第35练 圆锥曲线中的探索性问题.docx

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第35练圆锥曲线中的探索性问题

第35练 圆锥曲线中的探索性问题

[题型分析·高考展望] 本部分主要以解答题形式考查,往往是试卷的压轴题之一,一般以椭圆或抛物线为背景,考查弦长、定点、定值、最值范围问题或探索性问题,试题难度较大.

体验高考

1.(2016·山东)平面直角坐标系xOy中,椭圆C:

+=1(a>b>0)的离心率是,抛物线E:

x2=2y的焦点F是C的一个顶点.

(1)求椭圆C的方程;

(2)设P是E上的动点,且位于第一象限,E在点P处的切线l与C交于不同的两点A,B,线段AB的中点为D.直线OD与过P且垂直于x轴的直线交于点M.

①求证:

点M在定直线上;

②直线l与y轴交于点G,记△PFG的面积为S1,△PDM的面积为S2,求的最大值及取得最大值时点P的坐标.

(1)解 由题意知=,可得a2=4b2,因为抛物线E的焦点F,所以b=,a=1,所以椭圆C的方程为x2+4y2=1.

(2)①证明 设P(m>0),由x2=2y,可得y′=x,所以直线l的斜率为m,因此直线l的方程为y-=m(x-m),

即y=mx-.

设A(x1,y1),B(x2,y2),D(x0,y0).

联立方程

得(4m2+1)x2-4m3x+m4-1=0.

由Δ>0,得0

且x1+x2=,因此x0=,将其代入y=mx-,得y0=,因为=-.

所以直线OD方程为y=-x,

联立方程得点M的纵坐标yM=-,

所以点M在定直线y=-上.

②解 由①知直线l的方程为y=mx-,

令x=0,得y=-,所以G,

又P,F,D,

所以S1=·|GF|·m=,

S2=·|PM|·|m-x0|=××=.所以=.

设t=2m2+1,则===-++2,当=,即t=2时,取到最大值,

此时m=,满足(*)式,所以P点坐标为.

因此的最大值为,此时点P的坐标为.

2.(2016·四川)已知椭圆E:

+=1(a>b>0)的两个焦点与短轴的一个端点是直角三角形的三个顶点,直线l:

y=-x+3与椭圆E有且只有一个公共点T.

(1)求椭圆E的方程及点T的坐标;

(2)设O是坐标原点,直线l′平行于OT,与椭圆E交于不同的两点A、B,且与直线l交于点P.证明:

存在常数λ,使得|PT|2=λ|PA|·|PB|,并求λ的值.

解 

(1)由已知,得a=b,

则椭圆E的方程为+=1.

由方程组得3x2-12x+(18-2b2)=0.①

方程①的判别式为Δ=24(b2-3),由Δ=0,得b2=3,

此时方程①的解为x=2,所以椭圆E的方程为+=1.点T的坐标为(2,1).

(2)由已知可设直线l′的方程为y=x+m(m≠0),

由方程组可得

所以P点坐标为,|PT|2=m2.

设点A,B的坐标分别为A(x1,y1),B(x2,y2).

由方程组

可得3x2+4mx+(4m2-12)=0.②

方程②的判别式为Δ=16(9-2m2),

由Δ>0,解得-

由②得x1+x2=-,x1x2=.

所以|PA|=

=,同理|PB|=.

所以|PA|·|PB|=

==m2.

故存在常数λ=,使得|PT|2=λ|PA|·|PB|.

高考必会题型

题型一 定值、定点问题

例1 已知椭圆C:

+=1(a>b>0)经过点(0,),离心率为,直线l经过椭圆C的右焦点F交椭圆于A、B两点.

(1)求椭圆C的方程;

(2)若直线l交y轴于点M,且=λ,=μ,当直线l的倾斜角变化时,探求λ+μ的值是否为定值?

若是,求出λ+μ的值;否则,请说明理由.

解 

(1)依题意得b=,e==,a2=b2+c2,

∴a=2,c=1,∴椭圆C的方程为+=1.

(2)∵直线l与y轴相交于点M,故斜率存在,

又F坐标为(1,0),设直线l方程为

y=k(x-1),求得l与y轴交于M(0,-k),

设l交椭圆A(x1,y1),B(x2,y2),

消去y得(3+4k2)x2-8k2x+4k2-12=0,

∴x1+x2=,x1x2=,

又由=λ,∴(x1,y1+k)=λ(1-x1,-y1),

∴λ=,同理μ=,

∴λ+μ=+===-.

∴当直线l的倾斜角变化时,λ+μ的值为定值-.

点评 

(1)定点问题的求解策略

把直线或曲线方程中的变量x,y当作常数看待,把方程一端化为零,既然直线或曲线过定点,那么这个方程就要对任意参数都成立,这时参数的系数就要全部等于零,这样就得到一个关于x,y的方程组,这个方程组的解所确定的点就是直线或曲线所过的定点.

(2)定值问题的求解策略

在解析几何中,有些几何量与参数无关,这就是“定值”问题,解决这类问题常通过取特殊值,先确定“定值”是多少,再进行证明,或者将问题转化为代数式,再证明该式是与变量无关的常数或者由该等式与变量无关,令其系数等于零即可得到定值.

变式训练1 已知抛物线y2=2px(p>0),过点M(5,-2)的动直线l交抛物线于A,B两点,当直线l的斜率为-1时,点M恰为AB的中点.

(1)求抛物线的方程;

(2)抛物线上是否存在一个定点P,使得以弦AB为直径的圆恒过点P,若存在,求出点P的坐标,若不存在,请说明理由.

解 

(1)当直线l的斜率为-1时,

直线l的方程为x+y-3=0,即x=3-y,

代入y2=2px(p>0)得y2+2py-6p=0,

=-p=-2,p=2,

所以抛物线的方程为y2=4x.

(2)设直线l的方程为x=m(y+2)+5,

代入y2=4x得y2-4my-8m-20=0,

设点A(,y1),B(,y2),

则y1+y2=4m,y1y2=-8m-20,

假设存在点P(,y0)总是在以弦AB为直径的圆上,

则·=(-)(-)+(y1-y0)(y2-y0)=0,

当y1=y0或y2=y0时,等式显然成立;

当y1≠y0或y2≠y0时,

则有(y1+y0)(y2+y0)=-16,

即4my0+y-8m-20=-16,(4m+y0+2)(y0-2)=0,

解得y0=2,x0=1,

所以存在点P(1,2)满足题意.

题型二 定直线问题

例2 在平面直角坐标系xOy中,过定点C(0,p)作直线与抛物线x2=2py(p>0)相交于A,B两点.

(1)若点N是点C关于坐标原点O的对称点,求△ANB面积的最小值;

(2)是否存在垂直于y轴的直线l,使得l被以AC为直径的圆截得的弦长恒为定值?

若存在,求出l的方程;若不存在,请说明理由.

解 方法一 

(1)依题意,点N的坐标为(0,-p),

可设A(x1,y1),B(x2,y2),

直线AB的方程为y=kx+p,

与x2=2py联立得

消去y得x2-2pkx-2p2=0.

由根与系数的关系得x1+x2=2pk,x1x2=-2p2.

于是S△ABN=S△BCN+S△ACN=·2p|x1-x2|

=p|x1-x2|=p

=p=2p2,

∴当k=0时,(S△ABN)min=2p2.

(2)假设满足条件的直线l存在,其方程为y=a,

AC的中点为O′,l与以AC为直径的圆相交于点P,Q,PQ的中点为H,

则O′H⊥PQ,O′点的坐标为(,).

∵|O′P|=|AC|==,

|O′H|==|2a-y1-p|,

∴|PH|2=|O′P|2-|O′H|2

=(y+p2)-(2a-y1-p)2

=(a-)y1+a(p-a),

∴|PQ|2=(2|PH|)2=4[(a-)y1+a(p-a)].

令a-=0,得a=,

此时|PQ|=p为定值,故满足条件的直线l存在,

其方程为y=,即抛物线的通径所在的直线.

方法二 

(1)前同方法一,再由弦长公式得

|AB|=|x1-x2|

=·

=·

=2p·,

又由点到直线的距离公式得d=.

从而S△ABN=·d·|AB|=·2p··=2p2.

∴当k=0时,(S△ABN)min=2p2.

(2)假设满足条件的直线l存在,其方程为y=a,

则以AC为直径的圆的方程为(x-0)(x-x1)+(y-p)(y-y1)=0,

将直线方程y=a代入得x2-x1x+(a-p)(a-y1)=0,

则Δ=x-4(a-p)(a-y1)=4[(a-)y1+a(p-a)].

设直线l与以AC为直径的圆的交点为P(x3,y3),Q(x4,y4),

则有|PQ|=|x3-x4|

=2.

令a-=0,得a=,

此时|PQ|=p为定值,故满足条件的直线l存在,

其方程为y=,即抛物线的通径所在的直线.

点评 

(1)定直线由斜率、截距、定点等因素确定.

(2)定直线一般为特殊直线x=x0,y=y0等.

变式训练2 椭圆C的方程为+=1(a>b>0),F1、F2分别是它的左、右焦点,已知椭圆C过点(0,1),且离心率e=.

(1)求椭圆C的方程;

(2)如图,设椭圆的左、右顶点分别为A、B,直线l的方程为x=4,P是椭圆上异于A、B的任意一点,直线PA、PB分别交直线l于D、E两点,求·的值;

(3)过点Q(1,0)任意作直线m(与x轴不垂直)与椭圆C交于M、N两点,与l交于R点,=x,=y,求证:

4x+4y+5=0.

(1)解 由题意可得b=1,=,

∴a=3,椭圆C的方程为+y2=1.

(2)解 设P(x0,y0),则直线PA、PB的方程分别为

y=(x+3),y=(x-3),

将x=4分别代入可求得D,E两点的坐标分别为

D(4,),E(4,).

(1)知,F1(-2,0),F2(2,0),

∴·=(4+2,)·(4-2,)=8+,

又∵点P(x0,y0)在椭圆C上,

∴+y=1⇒=-,

∴·=.

(3)证明 设M(x1,y1),N(x2,y2),R(4,t),

由=x得(x1-4,y1-t)=x(1-x1,-y1),

∴(x≠-1),

代入椭圆方程得(4+x)2+9t2=9(1+x)2,①

同理由=y得(4+y)2+9t2=9(1+y)2,②

①-②消去t,得x+y=-,

∴4x+4y+5=0.

题型三 存在性问题

例3 

(1)已知直线y=a交抛物线y=x2于A,B两点.若该抛物线上存在点C,使得∠ACB为直角,则a的取值范围为________.

答案 [1,+∞)

解析 以AB为直径的圆的方程为x2+(y-a)2=a,

由得y2+(1-2a)y+a2-a=0.

即(y-a)[y-(a-1)]=0,

由已知解得a≥1.

(2)如图,梯形ABCD的底边AB在y轴上,原点O为AB的中点,|AB|=,|CD|=2-,AC⊥BD,M为CD的中点.

①求点M的轨迹方程;

②过M作AB的垂线,垂足为N,若存在正常数λ0,使=λ0,且P点到A,B的距离和为定值,求点P的轨迹E的方程;

③过(0,)的直线与轨迹E交于P、Q两点,求△OPQ面积的最大值.

解 ①设点M的坐标为M(x,y)(x≠0),

则C(x,y-1+),D(x,y+1-).

又A(0,),B(0,-).

由AC⊥BD有·=0,

即(x,y-1)·(x,y+1)=0,

∴x2+y2=1(x≠0),

即点M的轨迹方程为x2+y2=1(x≠0).

②设P(x,y),则M((1+λ0)x,y),

代入M的轨迹方程有(1+λ0)2x2+y2=1(x≠0).

即+y2=1(x≠0),

∴点P的轨迹为椭圆(除去长轴的两个端点).

要使点P到A,B的距离之和为定值,

则以A,B为焦点,故1-=()2.

∴λ0=2,从而所求P的轨迹方程为+y2=1(x≠0).

③易知l的斜率存在,设方程为y=kx+,

联立9x2+y2=1(x≠0),

有(9+k2)x2+kx-=0.

设P(x1,y1),Q(x2,y2),

则x1+x2=-,x1x2=.

∴|x2-

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