高考数学二轮复习专题五解析几何第3讲解析几何的综合问题学案.docx

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高考数学二轮复习专题五解析几何第3讲解析几何的综合问题学案

第3讲 解析几何的综合问题

[考情考向分析] 江苏高考解析几何的综合问题包括:

探索性问题、定点与定值问题、范围与最值问题等,一般试题难度较大.这类问题以直线和圆锥曲线的位置关系为载体,以参数处理为核心,需要综合运用函数与方程、不等式等诸多知识以及数形结合、分类讨论等多种数学思想方法进行求解,对考生的代数恒等变形能力、计算能力等有较高的要求.

热点一 最值、范围问题

例1 (2018·南通模拟)已知椭圆C:

+=1(a>b>0)的左顶点,右焦点分别为A,F,右准线为m,

(1)若直线m上不存在点Q,使△AFQ为等腰三角形,求椭圆离心率的取值范围;

(2)在

(1)的条件下,当e取最大值时,A点坐标为(-2,0),设B,M,N是椭圆上的三点,且=+,求以线段MN的中点为圆心,过A,F两点的圆的方程.

解 

(1)设直线m与x轴的交点是R,

依题意FR≥FA,

即-c≥a+c,≥a+2c,≥1+2,≥1+2e,

2e2+e-1≤0,0

(2)当e=且A(-2,0)时,F(1,0),故a=2,c=1,

所以b=,

椭圆方程是+=1,

设M(x1,y1),N(x2,y2),则+=1,+=1.

由=+,

得B.

因为B是椭圆C上一点,

所以+=1,

即2+2+2··

=1,+=0,①

因为圆过A,F两点,所以线段MN的中点的坐标为,

又2=(y+y+2y1y2)

=,②

由①和②得2

==·=,

所以圆心坐标为,

故所求圆的方程为2+2=.

思维升华 处理求最值的式子常用两种方式

(1)转化为函数图象的最值.

(2)转化为能利用基本不等式求最值的形式.若得到的函数式是分式形式,函数式的分子次数不低于分母时,可利用分离法求最值;若分子次数低于分母,则可分子、分母同除分子,利用基本不等式求最值(注意出现复杂的式子时可用换元法).

跟踪演练1 已知椭圆C:

+=1(a>b>0)的离心率为,且点在椭圆C上.

(1)求椭圆C的标准方程;

(2)若直线l交椭圆C于P,Q两点,线段PQ的中点为H,O为坐标原点,且OH=1,求△POQ面积的最大值.

解 

(1)由已知得=,+=1,

解得a2=4,b2=1,

椭圆C的标准方程是+y2=1.

(2)设l与x轴的交点为D(n,0),

直线l:

x=my+n,P(x1,y1),Q(x2,y2),

联立得(4+m2)y2+2mny+n2-4=0,

Δ=16(m2-n2+4)>0,

y1,2=,

所以=-,y1y2=,

所以==,

即H,

由OH=1,得n2=,

则S△POQ=·OD·|y1-y2|=|n||y1-y2|,

n2(y1-y2)2=n2[(y1+y2)2-4y1y2]

=12×16×.

设t=4+m2(t≥4),

则==≤,

当且仅当t=,即t=12时取等号,此时S△POQ=1,

所以△POQ面积的最大值为1.

热点二 定点问题

例2 (2018·全国大联考江苏卷)如图,已知A,B是椭圆+=1的长轴顶点,P,Q是椭圆上的两点,且满足kAP=2kQB,其中kAP,kQB分别为直线AP,QB的斜率.

(1)求证:

直线AP和BQ的交点R在定直线上;

(2)求证:

直线PQ过定点.

证明 

(1)根据题意,可设直线AP的方程为y=kAP(x-2),直线BQ的方程为y=kQB(x+2),

则直线AP和BQ的交点R的横坐标x0满足=2,即x0=6.

因此直线AP和BQ的交点R在定直线x=6上.

(2)由

(1),可设点R的坐标为(6,m),

则直线AP的方程为y=(x-2),直线BQ的方程为y=(x+2),

联立方程得(m2+12)x2-4m2x+4(m2-12)=0,

设P(xP,yP),则根据根与系数的关系,得2×xP=,即xP=,

代入直线AP的方程得,yP=,

故P.

联立方程得(m2+48)x2+4m2x+4(m2-48)=0,

设Q(xQ,yQ),则-2×xQ=,

即xQ=,

代入直线BQ的方程得,yQ=,

故Q,

当=,即m2=24时,直线PQ与x轴的交点为T,

当≠,即m2≠24时,

下面证直线PQ过点T.

kPT-kQT=-=-=0,

故直线PQ过定点T.

思维升华 如果要解决的问题是一个定点问题,我们可以根据特殊情况先找到这个定点,明确解决问题的目标,然后再进行一般性证明.

跟踪演练2 如图,在平面直角坐标系xOy中,已知圆O:

x2+y2=4,椭圆C:

+y2=1,A为椭圆右顶点.过原点O且异于坐标轴的直线与椭圆C交于B,C两点,直线AB与圆O的另一交点为P,直线PD与圆O的另一交点为Q,其中D.设直线AB,AC的斜率分别为k1,k2.

(1)求k1k2的值;

(2)记直线PQ,BC的斜率分别为kPQ,kBC,是否存在常数λ,使得kPQ=λkBC?

若存在,求λ值;若不存在,说明理由;

(3)求证:

直线AC必过点Q.

(1)解 设B(x0,y0),则C(-x0,-y0),+y=1,

所以k1k2=·===-.

(2)解 由题意得直线AP的方程为y=k1(x-2),联立

得(1+k)x2-4kx+4(k-1)=0,

设P(xp,yp),

解得xp=,yp=k1(xp-2)=,

联立得(1+4k)x2-16kx+4(4k-1)=0,

设B(xB,yB),

同理得xB=,yB=k1(xB-2)=,

所以kBC==,

kPQ===,

所以kPQ=kBC,故存在常数λ=,使得kPQ=kBC,

(3)证明 当直线PQ与x轴垂直时,Q,

则kAQ===k2,所以直线AC必过点Q.

当直线PQ与x轴不垂直时,直线PQ方程为

y=,

联立,

解得xQ=,yQ=,

所以kAQ==-=k2,

故直线AC必过点Q.

综上可知,直线AC必过点Q.

热点三 定值问题

例3 记焦点在同一条轴上且离心率相同的椭圆为“相似椭圆”.已知椭圆E:

+=1,以椭圆E的焦点为顶点作相似椭圆M.

(1)求椭圆M的方程;

(2)设直线l与椭圆E交于A,B两点,且与椭圆M仅有一个公共点,试判断△ABO的面积是否为定值(O为坐标原点)?

若是,求出该定值;若不是,请说明理由.

解 

(1)由条件知,椭圆M的离心率e=,且长轴的顶点为(-2,0),(2,0),

∴椭圆M的方程为+=1.

(2)当直线l的斜率存在时,设直线l:

y=kx+b.

由得,x2+8kbx+4b2-12=0.

令Δ=64k2b2-4=0得,

b2=3+4k2.

联立化简得x2+8kbx+4b2-48=0.

设A(x1,y1),B(x2,y2),

∴x1,2=

∴AB=

==

=,而原点O到直线l的距离d=,

∴S△ABO=AB·d=6.

当直线l的斜率不存在时,l:

x=2或x=-2,则AB=6,原点O到直线l的距离d=2,

∴S△ABO=6.

综上所述,△ABO的面积为定值6.

思维升华 

(1)从特殊开始,求出定值,再证明该值与变量无关:

(2)直接推理、计算,在整个过程中消去变量,得定值.

跟踪演练3 (2018·苏锡常镇四市调研)如图,椭圆+=1(a>b>0)的离心率为,焦点到相应准线的距离为1,点A,B,C分别为椭圆的左顶点、右顶点和上顶点,过点C的直线l交椭圆于点D,交x轴于点M(x1,0),直线AC与直线BD交于点N(x2,y2).

(1)求椭圆的标准方程;

(2)若=2,求直线l的方程;

(3)求证:

x1x2为定值.

(1)解 由椭圆的离心率为,焦点到对应准线的距离为1.

得解得

所以椭圆的标准方程为+y2=1.

(2)解 由

(1)知C(0,1),设D(x0,y0),

由=2,得2y0=-1,所以y0=-,

代入椭圆方程得x0=或-,

所以D或D,

所以kl==-或kl==.

所以直线l的方程为x-2y+2=0或x+2y-2=0.

(3)证明 设D(x3,y3),由C(0,1),M(x1,0)可得直线CM的方程为y=-x+1,

联立椭圆方程得

解得x3=,y3=.

由B(,0),得直线BD的方程为

y=(x-),

因为点N(x2,y2)在直线BD上,

所以y2=(x2-),①

直线AC的方程为y=x+1,

因为点N(x2,y2)在直线AC上,所以y2=x2+1,②

联立①②得x2=,

从而x1x2=2为定值.

1.(2017·江苏)如图,在平面直角坐标系xOy中,椭圆E:

+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为,两准线之间的距离为8.点P在椭圆E上,且位于第一象限,过点F1作直线PF1的垂线l1,过点F2作直线PF2的垂线l2.

(1)求椭圆E的标准方程;

(2)若直线l1,l2的交点Q在椭圆E上,求点P的坐标.

解 

(1)设椭圆的半焦距为c.

因为椭圆E的离心率为,两准线之间的距离为8,

所以=,=8,解得a=2,c=1,

于是b==,

因此椭圆E的标准方程是+=1.

(2)由

(1)知,F1(-1,0),F2(1,0).设P(x0,y0),

因为P为第一象限的点,故x0>0,y0>0.

当x0=1时,l2与l1相交于F1,与题设不符.

当x0≠1时,直线PF1的斜率为,

直线PF2的斜率为.

因为l1⊥PF1,l2⊥PF2,

所以直线l1的斜率为-,

直线l2的斜率为-,

从而直线l1的方程为y=-(x+1),①

直线l2的方程为y=-(x-1).②

由①②,解得x=-x0,y=,

所以Q.

因为点Q在椭圆上,由对称性,得=±y0,

即x-y=1或x+y=1.

又点P在椭圆上,故+=1.

由解得x0=,y0=,

由无解.

因此点P的坐标为.

2.(2018·苏州调研)已知椭圆C:

+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,焦距为2,一条准线方程为x=2,P为椭圆C上一点,直线PF1交椭圆C于另一点Q.

(1)求椭圆C的方程;

(2)若点P的坐标为,求过P,Q,F2三点的圆的方程;

(3)若=λ,且λ∈,求·的最大值.

解 

(1)由题意得解得c=1,a2=2,

所以b2=a2-c2=1.

所以椭圆C的方程为+y2=1.

(2)因为P(0,1),F1(-1,0),

所以PF1的方程为x-y+1=0.

由解得或

所以点Q的坐标为.

设过P,Q,F2三点的圆为x2+y2+Dx+Ey+F=0,

解得D=,E=,F=-.

所以圆的方程为x2+y2+x+y-=0.

(3)设P,Q,则=(x1+1,y1),=(-1-x2,-y2).

因为=λ,

所以即

所以+λ2y=1,+y=1,

解得x2=.

所以·=x1x2+y1y2=x2-λy=-x-(1+λ)x2-λ

=-2--λ

=-,

因为λ∈,所以λ+≥2,当且仅当λ=,

即λ=1时取等号.

所以·≤,即·的最大值为.

A组 专题通关

1.已知抛物线x2=2py(p>0)的焦点F是椭圆+=1(a>b>0)的一个焦点,若P,Q是椭圆与抛物线的公共点,且直线PQ经过焦点F,则该椭圆的离心率为______.

答案 -1

解析 方法一 由抛物线方程,得焦点为F.

由椭圆方程,可得上焦点为(0,c),

故=c,

将y=c代入椭圆方程可得x=±.

又抛物线通径为2p,

所以2p==4c,

所以b2=a2-c2=2ac,

即e2+2e-1=0,解得e=-1.

方法二 如图所示,由抛物线方程以及直线y=,

可得Q.

又=c,即Q(2c,c),

代入椭圆方程可得+=1,

化简可得e4-6e2+1=0,

解得e2=3-2,e2=3+2>1(舍去),

即e==-1(负值舍去).

2.若点O和点F分别为椭圆+=1的中心和左焦点,点P为椭圆上的任意一点,则·的最大值为________.

答案 6

解析 由题意得F(-1,0),设点P(x0,y0),

则y=3(-2≤x0≤2).

·=x0(x0+1)+y=x+x0+y

=x+x0+3=(x0+2)2+2.

又因为-2≤x0≤2,

所以当x0=2时,·取得最大值6.

3.已知两定点A(-1,0)和B(1,0),动点P(x,y)在直线l:

y=x+2上移动,椭圆C以A,B为焦点且经过点P,则椭圆C的离心率的最大值为________.

答案 

解析 A(-1,0)关于直线l:

y=x+2的对称点为

A′(-2,1),连结A′B交直线l于点P,

则椭圆C的长轴长的最小值为

A′B==,

所以椭圆C的离心率的最大值为==.

4.如图,已知F1,F2是椭圆C:

+=1(a>b>0)的左、右焦点,点P在椭圆C上,线段PF2与圆x2+y2=b2相切于点Q,且点Q为线段PF2的中点,则椭圆C的长轴长是短轴长的________倍.

答案 

解析 连结PF1,OQ,则PF1=2OQ=2b,PF1⊥PF2,

由PF+PF=F1F,得(2b)2+(2a-2b)2=(2c)2,

解得=,故=.

5.(2018·江苏省扬州树人学校模拟)在平面直角坐标系xOy中,椭圆C:

+=1(a>b>0)的短轴长为2,离心率为.

(1)求椭圆C的方程;

(2)已知A为椭圆C的上顶点,点M为x轴正半轴上一点,过点A作AM的垂线AN与椭圆C交于另一点N,若∠AMN=60°,求点M的坐标.

解 

(1)因为椭圆C的短轴长为2,离心率为,

所以解得

所以椭圆C的方程为+=1.

(2)因为A为椭圆C的上顶点,所以A(0,).

设M(m,0)(m>0),则kAM=-.

又AM⊥AN,所以kAN=,

所以直线AN的方程为y=x+.

由消去y,整理得

(2+3m2)x2+12mx=0,

所以xN=,yN=×+,

所以AN==×,

在Rt△AMN中,由∠AMN=60°,得AN=AM,

所以×=×,解得m=.

所以点M的坐标为.

6.已知椭圆C:

+y2=1(常数m>1),点P是C上的动点,M是右顶点,定点A的坐标为(2,0).

(1)若M与A重合,求C的焦点坐标;

(2)若m=3,求PA的最大值与最小值;

(3)若PA的最小值为MA,求m的取值范围.

解 

(1)m=2,椭圆方程为+y2=1,c==,

∴左、右焦点坐标为(-,0),(,0).

(2)m=3,椭圆方程为+y2=1,设P(x,y),则

PA2=(x-2)2+y2=(x-2)2+1-

=2+(-3≤x≤3),

∴当x=时,(PA)min=,

当x=-3时,(PA)max=5.

(3)设动点P(x,y),则

PA2=(x-2)2+y2=(x-2)2+1-

=2-+5(-m≤x≤m),

∵当x=m时,PA取最小值,且>0,

∴≥m且m>1,

解得1<m≤1+.

7.(2018·江苏)如图,在平面直角坐标系xOy中,椭圆C过点,焦点为F1(-,0),F2(,0),圆O的直径为F1F2.

(1)求椭圆C及圆O的方程;

(2)设直线l与圆O相切于第一象限内的点P.

①若直线l与椭圆C有且只有一个公共点,求点P的坐标;

②直线l与椭圆C交于A,B两点.若△OAB的面积为,求直线l的方程.

解 

(1)因为椭圆C的焦点为F1(-,0),F2(,0),

可设椭圆C的方程为+=1(a>b>0).

又点在椭圆C上,

所以解得

因此,椭圆C的方程为+y2=1.

因为圆O的直径为F1F2,所以其方程为x2+y2=3.

(2)①设直线l与圆O相切于点P(x0,y0)(x0>0,y0>0),

则x+y=3,

所以直线l的方程为y=-(x-x0)+y0,

即y=-x+.

由消去y,得

(4x+y)x2-24x0x+36-4y=0.(*)

因为直线l与椭圆C有且只有一个公共点,

所以Δ=(-24x0)2-4(4x+y)·(36-4y)

=48y(x-2)=0.

因为x0>0,y0>0,

所以x0=,y0=1.

因此,点P的坐标为(,1).

②因为△OAB的面积为,

所以AB·OP=,从而AB=.

设A(x1,y1),B(x2,y2),

由(*)得x1,2=,

所以AB2=(x1-x2)2+(y1-y2)2

=·.

因为x+y=3,

所以AB2==,即2x-45x+100=0,

解得x=(x=20舍去),则y=,

代入Δ=48y(x-2)>0,满足题意,

因此点P的坐标为.

所以直线l的方程为y=-x+3,即x+y-3=0.

B组 能力提高

8.如图,在平面直角坐标系xOy中,焦点在x轴上的椭圆C:

+=1经过点(b,2e),其中e为椭圆C的离心率.过点T(1,0)作斜率为k(k>0)的直线l交椭圆C于A,B两点(A在x轴下方).

(1)求椭圆C的标准方程;

(2)过点O且平行于l的直线交椭圆C于点M,N,求的值;

(3)记直线l与y轴的交点为P.若=,求直线l的斜率k.

解 

(1)因为椭圆+=1经过点(b,2e),

所以+=1.

因为e2==,所以+=1.

因为a2=b2+c2,所以+=1.

整理得b4-12b2+32=0,

解得b2=4或b2=8(舍).

所以椭圆C的标准方程为+=1.

(2)设A(x1,y1),B(x2,y2).

因为T(1,0),所以直线l的方程为y=k(x-1).

联立直线l与椭圆方程得

消去y,得(2k2+1)x2-4k2x+2k2-8=0,

所以x1,2=,

所以

因为MN∥l,所以直线MN的方程为y=kx,

联立直线MN与椭圆方程得

消去y,得(2k2+1)x2=8,解得x2=.

因为MN∥l,所以=.

因为(1-x1)·(x2-1)=-[x1x2-(x1+x2)+1]

=,

(xM-xN)2=4x2=,

所以=

=·=.

(3)在y=k(x-1)中,令x=0,

则y=-k,所以P(0,-k),

从而=(-x1,-k-y1),=(x2-1,y2).

因为=,

所以-x1=(x2-1),即x1+x2=.

(2)知由

解得x1=,x2=.

因为x1x2=,

所以×=,

整理得50k4-83k2-34=0,

解得k2=2或k2=-(舍).

又因为k>0,所以k=.

9.如图,椭圆C:

+=1(a>b>0)的顶点分别为A1,A2,B1,B2,

=4,直线y=x+与圆O:

x2+y2=b2相切.

(1)求椭圆C的离心率;

(2)若P是椭圆C上除顶点外的任意一点,直线A1P交y轴于点F,直线A1B1交直线B2P于点E,问直线EF是否过定点.若是,求出该定点的坐标;若不是,请说明理由.

解 

(1)因为直线y=x+与圆O相切,由点到直线的距离公式得,==b,即b=1.

=4,所以×2a×2b=4,所以a=2,

所以椭圆C的方程为+y2=1,

离心率e==.

(2)由题意知直线B2P的斜率存在,设直线B2P的斜率为k,由

(1)可知,A1(-2,0),B1(0,-1),B2(0,1),

则直线B2P的方程为y=kx+1.

由得(1+4k2)x2+8kx=0,

其中xB2=0,所以xP=-.

所以P,易知k≠0,且k≠±.

则直线A1P的斜率

==-,

直线A1P的方程为y=-(x+2),

令x=0,则y=-,即F.

易知直线A1B1的方程为x+2y+2=0,

由解得

所以E,

所以直线EF的斜率k0==-,

所以直线EF的方程为y=-x-,

即2k(x+y+1)-(y-1)=0,

由得

所以直线EF过定点(-2,1).

精美句子

1、善思则能“从无字句处读书”。

读沙漠,读出了它坦荡豪放的胸怀;读太阳,读出了它普照万物的无私;读春雨,读出了它润物无声的柔情。

读大海,读出了它气势磅礴的豪情。

读石灰,读出了它粉身碎骨不变色的清白。

  2、幸福幸福是“临行密密缝,意恐迟迟归”的牵挂;幸福是“春种一粒粟,秋收千颗子”的收获. 幸福是“采菊东篱下,悠然见南山”的闲适;幸福是“奇闻共欣赏,疑义相与析”的愉悦。

幸福是“随风潜入夜,润物细无声”的奉献;幸福是“夜来风雨声,花落知多少”的恬淡。

幸福是“零落成泥碾作尘,只有香如故”的圣洁。

幸福是“壮志饥餐胡虏肉,笑谈渴饮匈奴血”的豪壮。

幸福是“先天下之忧而忧,后天下之乐而乐”的胸怀。

幸福是“人生自古谁无死,留取丹心照汗青”的气节。

3、大自然的语言丰富多彩:

从秋叶的飘零中,我们读出了季节的变换;从归雁的行列中,我读出了集体的力量;从冰雪的消融中,我们读出了春天的脚步;从穿石的滴水中,我们读出了坚持的可贵;从蜂蜜的浓香中,我们读出了勤劳的甜美。

 4、成功与失败种子,如果害怕埋没,那它永远不能发芽。

鲜花,如果害怕凋谢,那它永远不能开放。

矿石,如果害怕焚烧(熔炉),那它永远不能成钢(炼成金子)。

蜡烛,如果害怕熄灭(燃烧),那它永远不能发光。

航船,如果害怕风浪,那它永远不能到达彼岸。

5、墙角的花,当你孤芳自赏时,天地便小了。

 井底的蛙,当你自我欢唱时,视野便窄了。

笼中的鸟,当你安于供养时,自由便没了。

山中的石!

当你背靠群峰时,意志就坚了。

水中的萍!

当你随波逐流后,根基就没了。

空中的鸟!

当你展翅蓝天中,宇宙就大了。

空中的雁!

当你离开队伍时,危险就大了。

地下的煤!

你燃烧自己后,贡献就大了

6、朋友是什么?

朋友是快乐日子里的一把吉它,尽情地为你弹奏生活的愉悦;朋友是忧伤日子里的一股春风,轻轻地为你拂去心中的愁云。

朋友是成功道路上的一位良师,热情的将你引向阳光的地带;朋友是失败苦闷中的一盏明灯,默默地为你驱赶心灵的阴霾。

7、一粒种子,可以无声无息地在泥土里腐烂掉,也可以长成参天的大树。

一块铀块,可以平庸无奇地在石头里沉睡下去,也可以产生惊天动地的力量。

一个人,可以碌碌无为地在世上厮混日子,也可以让生命发出耀眼的光芒。

 8、青春是一首歌,她拨动着我们年轻的心弦;青春是一团火,她点燃了我们沸腾的热血; 青春是一面旗帜,她召唤着我们勇敢前行;青春是一本教科书,她启迪着我们的智慧和心灵。

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