- 178.06 KB
- 2021-04-19 发布
第四讲 圆锥曲线的综合问题
1.[改编题]下列结论正确的是( )
A.f (x0,y0)=0是点P(x0,y0)在曲线f (x,y)=0上的充要条件
B.方程x2+xy=x表示的是一个点和一条直线
C.方程y=x与x=y2表示同一曲线
D.到两条互相垂直的直线距离相等的点的轨迹方程是x2=y2
2.[改编题]已知点F (14,0),直线l:x= - 14,点B是l上的动点,若过点B且垂直于y轴的直线与线段BF 的垂直平分线交于点M,则点M的轨迹是( )
A.双曲线 B.椭圆
C.圆 D.抛物线
3.[2019广东百校联考]已知A(x1,y1),B(x2,y2)是抛物线y=x2上不同的两点,分别以A,B为切点的两条切线互相垂直,则切线交点的轨迹为( )
A.直线 B.圆C.抛物线 D.双曲线的一支
考法1求轨迹方程
1直线l(不与x轴重合)过点F (1,0)且与y轴交于点G,过G作F G的垂线,与x轴交于点T,点P满足TP=2GP.
(1)求点P的轨迹C的方程;
(2)过点K( - 1,0)的直线l1与C交于A,B两点,点A关于x轴的对称点为D,FA·FB=89,求直线BD的方程.
(1)解法一 (直接法)如图10 - 4 - 1所示,连接PF ,设P(x,y).依题意知,G为线段TP的中点,F 在线段TP的垂直平分线上,故|TF |=|PF |.
因为|PF |=(x-1)2+y2,
所以T(1 - (x-1)2+y2,0).
又线段TP的中点G在y轴上,所以1 - (x-1)2+y2+x=0,
图10 - 4 - 1 图10 - 4 - 2
化简得y2=4x,即点P的轨迹方程为y2=4x(x≠0).
解法二 (定义法)如图10 - 4 - 2所示,过点P作y轴的垂线,与直线l交于点S,与y轴交于点R,连接ST,PF .由题意知SF 垂直平分线段TP,所以四边形STF P为菱形,
所以|PS|=|PF |,且G为线段SF 的中点,所以|RS|=|OF |=1,
故点P到定点F 的距离与它到定直线x= - 1的距离相等,
所以点P的轨迹是以F 为焦点,直线x= - 1为准线的抛物线.
设P(x,y),则点P的轨迹方程为y2=4x(x≠0).
解法三 (参数法)设∠xF G=θ,显然θ≠π2且θ≠π,
则点G(0, - tanθ).
因为GT⊥F G,
所以直线TG的方程为x+ytanθ= - tan2θ,
所以T( - tan2θ,0).
设P(x,y),因为TP=2GP,所以G是线段PT的中点,
所以x=tan2θ,y=-2tanθ(θ为参数),
消去tanθ,得点P的轨迹方程为y2=4x(x≠0).
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),D(x1, - y1),l1的方程为x=my - 1(m≠0),
将x=my - 1(m≠0)代入y2=4x并整理得y2 - 4my+4=0,
则Δ=16m2 - 16>0,m>1或m< - 1.y1+y2=4m,y1y2=4.
x1+x2=(my1 - 1)+(my2 - 1)=4m2 - 2,
x1x2=(my1 - 1)·(my2 - 1)=1.
因为FA=(x1 - 1,y1),FB=(x2 - 1,y2),
所以FA·FB=(x1 - 1)(x2 - 1)+y1y2=x1x2 - (x1+x2)+1+4=8 - 4m2,
故8 - 4m2=89,解得m=±43,满足Δ>0.
又|y2 - y1|=(4m)2-4×4=473,
所以直线BD的斜率为kBD=y2+y1x2-x1= 4y2-y1=±37.
因为直线BD的方程为y=y2+y1x2-x1(x - x2)+y2,
所以y=4y2-y1(x - y224)+y2,
所以y=4x-y1y2y2-y1,
即y=4(x-1)y2-y1,令y=0,得x=1,
所以直线BD过点(1,0),
所以直线BD的方程为3x+7y - 3=0或3x - 7y - 3=0.
1.[2017全国卷Ⅱ,20,12分][理]设O为坐标原点,动点M在椭圆C:x22+y2=1上,过M作x轴的垂线,垂足为N,点P满足NP=2NM.
(1)求点P的轨迹方程;
(2)设点Q在直线x= - 3上,且OP·PQ=1.证明:过点P且垂直于OQ的直线l过C的左焦点F .
2.已知圆C与两圆x2+(y+4)2=1,x2+(y - 2)2=1外切,圆C的圆心轨迹为L,设L上的点与点M(x,y)的距离的最小值为m,点F (0,1)与点M(x,y)的距离为n.
(1)求圆C的圆心轨迹L的方程;
(2)求满足条件m=n的点M的轨迹Q的方程.
考法2 与圆锥曲线有关的最值或取值范围问题
命题角度1 最值问题
2[2019全国卷Ⅱ,21,12分][理]已知点A( - 2,0),B(2,0),动点M(x,y)满足直线AM与BM的斜率之积为 - 12.记M的轨迹为曲线C.
(1)求C的方程,并说明C是什么曲线.
(2)过坐标原点的直线交C于P,Q两点,点P在第一象限,PE⊥x轴,垂足为E,连接QE并延长交C于点G.
(i)证明:△PQG是直角三角形;
(ii)求△PQG面积的最大值.
(1)先利用条件kAM·kBM= - 12建立方程,再将点的坐标代入,化简即得C的方程,从而可判断C是什么曲线.(2)(i)设直线PQ的方程为y=kx(k>0),然后与椭圆方程联立,求得点P,Q,E的坐标,从而求得直线QG
的方程,并与椭圆方程联立,求得点G的坐标,由此求得直线PG的斜率,进而可得PQ⊥PG,即证△PQG是直角三角形;(ii)由(i)求出|PQ|,|PG|,从而得到△PQG面积的表达式,进而利用换元法及函数的单调性求其最大值.
(1)由题设得yx+2·yx-2= - 12,化简得x24+y22=1(|x|≠2),所以C为中心在坐标原点,焦点在x轴上且不含左、右顶点的椭圆.
(2)(i)设直线PQ的斜率为k,则其方程为y=kx(k>0).
由y=kx,x24+y22=1得x=±21+2k2.
记u=21+2k2,则P(u,uk),Q( - u, - uk),E(u,0).
于是直线QG的斜率为k2,方程为y=k2(x - u).
由y=k2(x-u),x24+y22=1得(2+k2)x2 - 2uk2x+k2u2 - 8=0 ①.
设G(xG,yG),则x= - u和x=xG是方程①的解,故xG=u(3k2+2)2+k2,由此得yG=uk32+k2.
从而直线PG的斜率为uk32+k2-uku(3k2+2)2+k2-u= - 1k.
所以PQ⊥PG,即△PQG是直角三角形.
(ii)由(i)得|PQ|=2u1+k2,|PG|=2ukk2+12+k2,所以△PQG的面积S=12|PQ||PG|=8k(1+k2)(1+2k2)(2+k2)=8(1k+k)1+2(1k+k)2.
设t=k+1k,则由k>0得t≥2,当且仅当k=1时取等号.
因为S=8t1+2t2在[2,+∞)上单调递减,所以当t=2,即k=1时,S取得最大值,最大值为169.
因此,△PQG面积的最大值为169.
命题角度2 范围问题
3[2019河南郑州二测]在平面直角坐标系xOy中,已知圆C1:x2+y2=r2(r>0)与直线l0:y=x+22相切,点A为圆C1上一动点,AN⊥x轴于点N,且动点M满足OM+AM=ON,设动点M的轨迹为曲线C.
(1)求曲线C的方程;
(2)设P,Q是曲线C上两动点,线段PQ的中点为T,直线OP,OQ的斜率分别为k1,k2,且k1k2= - 14,求|OT|的取值范围.
(1)先设M(x,y),A(x0,y0),再由圆C1:x2+y2=r2(r>0)与直线l0:y=x+22相切求出r,结合OM+AM=ON,即可求出曲线C的方程.(2)当直线PQ的斜率不存在时,可求出|OT|=2,当直线PQ的斜率存在时,设直线PQ的方程为y=kx+m(m≠0),与椭圆方程联立,利用根与系数的关系、k1k2= - 14及中点坐标公式,求出|OT|2=2 - 34m2,进而讨论|OT|的取值范围.
(1)设动点M(x,y),A(x0,y0),由于AN⊥x轴于点N,则N(x0,0).
又圆C1:x2+y2=r2(r>0)与直线l0:y=x+22相切,
所以r=|22|2=2,则圆C1:x2+y2=4.(由条件得到圆C1的方程)
由OM+AM=ON,得(x,y)+(x - x0,y - y0)=(x0,0),
所以2x-x0=x0,2y-y0=0,即x0=x,y0=2y.(由向量等式得到坐标关系)
又点A为圆C1:x2+y2=4上一动点,所以x2+4y2=4.(此处运用了相关点法)
于是曲线C的方程为x24+y2=1.
(2)当直线PQ的斜率不存在时,可取直线OP的方程为y=12x,
不妨取点P(2,22),则Q(2, - 22),T(2,0),所以|OT|=2.(先讨论直线PQ的斜率不存在的情形)
当直线PQ的斜率存在时,设直线PQ的方程为y=kx+m(m≠0),P(x1,y1),Q(x2,y2),
由y=kx+m,x2+4y2=4消去y并整理得(1+4k2)x2+8kmx+4m2 - 4=0,易知Δ=16(4k2+1 - m2)>0 ①,
则x1+x2=-8km1+4k2,x1x2=4m2-41+4k2.
由k1k2= - 14,得4y1y2+x1x2=0,
所以4(kx1+m)(kx2+m)+x1x2=(4k2+1)x1x2+4km(x1+x2)+4m2=4m2 - 4 - 32k2m21+4k2+4m2=0,
化简得2m2=1+4k2(满足①式),所以m2≥12.
设T(x'0,y'0),则x'0=x1+x22=-4km1+4k2=-2km,y'0=kx'0+m=12m,
所以|OT|2=x'02+y'02=4k2m2+14m2=2 - 34m2∈[12,2),
即|OT|∈[22,2).
综上,|OT|的取值范围为[22,2].
3.[2017浙江,21,15分]如图10 - 4 - 3,已知抛物线x2=y,点A( - 12,14),B(32,94),抛物线上的点P(x,y)( - 12<x<32).过点B作直线AP的垂线,垂足为Q.
(1)求直线AP斜率的取值范围;
(2)求|PA|·|PQ|的最大值.
考法3 与圆锥曲线有关的定点、定值问题
命题角度1 定点问题
4[2019郑州质量预测]设M为圆C:x2+y2=4上的动点,点M在x轴上的射影为点N,动点P满足2PN=3MN,动点P的轨迹为E.
(1)求E的方程;
(2)设E的左顶点为D,若直线l:y=kx+m与曲线E交于A,B两点(A,B不是左、右顶点),且满足|DA+DB|=|DA-DB|,证明直线l恒过定点,并求出该定点的坐标.
(1)设点M(x0,y0),P(x,y),由题意可知N(x0,0).
因为2PN=3MN,所以2(x0 - x, - y)=3(0, - y0),
即x0=x,y0=23y.(将向量关系转化成坐标关系,可得到坐标的对应)
又点M在圆C:x2+y2=4上,所以x02+y02=4,
将x0=x,y0=23y代入,得x24+y23=1,(此处用了相关点法)
即轨迹E的方程为x24+y23=1.
(2)由(1)可知D( - 2,0),设A(x1,y1),B(x2,y2),
由y=kx+m,x24+y23=1消去y,得(3+4k2)x2+8mkx+4(m2 - 3)=0.
Δ=(8mk)2 - 4(3+4k2)(4m2 - 12)=16(12k2 - 3m2+9)>0,
即3+4k2 - m2>0.(由判别式大于0得到一个含二元变量的不等式)
所以x1+x2=-8mk3+4k2,x1x2=4(m2-3)3+4k2,y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+mk(x1+x2)+m2=3m2-12k23+4k2.
因为|DA+DB|=|DA-DB|,所以DA⊥DB,即DA·DB=0,
所以(x1+2,y1)·(x2+2,y2)=x1x2+2(x1+x2)+4+y1y2=0,
则4m2-123+4k2+2×-8mk3+4k2+4+3m2-12k23+4k2=0,所以7m2 - 16mk+4k2=0,
解得m1=2k,m2=27k,且均满足3+4k2 - m2>0.(需要检验结论是否满足判别式大于0)
当m1=2k时,直线l的方程为y=kx+2k=k(x+2),直线恒过定点( - 2,0),与已知矛盾;
当m2=27k时,直线l的方程为y=kx+27k=k(x+27),直线恒过定点( - 27,0).(由直线方程的点斜式可知直线恒过定点)
所以直线l恒过定点,且定点的坐标为( - 27,0).
命题角度2 定值问题
5 [2019洛阳市第二次统考]已知抛物线C:y2=2px(p>0),其焦点为F ,O为坐标原点,直线l与抛物线C相交于不同的两点A,B,M为线段AB的中点.
(1)若p=2,M的坐标为(1,1),求直线l的方程.
(2)若直线l过焦点F ,线段AB的垂直平分线交x轴于点N,试问:2|MN|2|FN|是否为定值?若为定值,试求出此定值;否则,说明理由.
(1)思路一 先判断直线l的斜率存在且不为0,设出直线l的方程,再将直线方程与抛物线方程联立,利用根与系数的关系及中点坐标公式求出直线l的方程.
思路二 先设A(x1,y1),B(x2,y2),再利用AB的中点为M(1,1),由“点差法”可求得直线l的斜率,即得直线l的方程.
(2)先利用中点坐标公式计算点M的坐标,再计算点N的坐标,由两点间的距离公式计算|MN|2,|F N|,可得2|MN|2|FN|为定值.
(1)解法一 由题意知直线l的斜率存在且不为0,可设直线l的方程为x - 1=t(y - 1)(t≠0),即x=ty+1 - t,A(x1,y1),B(x2,y2).
由p=2知抛物线方程为y2=4x,
由x=ty+1-t,y2=4x消去x,得y2 - 4ty - 4+4t=0.
Δ=( - 4t)2 - 4( - 4+4t)=16(t2 - t+1)>0,
y1+y2=4t,所以4t=2,解得t=12.(利用中点坐标公式求得t的值)
所以直线l的方程为2x - y - 1=0.
解法二 由p=2,知抛物线方程为y2=4x.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则y12=4x1,y22=4x2.
由题意知直线AB的斜率存在,则直线AB的斜率kAB=y1-y2x1-x2=4y1+y2,(利用点差法求直线AB的斜率)
因为线段AB的中点为M(1,1),所以y1+y2=2,
所以kAB=42=2,则直线l的方程为y - 1=2(x - 1),即2x - y - 1=0.
(2)2|MN|2|FN|为定值2p,证明如下.
由抛物线C:y2=2px(p>0),知焦点F 的坐标为(p2,0).
由题意知,直线l的斜率存在且不为0,
因为直线l过焦点F ,
所以可设直线l的方程为x=ry+p2(r≠0),A(x3,y3),B(x4,y4),
由x=ry+p2,y2=2px消去x,得y2 - 2pry - p2=0.
Δ=( - 2pr)2 - 4( - p2)=4p2r2+4p2>0,y3+y4=2pr,
所以x3+x4=r(y3+y4)+p=2pr2+p,则M(pr2+p2,pr).
所以直线MN的方程为y - pr= - r(x - pr2 - p2),
令y=0,解得x=pr2+3p2,则N(pr2+3p2,0).
所以|MN|2=p2+p2r2,|F N|=pr2+3p2-p2=pr2+p,
于是2|MN|2|FN|=2(p2+p2r2)pr2+p=2p.(整体相消得到定值)
所以2|MN|2|FN|为定值2p.
4.[2019合肥高三质检]已知直线l经过椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的右焦点(1,0),交椭圆C于点A,B,点F 为椭圆C的左焦点,△ABF 的周长为8.
(1)求椭圆C的标准方程.
(2)若直线m与直线l的倾斜角互补,直线m交椭圆C于点M,N,|MN|2=4|AB|,求证:直线m与直线l的交点P在定直线上.
考法4 与圆锥曲线有关的存在性问题
6 [2019湘东六校联考]已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率e=12,点A(b,0),B,F 分别为椭圆C的上顶点和左焦点,且|BF |·|BA|=26.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若过定点M(0,2)的直线l与椭圆C交于G,H两点(G在M,H之间),设直线l的斜率k>0,在x轴上是否存在点P(m,0),使得以PG,PH为邻边的平行四边形为菱形?如果存在,求出m的取值范围;如果不存在,请说明理由.
(1)先由离心率得到a,c的关系式,再由|BF |·|BA|=26得到a,b的关系式,结合a2 - b2=c2求出a2,b2,即得椭圆C的方程.(2)先设出直线l的方程,并与椭圆方程联立,利用Δ>0得到k的取值范围,再分别写出PG+PH,GH的坐标,从而由菱形的性质、向量垂直的充要条件及根与系数的关系得到m关于k的表达式,进而求出m的取值范围.
(1)由离心率e=12,得ca=12,即a=2c ①.
由|BF |·|BA|=26,得a·b2+b2=26,即ab=23 ②.
易知a2 - b2=c2 ③.
由①②③可解得a2=4,b2=3,
所以椭圆C的方程为x24+y23=1.
(2)设直线l的方程为y=kx+2(k>0),
由y=kx+2,x24+y23=1消去y得,(3+4k2)x2+16kx+4=0.
由Δ=(16k)2 - 16(3+4k2)>0,解得k>12.
设G(x1,y1),H(x2,y2),则x1+x2=-16k4k2+3,
PG+PH=(x1+x2 - 2m,k(x1+x2)+4),GH=(x2 - x1,y2 - y1)=(x2 - x1,k(x2 - x1)).
因为菱形的对角线互相垂直,所以(PG+PH)·GH=0,
所以(1+k2)(x1+x2)+4k - 2m=0,得m= - 2k4k2+3= - 24k+3k.
因为k>12,所以 - 36≤m<0(当且仅当3k=4k,即k=32时,等号成立).
所以存在满足条件的实数m,且m的取值范围为[ - 36,0).
5.[2020广东惠州高三调研]已知定点A( - 3,0),B(3,0),直线AM,BM相交于点M,且它们的斜率之积为 - 19,记动点M的轨迹为曲线C.
(1)求曲线C的方程.
(2)过点T(1,0)的直线l与曲线C交于P,Q两点,是否存在定点S(x0,0),使得直线SP与SQ斜率之积为定值?若存在,求出S的坐标;若不存在,请说明理由.
考法5 圆锥曲线的综合问题
命题角度1 圆锥曲线中的角相等问题
7 [2019河南郑州三测]已知抛物线C:y2=2px(p>0),圆E:(x - 3)2+y2=1.
(1)F 是抛物线C的焦点,A是抛物线C上的定点,AF=(0,2),求抛物线C的方程.
(2)在(1)的条件下,过点F 的直线l与圆E相切,设直线l交抛物线C于P,Q两点,则在x轴上是否存在点M,使∠PMO=∠QMO(O为坐标原点)?若存在,求出点M的坐标;若不存在,请说明理由.
(1)先写出焦点F 的坐标,由AF=(0,2),得到点A的坐标,再将A的坐标代入抛物线方程求出p值,即得抛物线C的方程.(2)先讨论直线的斜率不存在时不合题意,再设出斜率为k的直线方程,利用直线与圆相切求出k值,将切线方程与抛物线方程联立,由∠PMO=∠QMO推出点M的坐标,问题获解.
(1)依题意知,抛物线C的焦点为F (p2,0),
由AF=(0,2),可知A(p2, - 2),(理解向量的坐标运算)
将点A的坐标代入y2=2px,求得p=2,
所以抛物线C的方程为y2=4x.
(2)当直线的斜率不存在时,过点F (1,0)的直线不可能与圆E相切,(先讨论斜率不存在的情形)
所以过抛物线的焦点与圆E相切的直线的斜率存在.
设直线的斜率为k,则直线的方程为y=k(x - 1),(再研究斜率存在的情形)
所以圆心E(3,0)到直线的距离d=|2k|1+k2.
当直线与圆相切时,d=1=|2k|1+k2,解得k=±33,
所以切线方程为y=33(x - 1)或y= - 33(x - 1).(由直线和圆相切得到圆的切线方程)
不妨设直线l :y=33(x - 1)交抛物线于P(x1,y1),Q(x2,y2)两点,
由y=33(x-1),y2=4x消去y并整理,得x2 - 14x+1=0,Δ>0,则x1+x2=14,x1x2=1.
假设存在点M(t,0),使∠PMO=∠QMO,则kPM+kQM=0.
所以kPM+kQM=y1x1-t+y2x2-t
=33(x1-1)x1-t+33(x2-1)x2-t
=33×(x1-1)(x2-t)+(x2-1)(x1-t)(x1-t)(x2-t)
=33×2x1x2-(t+1)(x1+x2)+2t(x1-t)(x2-t)
=33×2-(t+1)×14+2t(x1-t)(x2-t)
=33×-12-12t(x1-t)(x2-t)
=0,
即t= - 1,
由此可知存在点M( - 1,0)符合条件.
当直线l的方程为y= - 33(x - 1)时,由对称性知点M( - 1,0)也符合条件.
综上可知,存在点M( - 1,0),使∠PMO=∠QMO.
命题角度2 圆锥曲线中的三点共线问题
8 [2020安徽合肥调研]设椭圆E:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,过点F 1的直线交椭圆E于A,B两点.若椭圆E的离心率为22,△ABF 2的周长为46.
(1)求椭圆E的方程;
(2)设不经过椭圆的中心O且平行于弦AB的直线交椭圆E于点C,D,设弦AB,CD的中点分别为M,N,证明:O,M,N三点共线.
(1)先由△ABF 2的周长求出a,再结合离心率求出c,利用b2=a2 - c2求出b2,即得椭圆E的方程.(2)分两种情况求解:当直线AB,CD的斜率不存在时,利用对称性知O,M,N三点共线;当直线AB,CD的斜率存在时,设斜率为k,再设出A,B,M的坐标,并把A,B的坐标代入椭圆方程,利用“点差法”可得出k·kOM= - 12,同理可得k·kON= - 12,依此得kOM=kON,即O,M,N三点共线.
(1)由△ABF 2的周长为46,可知4a=46,(利用焦点三角形的性质)
所以a=6.
又e=ca=22,所以c=3,b2=a2 - c2=3.
于是椭圆E的方程为x26+y23=1.
(2)当直线AB,CD的斜率不存在时,由椭圆的对称性知,中点M,N在x轴上,此时O,M,N三点共线.(先讨论特殊情形)
当直线AB,CD的斜率存在时,设其斜率为k(k≠0),(再探究一般情形)
设A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),则x126+y123=1,x226+y223=1,
两式相减,得x126+y123 - (x226+y223)=0,整理得y1-y2x1-x2·y1+y2x1+x2= - 36,(此处利用了点差法)
所以y1-y2x1-x2·y0x0= - 12,即k·kOM= - 12(kOM为直线OM的斜率),
所以kOM= - 12k.
同理可得kON= - 12k(kON为直线ON的斜率).
所以kOM=kON,即O,M,N三点共线.
综上所述,O,M,N三点共线.
数学探究1 圆锥曲线与数列的交汇
9[2018全国卷Ⅲ,20,12分][理]已知斜率为k的直线l与椭圆C:x24+y23=1交于A,B两点,线段AB的中点为M(1,m)(m>0).
(1)证明:k< - 12.
(2)设F 为C的右焦点,P为C上一点,且FP+FA+FB=0.证明:|FA|,|FP|,|FB|成等差数列,并求该数列的公差.
(1)思路一 先利用直线的斜率、直线与椭圆的位置关系及中点坐标公式,得到一个关于k,m的关系式,再利用m的范围即可证k< - 12.
思路二 先设出直线的方程,与椭圆方程联立,由根与系数的关系及中点坐标公式得到一个关于k,m的关系式,又点M在椭圆内,由点与椭圆的位置关系可得出k的取值范围,然后进行验证.
(2)利用条件FP+FA+FB=0求出点P的坐标,进而求出各线段的长度,从而证明|FA|,|FP|,|FB|成等差数列,并求出该数列的
公差d.
(1)解法一 设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x124+y123=1,x224+y223=1.
两式相减,并由y1-y2x1-x2=k得x1+x24+y1+y23·k=0.
由题设知x1+x22=1,y1+y22=m,于是k= - 34m ①.
由题设得00),所以x1+x22=1,即4k(k-m)3+4k2=1,化简得m= - 34k.
由m>0得, - 34k>0,所以k<0.
又点M(1,m)在椭圆内部,所以14+m23<1,即14+316k2<1,解得k< - 12.
经检验,当m= - 34k,k< - 12时,满足Δ>0.
故k< - 12.
(2)由题意得F (1,0).设P(x3,y3),则由FP+FA+FB=0,得(x3 - 1,y3)+(x1 - 1,y1)+(x2 - 1,y2)=(0,0).
由(1)及题设得x3=3 - (x1+x2)=1,y3= - (y1+y2)= - 2m<0.
又点P在C上,所以m=34,从而P(1, - 32),|FP|=32.
于是|FA|=(x1-1)2+y12=(x1-1)2+3(1-x124)=2 - x12.
同理|FB|=2 - x22.
所以|FA|+|FB|=4 - 12(x1+x2)=3.
故2|FP|=|FA|+|FB|,即|FA|,|FP|,|FB|成等差数列.
设该数列的公差为d,则2|d|=||FB| - |FA||=12|x1 - x2|=12(x1+x2)2-4x1x2 ②.
将m=34代入(1)中的①得k= - 1.
所以l的方程为y= - x+74,代入C的方程,并整理得7x2 - 14x+14=0.
故x1+x2=2,x1x2=128,代入②解得|d |=32128.
所以该数列的公差为32128或 - 32128.
素养探源
核心素养
考查途径
素养水平
数学运算
第(1)问中的解法一:由点差法得出k= - 34m.
第(1)问中的解法二:由根与系数的关系得出m= - 34k.
第(1)问中的解法一:由k= - 34m且0b>0)的右焦点,点P(2,2)在椭圆C上,且PF ⊥x轴.
(1)求椭圆C的方程;
(2)如图10 - 4 - 4,过点F 的直线l分别交椭圆C于A,B两点,交直线x=4于点M.判断PA,PM,PB的斜率是否构成等差数列,并说明理由.
数学探究 2 圆锥曲线与平面向量的交汇
10 [2020天津模拟]已知抛物线C1:x2=2py(p>0)和圆C2:(x+1)2+y2=2,倾斜角为45°的直线l1过C1的焦点,且l1与C2相切.
(1)求p的值;
(2)动点M在C1的准线上,动点A在C1上,若C1在点A处的切线l2交y轴于点B,设MN=MA+MB,证明点N在定直线上,并求该定直线的方程.
(1)首先设出直线l1的方程,再利用直线l1与C2相切,可求出p的值.(2)首先设出点M的坐标,再利用导数求出在A点处的切线的斜率及切线l2的方程,得到与y轴的交点B的坐标,由向量关系MN=MA+MB进行坐标运算,得到点N在定直线上.
(1)依题意,设直线l1的方程为y=x+p2,
因为直线l1与C2相切,所以圆心C2( - 1,0)到直线l1:y=x+p2的距离d=|-1+p2|12+(-1)2=2,
即|-1+p2|2=2,解得p=6或p= - 2(舍去).
所以p=6.
(2)依题意设M(m, - 3),
由(1)知抛物线C1的方程为x2=12y,即y=x212,所以y' =x6.
设A(x1,y1),则以A为切点的切线l2的斜率为k=x16,
所以切线l2的方程为y=16x1(x - x1)+y1.
令x=0,得y= - 16x12+y1= - 16×12y1+y1= - y1,
即点B的坐标为(0, - y1),
所以MA=(x1 - m,y1+3),MB=( - m, - y1+3),
所以MN=MA+MB=(x1 - 2m,6),ON=OM+MN=(x1 - m,3),其中O为坐标原点.
设点N的坐标为(x,y),则y=3,
所以点N在定直线y=3上.
素养探源
核心素养
考查途径
素养水平
数学运算
①由点到直线的距离公式求出p的值.
②利用导数求出切线的斜率.
③向量坐标的计算.
二
逻辑推理
①由直线与圆相切联想到应用点到直线的距离公式.
②通过向量关系得到ON=(x1 - m,3)后,判断点N在定直线y=3上.
二
直观想象
直线与圆的位置关系,直线与抛物线的位置关系.
二
7.[2019浙江湖州五校高三模拟]如图10 - 4 - 5,已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的离心率为32,点M( - 2,1)是椭圆内一点,过点M作两条斜率存在且互相垂直的动直线l1,l2,l1与椭圆C相交于点A,B,l2与椭圆C相交于点D,E,当M恰好为线段AB的中点时,|AB|=10.
(1)求椭圆C的标准方程; 图10 - 4 - 5
(2)求AD·EB的最小值.
1.A 对于选项B,方程x2+xy=x表示的是两条直线,故B错误;对于选项C,方程y=x中,x≥0,y≥0,而方程x=y2中,x≥0,y∈R,故这两个方程表示的不是同一条曲线,故C错误;对于选项D,因为两条直线的具体位置不确定,所以所求轨迹方程也无法确定,故D错误.选A.
2.D 由已知得|MF|=|MB|,根据抛物线的定义知,点M的轨迹是以点F为焦点,直线l为准线的抛物线.故选D.
3.A 因为y'=2x,所以4x1x2= - 1,即x1x2= - 14,过点A的切线方程为y - y1=2x1(x - x1),即y=2x1x - x12.同理,过点B的切线方程为y=2x2x - x22.由y=2x1x - x12,y=2x2x - x22,解得y= - 14.故切线交点的轨迹方程为y= - 14,即切线交点的轨迹为直线,故选A.
1.(1)设P(x,y),M(x0,y0),
则N(x0,0),NP=(x - x0,y),NM=(0,y0).
因为NP=2NM,所以x0=x,y0=y2.
因为动点M在椭圆C上,所以x022+y02=1,即x22+y22=1,
故点P的轨迹方程为x2+y2=2.
(2)由题意知,椭圆C的左焦点为F( - 1,0).设Q( - 3,t),P(m,n),则OQ=( - 3,t),PF=( - 1 - m, - n),
OQ·PF=3+3m - tn,
OP=(m,n),PQ=( - 3 - m,t - n).
由OP·PQ=1,得 - 3m - m2+tn - n2=1,
又由(1)知m2+n2=2,故3+3m - tn=0,
所以OQ·PF=0,即OQ⊥PF.
因为过点P存在唯一直线垂直于OQ,所以过点P且垂直于OQ的直线l过C的左焦点F.
2.(1)两圆半径都为1,两圆圆心分别为C1(0, - 4),C2(0,2),由题意得|CC1|=|CC2|,可知圆心C的轨迹是线段C1C2的垂直平分线,C1C2的中点为(0, - 1),直线C1C2的斜率不存在,故圆C的圆心轨迹L的方程为y= - 1.
(2)因为m=n,所以M(x,y)到直线y= - 1的距离与到点F(0,1)的距离相等,故点M的轨迹Q是以直线y= - 1为准线,点F(0,1)为焦点的抛物线,所以p2=1,即p=2,所以轨迹Q的方程是x2=4y.
3.(1)设直线AP的斜率为k,则k=x2 - 14x+12=x - 12.
因为 - 120,
∴xM+xN= - 8k2t3+4k2,xMxN=4(k2t2 - 3)3+4k2,
∴|MN|2=(1+k2)·16(12k2 - 3k2t2+9)(3+4k2)2.
同理,|AB|=1+k2·49k2+93+4k2=12(1+k2)3+4k2.
由|MN|2=4|AB|得t=0,满足Δ>0,
∴直线m:y= - kx,
∴P(12, - 12k),即点P在定直线x=12上.
5.(1)设动点M(x,y),则直线MA的斜率kMA=yx+3(x≠ - 3),
直线MB的斜率kMB=yx - 3(x≠3).
因为kMA·kMB= - 19,所以yx+3·yx - 3= - 19,化简得x29+y2=1,
又x≠±3,所以曲线C的方程为x29+y2=1(x≠±3).
(2)由题意得直线l的斜率不为0,根据直线l过点T(1,0),可设直线l的方程为x=my+1,
联立得x=my+1,x2+9y2=9,消去x得(m2+9)y2+2my - 8=0,Δ>0.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),则y1+y2= - 2mm2+9,y1y2= - 8m2+9.
直线SP与SQ的斜率分别为kSP=y1x1 - x0=y1my1+1 - x0,kSQ=y2x2 - x0=y2my2+1 - x0,
则kSP·kSQ=y1y2(my1+1 - x0)(my2+1 - x0)
= - 8(x02 - 9)m2+9(1 - x0)2.
当x0=3时,∀m∈R,kSP·kSQ= - 89(1 - x0)2= - 29;
当x0= - 3时,∀m∈R,kSP·kSQ= - 89(1 - x0)2= - 118.
所以存在定点S(±3,0),使得直线SP与SQ斜率之积为定值.
6.(1)因为点P(2,2)在椭圆C上,且PF⊥x轴,
所以c=2.
设椭圆C的左焦点为E,则|EF|=2c=4,|PF|=2,
连接PE,则在Rt△EFP中,|PE|2=|PF|2+|EF|2=18,所以|PE|=32.
所以2a=|PE|+|PF|=42,则a=22,b2=a2 - c2=4,
所以椭圆C的方程为x28+y24=1.
(2)由题意可设直线AB的方程为y=k(x - 2),
令x=4,得y=2k,则点M的坐标为(4,2k).
由y=k(x - 2),x28+y24=1消去y并整理,得(2k2+1)x2 - 8k2x+8(k2 - 1)=0,Δ>0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=8k22k2+1,x1x2=8(k2 - 1)2k2+1 ①.
设直线PA,PB,PM的斜率分别为k1,k2,k3,
从而k1=y1 - 2x1 - 2,k2=y2 - 2x2 - 2,k3=2k - 24 - 2=k - 22.
因为直线AB的方程为y=k(x - 2),则y1=k(x1 - 2),y2=k(x2 - 2),
所以k1+k2=y1 - 2x1 - 2+y2 - 2x2 - 2=y1x1 - 2+y2x2 - 2-2(1x1 - 2+1x2 - 2)=2k - 2·x1+x2 - 4x1x2 - 2(x1+x2)+4 ②.
将①代入②,得k1+k2=2k - 2·8k22k2+1 - 48(k2 - 1)2k2+1 - 16k22k2+1+4=2k - 2.
又k3=k - 22,所以k1+k2=2k3,
于是直线PA,PM,PB的斜率成等差数列.
7.(1)由题意得a2 - b2a2=34,∴a2=4b2,即椭圆C的方程为x24b2+y2b2=1.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x12+4y12=4b2 ①,x22+4y22=4b2 ②,① - ②得(x1 - x2)(x1+x2)+4(y1 - y2)·(y1+y2)=0.
当M( - 2,1)为线段AB的中点时,
x1+x2= - 4,y1+y2=2,
∴此时直线l1的斜率k1为y1 - y2x1 - x2=12,
∴此时直线l1的方程为y=12x+2.
由x24b2+y2b2=1,y=12x+2消去y得,x2+4x+8 - 2b2=0,由Δ1>0,得b2>2,则x1+x2= - 4,x1x2=8 - 2b2,
则|AB|=1+k12|x1 - x2|=1+1416 - 4(8 - 2b2)=10,
得b2=3,满足题意.
∴椭圆C的标准方程为x212+y23=1.
(2)设直线AB的方程为y=k(x+2)+1(k≠0),
由x212+y23=1,y=k(x+2)+1消去y得,(1+4k2)x2+8k(2k+1)x+4(2k+1)2 - 12=0,Δ2>0,
∴x1+x2= - 8k(2k+1)1+4k2,x1x2=4(2k+1)2 - 121+4k2.
设D(x3,y3),E(x4,y4),
则AD·EB=(AM+MD)·(EM+MB)=AM·MB+EM·MD=( - 2 - x1,1 - y1)·(2+x2,y2 - 1)+( - 2 - x4,1 - y4)·(2+x3,y3 - 1),
( - 2 - x1,1 - y1)·(2+x2,y2 - 1)= - (1+k2)(2+x1)(2+x2)= - (1+k2)[4+2(x1+x2)+x1x2]=4(1+k2)1+4k2,
同理可得( - 2 - x4,1 - y4)·(2+x3,y3 - 1)=4(1+k2)4+k2.
∴AD·EB=4(1+k2)(11+4k2+14+k2)=20(1+k2)2(1+4k2)(4+k2)≥20(1+k2)2(1+4k2+4+k22)2=165,当且仅当k=±1时取等号.
∴AD·EB的最小值为165.