新編高考數(shù)學(xué)二輪復(fù)習(xí) 專題五:第3講圓錐曲線中的熱點(diǎn)問題案文
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1、新編高考數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)資料第第 3 3 講講圓錐曲線中的熱點(diǎn)問題圓錐曲線中的熱點(diǎn)問題高考定位1.圓錐曲線中的定點(diǎn)與定值、最值與范圍問題是高考必考的問題之一,主要以解答題形式考查,往往作為試卷的壓軸題之一;2.以橢圓或拋物線為背景,尤其是與條件或結(jié)論相關(guān)存在性開放問題.對考生的代數(shù)恒等變形能力、計(jì)算能力有較高的要求,并突出數(shù)學(xué)思想方法考查.真 題 感 悟1.(2015全國卷)已知M(x0,y0)是雙曲線C:x22y21 上的一點(diǎn),F(xiàn)1,F(xiàn)2是C的兩個(gè)焦點(diǎn),若MF1MF20,則y0的取值范圍是()A.33,33B.36,36C.2 23,2 23D.2 33,2 33解析由題意M在雙曲線C:x22y21
2、 上,則x202y201,即x2022y20.由MF1MF20,得( 3x0,y0)( 3x0,y0)x203y203y2010,即33y0b0),四點(diǎn)P1(1,1),P2(0,1),P31,32 ,P41,32 中恰有三點(diǎn)在橢圓C上.(1)求C的方程;(2)設(shè)直線l不經(jīng)過P2點(diǎn)且與C相交于A,B兩點(diǎn).若直線P2A與直線P2B的斜率的和為1,證明:l過定點(diǎn).(1)解由于點(diǎn)P3,P4關(guān)于y軸對稱,由題設(shè)知C必過P3,P4.又由1a21b21a234b2知,橢圓C不經(jīng)過點(diǎn)P1,所以點(diǎn)P2在橢圓C上.因此1b21,1a234b21,解得a24,b21.故C的方程為x24y21.(2)證明設(shè)直線P2A
3、與直線P2B的斜率分別為k1,k2.如果直線l的斜率不存在,l垂直于x軸.設(shè)l:xm,A(m,yA),B(m,yA),k1k2yA1myA1m2m1,得m2,此時(shí)l過橢圓右頂點(diǎn),不存在兩個(gè)交點(diǎn),故不滿足.從而可設(shè)l:ykxm(m1).將ykxm代入x24y21 得(4k21)x28kmx4m240.由題設(shè)可知16(4k2m21)0.設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則x1x28km4k21,x1x24m244k21.則k1k2y11x1y21x2kx1m1x1kx2m1x22kx1x2(m1) (x1x2)x1x2.由題設(shè)k1k21,故(2k1)x1x2(m1)(x1x2)0.(2k1)4
4、m244k21(m1)8km4k210.解之得m2k1,此時(shí)32(m1)0,方程有解,當(dāng)且僅當(dāng)m1 時(shí),0,直線l的方程為ykx2k1,即y1k(x2).當(dāng)x2 時(shí),y1,所以l過定點(diǎn)(2,1).考 點(diǎn) 整 合1.圓錐曲線中的范圍、最值問題,可以轉(zhuǎn)化為函數(shù)的最值問題(以所求式子或參數(shù)為函數(shù)值),或者利用式子的幾何意義求解.溫馨提醒圓錐曲線上點(diǎn)的坐標(biāo)是有范圍的,在涉及到求最值或范圍問題時(shí)注意坐標(biāo)范圍的影響.2.定點(diǎn)、定值問題(1)定點(diǎn)問題:在解析幾何中,有些含有參數(shù)的直線或曲線的方程,不論參數(shù)如何變化,其都過某定點(diǎn),這類問題稱為定點(diǎn)問題.若得到了直線方程的點(diǎn)斜式:yy0k(xx0),則直線必過定
5、點(diǎn)(x0,y0);若得到了直線方程的斜截式:ykxm,則直線必過定點(diǎn)(0,m).(2)定值問題:在解析幾何中,有些幾何量,如斜率、距離、面積、比值等基本量和動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)或動(dòng)直線中的參變量無關(guān),這類問題統(tǒng)稱為定值問題.3.存在性問題的解題步驟:(1)先假設(shè)存在,引入?yún)⒆兞浚鶕?jù)題目條件列出關(guān)于參變量的方程(組)或不等式(組).(2)解此方程(組)或不等式(組),若有解則存在,若無解則不存在.(3)得出結(jié)論.熱點(diǎn)一圓錐曲線中的最值、范圍【例 1】(2016浙江卷)如圖所示,設(shè)拋物線y22px(p0)的焦點(diǎn)為F,拋物線上的點(diǎn)A到y(tǒng)軸的距離等于|AF|1.(1)求p的值;(2)若直線AF交拋物線于另一點(diǎn)B
6、,過B與x軸平行的直線和過F與AB垂直的直線交于點(diǎn)N,AN與x軸交于點(diǎn)M,求M的橫坐標(biāo)的取值范圍.解(1)由題意可得,拋物線上點(diǎn)A到焦點(diǎn)F的距離等于點(diǎn)A到直線x1 的距離,由拋物線的定義得p21,即p2.(2)由(1)得,拋物線方程為y24x,F(xiàn)(1,0),可設(shè)A(t2,2t),t0,t1.AF不垂直于y軸,可設(shè)直線AF:xsy1(s0),由y24x,xsy1,消去x得y24sy40.故yAyB4,B1t2,2t.又直線AB的斜率為2tt21,故直線FN的斜率為t212t,從而得直線FN:yt212t(x1),直線BN:y2t.Nt23t21,2t.設(shè)M(m,0),由A,M,N三點(diǎn)共線得2tt
7、2m2t2tt2t23t21,于是m2t2t2122t21,m0 或m2.經(jīng)檢驗(yàn)知,m0 或m2 滿足題意.綜上,點(diǎn)M的橫坐標(biāo)的取值范圍是(,0)(2,).探究提高求圓錐曲線中范圍、最值的主要方法:(1)幾何法:若題目中的條件和結(jié)論能明顯體現(xiàn)幾何特征和意義,則考慮利用圖形性質(zhì)數(shù)形結(jié)合求解.(2)代數(shù)法:若題目中的條件和結(jié)論能體現(xiàn)一種明確的函數(shù)關(guān)系,或者不等關(guān)系,或者已知參數(shù)與新參數(shù)之間的等量關(guān)系等,則利用代數(shù)法求參數(shù)的范圍.【訓(xùn)練 1】 已知點(diǎn)A(0,2),橢圓E:x2a2y2b21(ab0)的離心率為32,F(xiàn)是橢圓E的右焦點(diǎn),直線AF的斜率為2 33,O為坐標(biāo)原點(diǎn).(1)求E的方程;(2)設(shè)
8、過點(diǎn)A的動(dòng)直線l與E相交于P,Q兩點(diǎn),當(dāng)OPQ的面積最大時(shí),求l的方程.解(1)設(shè)F(c,0),由條件知,2c2 33,得c 3.又ca32,所以a2,b2a2c21.故E的方程為x24y21.(2)當(dāng)lx軸時(shí)不合題意,故設(shè)l:ykx2,P(x1,y1),Q(x2,y2).將ykx2 代入x24y21,得(14k2)x216kx120.當(dāng)16(4k23)0,即k234時(shí),x1,28k2 4k234k21.從而|PQ|k21|x1x2|4k21 4k234k21.又點(diǎn)O到直線PQ的距離d2k21.所以O(shè)PQ的面積SOPQ12d|PQ|4 4k234k21.設(shè) 4k23t,則t0,SOPQ4tt2
9、44t4t.因?yàn)閠4t4,當(dāng)且僅當(dāng)t2,即k72時(shí)等號成立,且滿足0.所以當(dāng)OPQ的面積最大時(shí),l的方程為y72x2 或y72x2.熱點(diǎn)二定點(diǎn)、定值問題命題角度 1圓錐曲線中的定值【例 21】(2016北京卷)已知橢圓C:x2a2y2b21 過點(diǎn)A(2,0),B(0,1)兩點(diǎn).(1)求橢圓C的方程及離心率;(2)設(shè)P為第三象限內(nèi)一點(diǎn)且在橢圓C上,直線PA與y軸交于點(diǎn)M,直線PB與x軸交于點(diǎn)N,求證:四邊形ABNM的面積為定值.(1)解由題意知a2,b1.所以橢圓方程為x24y21,又ca2b2 3.所以橢圓離心率eca32.(2)證明設(shè)P點(diǎn)坐標(biāo)為(x0,y0)(x00,y00),則x204y2
10、04,由B點(diǎn)坐標(biāo)(0,1)得直線PB方程為:y1y01x0(x0),令y0,得xNx01y0,從而|AN|2xN2x0y01,由A點(diǎn)坐標(biāo)(2,0)得直線PA方程為y0y0 x02(x2),令x0,得yM2y02x0,從而|BM|1yM12y0 x02,所以S四邊形ABNM12|AN|BM|122x0y0112y0 x02x204y204x0y04x08y042(x0y0 x02y02)2x0y02x04y04x0y0 x02y022.即四邊形ABNM的面積為定值 2.探究提高1.求定值問題常見的方法有兩種:(1)從特殊入手,求出定值,再證明這個(gè)值與變量無關(guān).(2)直接推理、計(jì)算,并在計(jì)算推理的
11、過程中消去變量,從而得到定值.2.定值問題求解的基本思路是使用參數(shù)表示要解決的問題,然后證明與參數(shù)無關(guān),這類問題選擇消元的方向是非常關(guān)鍵的.【訓(xùn)練 2】 (2017唐山一模)已知橢圓C:x2a2y2b21(ab0)的離心率為22,點(diǎn)Qb,ab在橢圓上,O為坐標(biāo)原點(diǎn).(1)求橢圓C的方程;(2)已知點(diǎn)P,M,N為橢圓C上的三點(diǎn),若四邊形OPMN為平行四邊形,證明四邊形OPMN的面積S為定值,并求該定值.(1)解橢圓x2a2y2b21(ab0)的離心率為22,e2c2a2a2b2a212,得a22b2,又點(diǎn)Qb,ab在橢圓C上,b2a2a2b41,聯(lián)立、得a28,且b24.橢圓C的方程為x28y2
12、41.(2)證明當(dāng)直線PN的斜率k不存在時(shí),PN方程為x 2或x 2,從而有|PN|2 3,所以S12|PN|OM|122 32 22 6;當(dāng)直線PN的斜率k存在時(shí),設(shè)直線PN方程為ykxm(m0),P(x1,y1),N(x2,y2),將PN的方程代入橢圓C的方程,整理得(12k2)x24kmx2m280,所以x1x24km12k2,x1x22m2812k2,y1y2k(x1x2)2m2m12k2,由OMOPON,得M4km12k2,2m12k2.將M點(diǎn)坐標(biāo)代入橢圓C方程得m212k2.又點(diǎn)O到直線PN的距離為d|m|1k2,|PN| 1k2|x1x2|,Sd|PN|m|x1x2| 12k2
13、(x1x2)24x1x248k2242k212 6.綜上,平行四邊形OPMN的面積S為定值 2 6.命題角度 2圓錐曲線中的定點(diǎn)問題【例 22】(2017哈爾濱模擬)已知兩點(diǎn)A( 2,0),B( 2,0),動(dòng)點(diǎn)P在y軸上的投影是Q,且 2PAPB|PQ|2.(1)求動(dòng)點(diǎn)P的軌跡C的方程;(2)過F(1,0)作互相垂直的兩條直線交軌跡C于點(diǎn)G,H,M,N,且E1,E2分別是GH,MN的中點(diǎn).求證:直線E1E2恒過定點(diǎn).(1)解設(shè)點(diǎn)P坐標(biāo)為(x,y),點(diǎn)Q坐標(biāo)為(0,y).2PAPB|PQ|2,2( 2x)( 2x)y2x2,化簡得點(diǎn)P的軌跡方程為x24y221.(2)證明當(dāng)兩直線的斜率都存在且不
14、為 0 時(shí),設(shè)lGH:yk(x1),G(x1,y1),H(x2,y2),lMN:y1k(x1),M(x3,y3),N(x4,y4),聯(lián)立x24y221,yk(x1) ,消去y得(2k21)x24k2x2k240.則0 恒成立.x1x24k22k21,且x1x22k242k21.GH中點(diǎn)E1坐標(biāo)為2k22k21,k2k21 ,同理,MN中點(diǎn)E2坐標(biāo)為2k22,kk22 ,kE1E23k2(k21),lE1E2的方程為y3k2(k21)x23 ,過點(diǎn)23,0,當(dāng)兩直線的斜率分別為 0 和不存在時(shí),lE1E2的方程為y0,也過點(diǎn)23,0,綜上所述,lE1E2過定點(diǎn)23,0.探究提高1.動(dòng)直線l過定點(diǎn)
15、問題.設(shè)動(dòng)直線方程(斜率存在)為ykxt, 由題設(shè)條件將t用k表示為tmk,得yk(xm),故動(dòng)直線過定點(diǎn)(m,0)2.動(dòng)曲線C過定點(diǎn)問題.引入?yún)⒆兞拷⑶€C的方程,再根據(jù)其對參變量恒成立,令其系數(shù)等于零,得出定點(diǎn).【訓(xùn)練 3】 (2017菏澤調(diào)研)已知焦距為 22的橢圓C:x2a2y2b21(ab0)的右頂點(diǎn)為A,直線y43與橢圓C交于P,Q兩點(diǎn)(P在Q的左邊),Q在x軸上的射影為B,且四邊形ABPQ是平行四邊形.(1)求橢圓C的方程;(2)斜率為k的直線l與橢圓C交于兩個(gè)不同的點(diǎn)M,N.若M是橢圓的左頂點(diǎn),D是直線MN上一點(diǎn),且DAAM.點(diǎn)G是x軸上異于點(diǎn)M的點(diǎn),且以DN為直徑的圓恒過直
16、線AN和DG的交點(diǎn),求證:點(diǎn)G是定點(diǎn).(1)解設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)為O,四邊形ABPQ是平行四邊形,|AB|PQ|,|PQ|2|OB|,|AB|2|OB|,則點(diǎn)B的橫坐標(biāo)為a3,點(diǎn)Q的坐標(biāo)為a3,43 ,代入橢圓C的方程得b22,又c22,a24,即橢圓C的方程為x24y221.(2)證明設(shè)直線MN的方程為yk(x2),N(x0,y0),DAAM,D(2,4k).由x24y221,yk(x2) ,消去y得(12k2)x28k2x8k240,則2x08k2412k2,即x024k212k2,y0k(x02)4k12k2,則N24k212k2,4k12k2,設(shè)G(t,0),則t2,若以DN為直徑的圓恒過直線
17、AN和DG的交點(diǎn),則DGAN,GDAN0 恒成立.GD(2t,4k),AN8k212k2,4k12k2,GDAN(2t)8k212k24k4k12k20 恒成立,即8k2t12k20 恒成立,t0,點(diǎn)G是定點(diǎn)(0,0).熱點(diǎn)三圓錐曲線中的存在性問題【例 3】(2017長沙調(diào)研)已知橢圓C:x2a2y2b21(ab0)的離心率為12,且過點(diǎn)P1,32 ,F(xiàn)為其右焦點(diǎn).(1)求橢圓C的方程;(2)設(shè)過點(diǎn)A(4,0)的直線l與橢圓相交于M,N兩點(diǎn)(點(diǎn)M在A,N兩點(diǎn)之間),是否存在直線l使AMF與MFN的面積相等?若存在,試求直線l的方程;若不存在,請說明理由.解(1)因?yàn)閏a12,所以a2c,b 3
18、c,設(shè)橢圓方程x24c2y23c21,又點(diǎn)P1,32 在橢圓上,所以14c234c21,解得c21,a24,b23,所以橢圓方程為x24y231.(2)易知直線l的斜率存在,設(shè)l的方程為yk(x4),由yk(x4) ,x24y231,消去y得(34k2)x232k2x64k2120,由題意知(32k2)24(34k2)(64k212)0,解得12k0)的焦點(diǎn)為F,直線 2xy20 交拋物線C于A,B兩點(diǎn),P是線段AB的中點(diǎn),過P作x軸的垂線交拋物線C于點(diǎn)Q.(1)D是拋物線C上的動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)E(1,3),若直線AB過焦點(diǎn)F,求|DF|DE|的最小值;(2)是否存在實(shí)數(shù)p,使|2QAQB|2QAQB
19、|?若存在,求出p的值;若不存在,說明理由.解(1)直線 2xy20 與y軸的交點(diǎn)為(0,2),F(xiàn)(0,2),則拋物線C的方程為x28y,準(zhǔn)線l:y2.設(shè)過D作DGl于G,則|DF|DE|DG|DE|,當(dāng)E,D,G三點(diǎn)共線時(shí),|DF|DE|取最小值 235.(2)假設(shè)存在,拋物線x22py與直線y2x2 聯(lián)立方程組得:x24px4p0,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),(4p)216p16(p2p)0,則x1x24p,x1x24p,Q(2p,2p).|2QAQB|2QAQB|,QAQB.則QAQB0,得(x12p)(x22p)(y12p)(y22p)(x12p)(x22p)(2x122p)
20、(2x222p)5x1x2(46p)(x1x2)8p28p40,代入得 4p23p10,解得p14或p1(舍去).因此存在實(shí)數(shù)p14,且滿足0,使得|2QAQB|2QAQB|成立.1.解答圓錐曲線的定值、定點(diǎn)問題,從三個(gè)方面把握:(1)從特殊開始,求出定值,再證明該值與變量無關(guān):(2)直接推理、計(jì)算,在整個(gè)過程中消去變量,得定值;(3)在含有參數(shù)的曲線方程里面,把參數(shù)從含有參數(shù)的項(xiàng)里面分離出來,并令其系數(shù)為零,可以解出定點(diǎn)坐標(biāo).2.圓錐曲線的范圍問題的常見求法(1)幾何法:若題目的條件和結(jié)論能明顯體現(xiàn)幾何特征和意義,則考慮利用圖形性質(zhì)來解決;(2)代數(shù)法:若題目的條件和結(jié)論能體現(xiàn)一種明確的函數(shù)
21、關(guān)系,則可首先建立起目標(biāo)函數(shù),再求這個(gè)函數(shù)的最值.3.存在性問題求解的思路及策略(1)思路:先假設(shè)存在,推證滿足條件的結(jié)論,若結(jié)論正確,則存在;若結(jié)論不正確,則不存在.(2)策略:當(dāng)條件和結(jié)論不唯一時(shí)要分類討論;當(dāng)給出結(jié)論而要推導(dǎo)出存在的條件時(shí),先假設(shè)成立,再推出條件.一、選擇題1.(2017全國卷)若a1,則雙曲線x2a2y21 的離心率的取值范圍是()A.( 2,)B.( 2,2)C.(1, 2)D.( 1,2)解析由題意e2c2a2a21a211a2,因?yàn)閍1,所以 111a22,則 1e 2.答案C2.F1,F(xiàn)2是橢圓x24y21 的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)P在橢圓上運(yùn)動(dòng),則PF1PF2的最大值
22、是()A.2B.1C.2D.4解析設(shè)P(x,y),依題意得點(diǎn)F1( 3,0),F(xiàn)2( 3,0),PF1PF2( 3x)( 3x)y2x2y2334x22,注意到234x221,因此PF1PF2的最大值是 1.答案B3.(2017沈陽二模)若點(diǎn)P為拋物線y2x2上的動(dòng)點(diǎn),F(xiàn)為拋物線的焦點(diǎn),則|PF|的最小值為()A.2B.12C.14D.18解析根據(jù)題意,拋物線y2x2上,設(shè)P到準(zhǔn)線的距離為d,則有|PF|d,拋物線的方程為y2x2, 即x212y, 其準(zhǔn)線方程為y18, 當(dāng)點(diǎn)P在拋物線的頂點(diǎn)時(shí),d有最小值18, 即|PF|min18.答案D4.(2017全國改編)橢圓C:x23y2m1 的焦點(diǎn)
23、在x軸上,點(diǎn)A,B是長軸的兩端點(diǎn),若曲線C上存在點(diǎn)M滿足AMB120,則實(shí)數(shù)m的取值范圍是()A.(3,)B.1,3)C.(0, 3)D.(0,1解析依題意,當(dāng) 0m3 時(shí),焦點(diǎn)在x軸上,要在曲線C上存在點(diǎn)M滿足AMB120,則abtan 60,即3m 3,解得 00,b0)的一條漸近線與拋物線y2x的一個(gè)交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為x0,若x01,則雙曲線C的離心率e的取值范圍是_.解析雙曲線C:x2a2y2b21 的一條漸近線為ybax,聯(lián)立y2x,ybax消去y,得b2a2x2x.由x01,知b2a21,b2a2.e2c2a2a2b2a22,因此 1e0),B(x2,y2)(y20).則|AC|BD|
24、x2y1y224y1.又y1y2p24.|AC|BD|y2244y2(y2b0)的離心率是32,點(diǎn)P1,32 在橢圓E上.(1)求橢圓E的方程;(2)過點(diǎn)P且斜率為k的直線l交橢圓E于點(diǎn)Q(xQ,yQ)(點(diǎn)Q異于點(diǎn)P),若 0 xQ1,求直線l斜率k的取值范圍.解(1)由題意得ca32,1a234b21,a2b2c2解得a2,b1,c 3,橢圓E的方程為x24y21.(2)設(shè)直線l的方程為y32k(x1),代入方程x24y21.消去y得(14k2)x2(4 3k8k2)x4k24 3k10,xQ14k24 3k114k2,0 xQ1,04k24 3k114k20,4k24 3k114k21.解
25、得36k322,經(jīng)檢驗(yàn),滿足題意.直線l斜率k的取值范圍是36,322或322,.10.(2017延安調(diào)研)如圖,橢圓E:x2a2y2b21(ab0),經(jīng)過點(diǎn)A(0,1),且離心率為22.(1)求橢圓E的方程;(2)經(jīng)過點(diǎn)(1,1),且斜率為k的直線與橢圓E交于不同的兩點(diǎn)P,Q(均異于點(diǎn)A),證明:直線AP與AQ的斜率之和為定值.(1)解由題設(shè)知ca22,b1,結(jié)合a2b2c2,解得a 2,所以橢圓的方程為x22y21.(2)證明由題設(shè)知,直線PQ的方程為yk(x1)1(k2),代入x22y21,得(12k2)x24k(k1)x2k(k2)0,由已知0,設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2),x
26、1x20,則x1x24k(k1)12k2,x1x22k(k2)12k2,從而直線AP,AQ的斜率之和kAPkAQy11x1y21x2kx12kx1kx22kx22k(2k)1x11x22k(2k)x1x2x1x22k(2k)4k(k1)2k(k2)2k2(k1)2.故kAPkAQ為定值 2.11.(2015全國卷)在直角坐標(biāo)系xOy中,曲線C:yx24與直線l:ykxa(a0)交于M,N兩點(diǎn),(1)當(dāng)k0 時(shí),分別求C在點(diǎn)M和N處的切線方程;(2)y軸上是否存在點(diǎn)P,使得當(dāng)k變動(dòng)時(shí),總有OPMOPN?說明理由.解(1)由題設(shè)可得M(2a,a),N(2a,a),或M(2a,a),N(2a,a).
27、又yx2, 故yx24在x2a處的導(dǎo)數(shù)值為a,C在點(diǎn)(2a,a)處的切線方程為yaa(x2a),即axya0.yx24在x2a處的導(dǎo)數(shù)值為a,C在點(diǎn)(2a,a)處的切線方程為yaa(x2a),即axya0.故所求切線方程為axya0 和axya0.(2)存在符合題意的點(diǎn),證明如下:設(shè)P(0,b)為符合題意的點(diǎn),M(x1,y1),N(x2,y2),直線PM,PN的斜率分別為k1,k2.將ykxa代入C的方程得x24kx4a0.故x1x24k,x1x24a.從而k1k2y1bx1y2bx22kx1x2(ab) (x1x2)x1x2k(ab)a.當(dāng)ba時(shí),有k1k20,則直線PM的傾斜角與直線PN的傾斜角互補(bǔ),故OPMOPN,所以點(diǎn)P(0,a)符合題意.
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