(2)联立直线AP与BQ的方程
解得点Q的横坐标是xQ=.
因为|PA|==(k+1),
|PQ|=(xQ-x)=-,
所以|PA|·|PQ|=-(k-1)(k+1)3.
令f(k)=-(k-1)(k+1)3,
因为f′(k)=-(4k-2)(k+1)2,
所以f(k)在区间上单调递增,上单调递减,
因此当k=时,|PA|·|PQ|取得最大值.
角度四 利用基本不等式求最值
(2018·太原模拟)已知椭圆M:
+=1(a>0)的一个焦点为F(-1,0),左、右顶点分别为A,B.经过点F的直线l与椭圆M交于C,D两点.
(1)当直线l的倾斜角为45°时,求线段CD的长;
(2)记△ABD与△ABC的面积分别为S1和S2,求|S1-S2|的最大值.
【解】
(1)由题意,c=1,b2=3,
所以a2=4,所以椭圆M的方程为+=1,
易求直线方程为y=x+1,联立方程,得
消去y,得7x2+8x-8=0,Δ=288,
设C(x1,y1),D(x2,y2),x1+x2=-,x1x2=-,
所以|CD|=|x1-x2|==.
(2)当直线l的斜率不存在时,直线方程为x=-1,
此时△ABD与△ABC面积相等,|S1-S2|=0;
当直线l的斜率存在时,设直线方程为y=k(x+1)(k≠0),
联立方程,得
消去y,得(3+4k2)x2+8k2x+4k2-12=0,
Δ>0,且x1+x2=-,x1x2=,
此时|S1-S2|=2||y2|-|y1||=2|y2+y1|=2|k(x2+1)+k(x1+1)|=2|k(x1+x2)+2k|=,因为k≠0,上式=≤==,
所以|S1-S2|的最大值为.
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.
[通关练习]
已知中心在原点O,焦点在x轴上的椭圆,离心率e=,且椭圆过点.
(1)求该椭圆的方程;
(2)椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,过F2的直线l与椭圆交于不同的两点A,B,则△F1AB的内切圆的面积是否存在最大值?
若存在,求出这个最大值及此时的直线方程;若不存在,请说明理由.
解:
(1)由题意可设椭圆方程为+=1(a>b>0).
则
解得a2=4,b2=3.
所以椭圆方程为+=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),不妨设y1>0,y2<0,设△F1AB的内切圆的半径为R,
易知△F1AB的周长为4a=8,则S△F1AB=(|AB|+|F1A|+|F1B|)R=4R,
所以当S△F1AB取得最大值时,R取得最大值,△F1AB的内切圆的面积取得最大值.
由题知,直线l的斜率不为零,可设直线l的方程为x=my+1,
由得(3m2+4)y2+6my-9=0,
所以y1+y2=,y1y2=-.
则S△F1AB=|F1F2|·(y1-y2)=,
令=t,则m2=t2-1(t≥1),
所以S△F1AB==(t≥1),
令f(t)=3t+(t≥1),则f′(t)=3-,
当t≥1时,f′(t)≥0,f(t)在[1,+∞)上单调递增,
有f(t)≥f
(1)=4,
所以S△F1AB≤3,
即当t=1,即m=0时,S△F1AB取得最大值,最大值为3,
由S△F1AB=4R,得Rmax=,所以所求内切圆面积的最大值为π.
故△F1AB的内切圆面积的最大值为π,此时直线l:
x=1.
求解范围问题的方法
求范围问题的关键是建立求解关于某个变量的目标函数,通过求这个函数的值域确定目标的范围,要特别注意变量的取值范围.
圆锥曲线中常见最值的解题方法
(1)几何法,若题目的条件和结论能明显体现几何特征及意义,则考虑利用图形性质来解决;
(2)代数法,若题目的条件和结论能体现一种明确的函数关系,则可先建立起目标函数,再求这个函数的最值,最值常用基本不等式法、配方法及导数法求解.
求解范围、最值问题的两个易错点
(1)求范围问题要注意变量自身的范围;
(2)利用几何意义求最值时,要注意“相切”与“公共点唯一”的不等价关系.注意特殊关系,特殊位置的应用.
[学生用书P325(单独成册)]
1.如图,抛物线W:
y2=4x与圆C:
(x-1)2+y2=25交于A,B两点,点P为劣弧上不同于A,B的一个动点,与x轴平行的直线PQ交抛物线W于点Q,则△PQC的周长的取值范围是( )
A.(10,14) B.(12,14)
C.(10,12)D.(9,11)
解析:
选C.抛物线的准线l:
x=-1,焦点(1,0),
由抛物线定义可得|QC|=xQ+1,
圆(x-1)2+y2=25的圆心为C(1,0),半径为5,
可得△PQC的周长=|QC|+|PQ|+|PC|=xQ+1+(xP-xQ)+5=6+xP,
由抛物线y2=4x及圆(x-1)2+y2=25可得交点的横坐标为4,
即有xP∈(4,6),
可得6+xP∈(10,12),
故△PQC的周长的取值范围是(10,12).故选C.
2.过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F,斜率为的直线交抛物线于A,B两点,若=λ(λ>1),则λ的值为________.
解析:
根据题意设A(x1,y1),B(x2,y2),由=λ,得=λ,故-y1=λy2,即λ=.设直线AB的方程为y=,联立直线与抛物线方程,消元得y2-py-p2=0.故y1+y2=p,y1·y2=-p2,=++2=-,即-λ-+2=-.又λ>1,故λ=4.
答案:
4
3.已知椭圆C:
+=1(a>b>0)的焦距为4且过点(,-2).
(1)求椭圆C的方程;
(2)过椭圆焦点的直线l与椭圆C分别交于点E,F,求·的取值范围.
解:
(1)椭圆C:
+=1(a>b>0)的焦距是4,所以焦点坐标是(0,-2),(0,2),2a=+=4,所以a=2,b=2,
即椭圆C的方程是+=1.
(2)若直线l垂直于x轴,则点E(0,2),F(0,-2),
·=-8.
若直线l不垂直于x轴,不妨设l过该椭圆的上焦点,则l的方程为y=kx+2,设点E(x1,y1),F(x2,y2),
将直线l的方程代入椭圆C的方程得到(2+k2)x2+4kx-4=0,
则x1+x2=,x1x2=,
所以·=x1x2+y1y2=(1+k2)x1x2+2k(x1+x2)+4=++4=-8,
因为0<≤10,所以-8<·≤2,
所以·的取值范围是[-8,2].
4.设椭圆M:
+=1(a>b>0)的离心率与双曲线x2-y2=1的离心率互为倒数,且椭圆的长轴长为4.
(1)求椭圆M的方程;
(2)若直线y=x+m交椭圆M于A,B两点,P(1,)为椭圆M上一点,求△PAB面积的最大值.
解:
(1)由题可知,双曲线的离心率为,则椭圆的离心率e==,由2a=4,=,b2=a2-c2,得a=2,c=,b=,故椭圆M的方程为+=1.
(2)不妨设A(x1,y1),B(x2,y2),联立方程组,得4x2+2mx+m2-4=0,
由Δ=(2m)2-16(m2-4)>0,得-2且,
所以|AB|=|x1-x2|
=·
=·
=·.
又P到直线AB的距离为d=,
所以S△PAB=|AB|·d=··
==
≤·=.
当且仅当m=±2∈(-2,2)时取等号,所以(S△PAB)max=.
1.如图所示.
已知点E为抛物线y2=4x内的一个焦点,过E作斜率分别为k1、k2的两条直线,分别交抛物线于点A、B、C、D,且M、N分别是AB、CD的中点.
(1)若k1k2=-1,求三角形EMN面积的最小值;
(2)若k1+k2=1,求证:
直线MN过定点.
解:
(1)抛物线y2=4x的焦点E(1,0),
因为k1k2=-1,所以AB⊥CD,设直线AB的方程为y=k1(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),
由得k1y2-4y-4k1=0,y1+y2=,y1y2=-4,
因为AB中点M,
所以M,
同理,点N(2k+1,-2k1).
所以S△EMN=|EM|·|EN|=·=2≥2=4,
当且仅当k=,即k1=±1时,△EMN的面积取最小值4.
(2)证明:
设直线AB方程为y=k1(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),
由得k1y2-4y-4k1=0,y1+y2=,y1y2=-4,
因为AB中点M,所以M,同理,点N,
所以kMN===k1k2,
所以直线MN:
y-=k1k2[x-],
即y=k1k2(x-1)+2,
所以直线MN恒过定点(1,2).
2.(2017·高考山东卷)在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C:
+=1(a>b>0)的离心率为,椭圆C截直线y=1所得线段的长度为2.
(1)求椭圆C的方程;
(2)动直线l:
y=kx+m(m≠0)交椭圆C于A,B两点,交y轴于点M,点N是M关于O的对称点,⊙N的半径为|NO|.设D为AB的中点,DE,DF与⊙N分别相切于点E,F,求∠EDF的最小值.
解:
(1)由椭圆的离心率为,得a2=2(a2-b2).
又当y=1时,x2=a2-,得a2-=2,
所以a2=4,b2=2,
因此椭圆方程为+=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2).
联立方程
得(2k2+1)x2+4kmx+2m2-4=0,
由Δ>0得m2<4k2+2. (*)
且x1+x2=-,
因此y1+y2=,
所以D,
又N(0,-m),
所以|ND|2=+,
整理得|ND|2=,
因为|NF|=|m|,
所以==1+.
令t=8k2+3,t≥3.
故2k2+1=,
所以=1+=1+.
令y=t+,所以y′=1-.
当t≥3时,y′>0,
从而y=t+在[3,+∞)上单调递增,
因此t+≥,
等号当且仅当t=3时成立,此时k=0,
所以≤1+3=4,
由(*)得-故≥,
设∠EDF=2θ,则sinθ=≥,
所以θ的最小值为.
从而∠EDF的最小值为,此时直线l的斜率是0.
综上所述:
当k=0,m∈(-,0)∪(0,)时,∠EDF取到最小值.