椭圆有两条对称轴,分别是长轴、短轴。
4.椭圆的焦半径公式:
对于椭圆1(a>b>0),F1(-c,0),F2(c,0)是它的两焦点。
若P(x,y)是椭圆上的任意一点,则|PF1|=a+ex,|PF2|=a-ex.
5.几个常用结论:
1)过椭圆上一点P(x0,y0)的切线方程为
;
2)斜率为k的切线方程为;
3)过焦点F2(c,0)倾斜角为θ的弦的长为
。
6.双曲线的定义,第一定义:
满足||PF1|-|PF2||=2a(2a<2c=|F1F2|,a>0)的点P的轨迹;
第二定义:
到定点的距离与到定直线距离之比为常数e(>1)的点的轨迹。
7.双曲线的方程:
中心在原点,焦点在x轴上的双曲线方程为
,
参数方程为(为参数)。
焦点在y轴上的双曲线的标准方程为
。
8.双曲线的相关概念,中心在原点,焦点在x轴上的双曲线
(a,b>0),
a称半实轴长,b称为半虚轴长,c为半焦距,实轴的两个端点为(-a,0),(a,0).左、右焦点为F1(-c,0),F2(c,0),对应的左、右准线方程分别为离心率,由a2+b2=c2知e>1。
两条渐近线方程为,双曲线与有相同的渐近线,它们的四个焦点在同一个圆上。
若a=b,则称为等轴双曲线。
9.双曲线的常用结论,1)焦半径公式,对于双曲线,F1(-c,0),F2(c,0)是它的两个焦点。
设P(x,y)是双曲线上的任一点,若P在右支上,则|PF1|=ex+a,|PF2|=ex-a;若P(x,y)在左支上,则|PF1|=-ex-a,|PF2|=-ex+a.
2)过焦点的倾斜角为θ的弦长是。
10.抛物线:
平面内与一个定点F和一条定直线l的距离相等的点的轨迹叫做抛物线,点F叫焦点,直线l叫做抛物线的准线。
若取经过焦点F且垂直于准线l的直线为x轴,x轴与l相交于K,以线段KF的垂直平分线为y轴,建立直角坐标系,设|KF|=p,则焦点F坐标为,准线方程为,标准方程为y2=2px(p>0),离心率e=1.
11.抛物线常用结论:
若P(x0,y0)为抛物线上任一点,
1)焦半径|PF|=;
2)过点P的切线方程为y0y=p(x+x0);
3)过焦点倾斜角为θ的弦长为。
12.极坐标系,在平面内取一个定点为极点记为O,从O出发的射线为极轴记为Ox轴,这样就建立了极坐标系,对于平面内任意一点P,记|OP|=ρ,∠xOP=θ,则由(ρ,θ)唯一确定点P的位置,(ρ,θ)称为极坐标。
13.圆锥曲线的统一定义:
到定点的距离与到定直线的距离的比为常数e的点P,若01,则点P的轨迹为双曲线的一支;若e=1,则点P的轨迹为抛物线。
这三种圆锥曲线统一的极坐标方程为。
二、方法与例题
1.与定义有关的问题。
例1已知定点A(2,1),F是椭圆的左焦点,点P为椭圆上的动点,当3|PA|+5|PF|取最小值时,求点P的坐标。
[解]见图11-1,由题设a=5,b=4,c==3,.椭圆左准线的方程为,又因为,所以点A在椭圆内部,又点F坐标为(-3,0),过P作PQ垂直于左准线,垂足为Q。
由定义知,则|PF|=|PQ|。
所以3|PA|+5|PF|=3(|PA|+|PF|)=3(|PA|+|PQ|)≥3|AM|(AM左准线于M)。
所以当且仅当P为AM与椭圆的交点时,3|PA|+5|PF|取最小值,把y=1代入椭圆方程得,又x<0,所以点P坐标为
例2已知P,为双曲线C:
右支上两点,延长线交右准线于K,PF1延长线交双曲线于Q,(F1为右焦点)。
求证:
∠F1K=∠KF1Q.
[证明]记右准线为l,作PDl于D,于E,因为//PD,则,又由定义,所以,由三角形外角平分线定理知,F1K为∠PF1P的外角平分线,所以∠=∠KF1Q。
2.求轨迹问题。
例3已知一椭圆及焦点F,点A为椭圆上一动点,求线段FA中点P的轨迹方程。
[解法一]利用定义,以椭圆的中心为原点O,焦点所在的直线为x轴,建立直角坐标系,设椭圆方程:
=1(a>b>0).F坐标为(-c,0).设另一焦点为。
连结,OP,则。
所以|FP|+|PO|=(|FA|+|A|)=a.
所以点P的轨迹是以F,O为两焦点的椭圆(因为a>|FO|=c),将此椭圆按向量m=(,0)平移,得到中心在原点的椭圆:
。
由平移公式知,所求椭圆的方程为
[解法二]相关点法。
设点P(x,y),A(x1,y1),则,即x1=2x+c,y1=2y.又因为点A在椭圆上,所以代入得关于点P的方程为。
它表示中心为,焦点分别为F和O的椭圆。
例4长为a,b的线段AB,CD分别在x轴,y轴上滑动,且A,B,C,D四点共圆,求此动圆圆心P的轨迹。
[解]设P(x,y)为轨迹上任意一点,A,B,C,D的坐标分别为A(x-,0),B(x+,0),C(0,y-),D(0,y+),记O为原点,由圆幂定理知|OA|•|OB|=|OC|•|OD|,用坐标表示为,即
当a=b时,轨迹为两条直线y=x与y=-x;
当a>b时,轨迹为焦点在x轴上的两条等轴双曲线;
当a
例5在坐标平面内,∠AOB=,AB边在直线l:
x=3上移动,求三角形AOB的外心的轨迹方程。
[解]设∠xOB=θ,并且B在A的上方,则点A,B坐标分别为B(3,3tanθ),A(3,3tan(θ-)),设外心为P(x,y),由中点公式知OB中点为M。
由外心性质知再由得
×tanθ=-1。
结合上式有
•tanθ=①
又tanθ+=②
又
所以tanθ-=两边平方,再将①,②代入得。
即为所求。
3.定值问题。
例6过双曲线(a>0,b>0)的右焦点F作B1B2轴,交双曲线于B1,B2两点,B2与左焦点F1连线交双曲线于B点,连结B1B交x轴于H点。
求证:
H的横坐标为定值。
[证明]设点B,H,F的坐标分别为(asecα,btanα),(x0,0),(c,0),则F1,B1,B2的坐标分别为(-c,0),(c,),(c,),因为F1,H分别是直线B2F,BB1与x轴的交点,所以
①
所以
。
由①得
代入上式得
即(定值)。
注:
本例也可借助梅涅劳斯定理证明,读者不妨一试。
例7设抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,经过点F的直线交抛物线于A,B两点,点C在准线上,且BC//x轴。
证明:
直线AC经过定点。
[证明]设,则,焦点为,所以,,,。
由于,所以•y2-y1=0,即=0。
因为,所以。
所以,即。
所以,即直线AC经过原点。
例8椭圆上有两点A,B,满足OAOB,O为原点,求证:
为定值。
[证明]设|OA|=r1,|OB|=r2,且∠xOA=θ,∠xOB=,则点A,B的坐标分别为A(r1cosθ,r1sinθ),B(-r2sinθ,r2cosθ)。
由A,B在椭圆上有
即①
②
①+②得(定值)。
4.最值问题。
例9设A,B是椭圆x2+3y2=1上的两个动点,且OAOB(O为原点),求|AB|的最大值与最小值。
[解]由题设a=1,b=,记|OA|=r1,|OB|=r2,,参考例8可得=4。
设m=|AB|2=,
因为,且a2>b2,所以,所以b≤r1≤a,同理b≤r2≤a.所以。
又函数f(x)=x+在上单调递减,在上单调递增,所以当t=1即|OA|=|OB|时,|AB|取最小值1;当或时,|AB|取最大值。
例10设一椭圆中心为原点,长轴在x轴上,离心率为,若圆C:
1上点与这椭圆上点的最大距离为,试求这个椭圆的方程。
[解]设A,B分别为圆C和椭圆上动点。
由题设圆心C坐标为,半径|CA|=1,因为|AB|≤|BC|+|CA|=|BC|+1,所以当且仅当A,B,C共线,且|BC|取最大值时,|AB|取最大值,所以|BC|最大值为
因为;所以可设椭圆半长轴、半焦距、半短轴长分别为2t,,t,椭圆方程为,并设点B坐标为B(2tcosθ,tsinθ),则|BC|2=(2tcosθ)2+=3t2sin2θ-3tsinθ++4t2=-3(tsinθ+)2+3+4t2.
若,则当sinθ=-1时,|BC|2取最大值t2+3t+,与题设不符。
若t>,则当sinθ=时,|BC|2取最大值3+4t2,由3+4t2=7得t=1.
所以椭圆方程为。
5.直线与二次曲线。
例11若抛物线y=ax2-1上存在关于直线x+y=0成轴对称的两点,试求a的取值范围。
[解]抛物线y=ax2-1的顶点为(0,-1),对称轴为y轴,存在关于直线x+y=0对称两点的条件是存在一对点P(x1,y1),(-y1,-x1),满足y1=a且-x1=a(-y1)2-1,相减得x1+y1=a(),因为P不在直线x+y=0上,所以x1+y1≠0,所以1=a(x1-y1),即x1=y1+
所以此方程有不等实根,所以,求得,即为所求。
例12若直线y=2x+b与椭圆相交,
(1)求b的范围;
(2)当截得弦长最大时,求b的值。
[解]二方程联立得17x2+16bx+4(b2-1)=0.由Δ>0,得
所以当b=0时,|PQ|最大。
三、基础训练题
1.A为半径是R的定圆⊙O上一定点,B为⊙O上任一点,点P是A关于B的对称点,则点P的轨迹是________.
2.一动点到两相交直线的距离的平方和为定值m2(>0),则动点的轨迹是________.
3.椭圆上有一点P,它到左准线的距离是10,它到右焦点的距离是________.
4.双曲线方程,则k的取值范围是________.
5.椭圆,焦点为F1,F2,椭圆上的点P满足∠F1PF2=600,则ΔF1PF2的面积是________.
6.直线l被双曲线所截的线段MN恰被点A(3,-1)平分,则l的方程为________.
7.ΔABC的三个顶点都在抛物线y2=32x上,点A(2,8),且ΔABC的重心与这条抛物线的焦点重合,则直线BC的斜率为________.
8.已知双曲线的两条渐近线方程为3x-4y-2=0和3x+4y-10=0,一条准线方程为5y+4=0,则双曲线方程为________.
9.已知曲线y2=ax,与其关于点(1,1)对称的曲线有两个不同的交点,如果过这两个交点的直