A.[3,+∞) B.(3,+∞)
C.(1,3] D.(1,3)
解析 依题意可知双曲线渐近线方程为y=±x,与抛物线方程联立消去y得x2±x+2=0.
∵渐近线与抛物线有交点,
∴Δ=-8≥0,求得b2≥8a2,
∴c=≥3a,
∴e=≥3.
答案 A
5.(2017·丽水调研)斜率为1的直线l与椭圆+y2=1相交于A,B两点,则|AB|的最大值为( )
A.2 B. C. D.
解析 设A,B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),
直线l的方程为y=x+t,由消去y,
得5x2+8tx+4(t2-1)=0,
则x1+x2=-t,x1x2=.
∴|AB|=|x1-x2|
=·
=·
=·,
当t=0时,|AB|max=.
答案 C
6.(2018·丽水调研)已知F1,F2是双曲线-=1(a>0,
b>0)的左、右焦点,P是双曲线右支上一点,点E是线段PF1的中点,且·=0,sin∠PF2F1≥2sin∠PF1F2,则双曲线离心率的取值范围是( )
A.[5,+∞) B.[,+∞)
C.(1,5] D.(1,]
解析 设|PF1|=y,|PF2|=x,
∵点E是线段PF1的中点,且·=0,即⊥,且OE∥PF2,∴PF1⊥PF2,则满足y-x=2a,x2+y2=4c2.
∵sin∠PF2F1≥2sin∠PF1F2,
∴由正弦定理得y≥2x,则≥2.设m=≥2,则e2=======1+=1+.
∵当m≥2时,y=m+-2为增函数,则y=m+-2≥2+-2=,即0<≤4,则1<1+≤5,即1<e2≤5,则1<e≤,故双曲线离心率的取值范围是(1,].
答案 D
二、填空题
7.已知双曲线-=1(a>0,b>0)的一条渐近线方程是y=x,它的一个焦点与抛物线y2=16x的焦点相同,则双曲线的方程为 .
解析 由条件知双曲线的焦点为(4,0),
所以解得a=2,b=2,
故双曲线方程为-=1.
答案 -=1
8.已知动点P(x,y)在椭圆+=1上,若A点坐标为(3,0),||=1,且·=0,则||的最小值是 .
解析 ∵·=0,∴⊥.
∴||2=||2-||2=||2-1,
∵椭圆右顶点到右焦点A的距离最小,
故||min=2,∴||min=.
答案
9.(2018·湖州调研)若双曲线x2-=1(b>0)的一条渐近线与圆x2+(y-2)2=1至多有一个公共点,则双曲线离心率的取值范围是 ;与圆相切时渐近线的方程为 .
解析 双曲线的渐近线方程为y=±bx,则有≥1,解得b2≤3,则e2=1+b2≤4,∵e>1,∴1<e≤2.当渐近线与圆相切时,b2=3,a2=1,∴渐近线方程为y=±x.
答案 (1,2] y=±x
10.(2018·宁波调研)设圆x2+y2=12与抛物线x2=4y相交于A,B两点,F为抛物线的焦点,若过点F且斜率为1的直线与抛物线和圆交于四个不同的点,从左至右依次为P1,P2,P3,P4,则|P1P2|+|P3P4|的值为 ;若直线m与抛物线相交于M,N两点,且与圆相切,切点D在劣弧上,则|MF|+|NF|的取值范围是 .
解析 由得或
即A(-2,2),B(2,2).
∵F(0,1),∴kFB=<1.
∴P1,P2,P3,P4位置如图所示.设P1(x1,y1),P2(x2,y2),P3(x3,y3),P4(x4,y4),由得:x2-4x-4=0,
∴x2+x4=4.由得:2x2+2x-11=0,
∴x1+x3=-1.∴|P1P2|+|P3P4|=|x2-x1|+
|x4-x3|=[(x2+x4)-(x1+x3)]=5.设直线m的方程为y=kx+b(b>0).由得x2-4kx-4b=0.设M(x5,y5),N(x6,y6),则x5+x6=4k.∴y5+y6=k(x5+x6)+2b=4k2+2b.∵直线m与圆相切,
∴=.∴k2=-1,又∵|MF|=y5+1,
|NF|=y6+1,∴|MF|+|NF|=y5+y6+2=4k2+2b+2=(b+3)2-5.∵kOA=-,kOB=,∴分别过A,B的圆的切线斜率为,-,∴k∈[-,],
∴0≤k2≤2,∴0≤-1≤2.∵b>0,∴b∈[2,6],
∴|MF|+|NF|的取值范围为[2+4,22].
答案 5 [2+4,22]
三、解答题
11.(2018·浙江名校三联)如图,椭圆M:+=1(a>b>0)的焦距为2,上、下顶点分别为A(0,1),B(0,-1),过点P(0,2)斜率为k的直线l交椭圆于两个不同的点C,D,直线AD与BC交于点Q.
(1)求椭圆M的方程;
(2)试探究点Q的纵坐标是否为定值?若是,求出该定值;若不是,请说明理由.
解 (1)由题意知2c=2,b=1,又a2=b2+c2,∴a2=4.
∴椭圆M的方程为+y2=1.
(2)由题意l的方程为y=kx+2.设C(x1,y1),D(x2,y2),
由消y得(1+4k2)x2+16kx+12=0,
∴
又lBC:y=x-1,lAD:y=x+1,两方程联立,
消x得y=,又4kx1x2=-3(x1+x2),
代入得y=, 即Q的纵坐标为定值.
12.(2016·浙江卷)如图,设椭圆+y2=1(a>1).
(1)求直线y=kx+1被椭圆截得的线段长(用a,k表示);
(2)若任意以点A(0,1)为圆心的圆与椭圆至多有3个公共点,求椭圆离心率的取值范围.
解 (1)设直线y=kx+1被椭圆截得的线段为AM,由得(1+a2k2)x2+2a2kx=0.
故x1=0,x2=-,
因此|AM|=|x1-x2|=·.
(2)假设圆与椭圆的公共点有4个,由对称性可设y轴左侧的椭圆上有两个不同的点P,Q,满足|AP|=|AQ|.
记直线AP,AQ的斜率分别为k1,k2,且k1,k2>0,k1≠k2.
由(1)知|AP|=,
|AQ|=,
故=,
所以(k-k)[1+k+k+a2(2-a2)kk]=0.
由于k1≠k2,k1,k2>0得1+k+k+a2(2-a2)kk=0,
因此=1+a2(a2-2),①
因为①式关于k1,k2的方程有解的充要条件是1+a2(a2-2)>1,所以a>.
因此,任意以点A(0,1)为圆心的圆与椭圆至多有3个公共点的充要条件为1<a≤,
由e==得,所求离心率的取值范围是.
能力提升题组
13.(2017·浙大附中月考)设双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线与抛物线y2=x的一个交点的横坐标为x0,若x0>1,则双曲线C的离心率e的取值范围是( )
A. B.(,+∞)
C.(1,) D.
解析 不妨联立y=x与y2=x的方程,消去y得x2=x,由x0>1知<1,即<1,故e2<2,又e>1,所以1<e<,故选C.
答案 C
14.(2018·河南省八市质检)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的离心率为2,它的两条渐近线与抛物线y2=2px(p>0)的准线分别交于A,B两点,O为坐标原点.若△AOB的面积为,则抛物线的准线方程为( )
A.x=-2 B.x=2 C.x=1 D.x=-1
解析 因为e==2,所以c=2a,b=a,双曲线的渐近线方程为y=±x,又抛物线的准线方程为x=-,联立双曲线的渐近线方程和抛物线的准线方程得A,B,在△AOB中,|AB|=p,点O到AB的距离为,所以·p·=,所以p=2,所以抛物线的准线方程为x=-1,故选D.
答案 D
15.(2017·浙江五校联考)若点O和点F分别为椭圆+=1的中点和左焦点,点P为椭圆上的任一点,则·的最小值为 .
解析 点P为椭圆+=1上的任意一点,设P(x,y)(-3≤x≤3,-2≤y≤2),
依题意得左焦点F(-1,0),∴=(x,y),=(x+1,y),∴·=x(x+1)+y2=x2+x+=+.∵-3≤x≤3,
∴≤x+≤,∴≤≤,
∴≤≤,∴6≤+≤12,即6≤·≤12,故最小值为6.
答案 6
16.(2018·杭州高级中学模拟)已知抛物线C1:x2=2py(p>0)与圆C2:x2+y2=8的两个交点之间的距离为4,A,B为抛物线C1上的两点.
(1)求p的值;
(2)若C1在点A,B处切线垂直相交于点P,且点P在圆C2内部,直线AB与C2相交于C,D两点,求|AB|·|CD|的最小值.
解 (1)由题易得抛物线与圆的两个交点坐标为(-2,2),(2,2),则代入x2=2py得p=1.
(2)设A,B,
又x=2y1,则PA的斜率为y1′=x1,
同理PB的斜率为y2′=x2,
所以x1·x2=-1,
两切线为y=x1x-x,y=x2x-x,
交点为P,
点P在圆内得x+x<33,
直线AB为y=x+过抛物线的焦点,
|AB|=++p=(x+x+2),
设d为圆心到直线AB的距离,
则|AB|·|CD|=(x+x+2)·2,
d=,
令t=x+x+2∈[4,35),则|AB|·|CD|=,
最小值为2.
17.已知椭圆C:+=1(a>b>0)短轴的两个顶点与右焦点的连线构成等边三角形,直线3x+4y+6=0与圆x2+(y-b)2=a2相切.
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知过椭圆C的左顶点A的两条直线l1,l2分别交椭圆C于M,N两点,且l1⊥l2,求证:直线MN过定点,并求出定点坐标;
(3)在(2)的条件下求△AMN面积的最大值.
解 (1)由题意,得∴
即C:+y2=1.
(2)由题意得直线l1,l2的斜率存在且不为0.
∵A(-2,0),设l1:x=my-2,l2:x=-y-2,
由得(m2+4)y2-4my=0,
∴M.同理,N.
①m≠±1时,kMN=,
lMN:y=.
此时过定点.
②m=±1时,lMN:x=-,过点.
∴lMN恒过定点.
(3)由(2)知S△AMN=×|yM-yN|
==8
==.
令t=≥2,
当且仅当m=±1时取等号,
∴S△AMN≤,且当m=±1时取等号.
∴(S△AMN)max=.
相关资料
更多