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),
由
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,).
由
(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-