内容正文:
第八章 解析几何
专题四 高考中的解析几何问题
第二课时 范围问题
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课时作业(五十一)
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第八章 解析几何
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圆锥曲线中的范围问题是高考的热点和难点,主要涉及两个类型:一是以圆锥曲线定义与几何性质为背景的求范围问题;二是以直线与圆锥曲线的位置关系、弦长、面积等知识为背景的求范围问题.
(2021·北京卷)已知椭圆E: eq \f(x2,a2) + eq \f(y2,b2) =1(a>b>0)过点A(0,-2),又四个顶点围成的四边形面积为4 eq \r(5) .
(1)求椭圆E的标准方程;
(2)过点P(0,-3)的直线l斜率为k,交椭圆E于不同的两点B,C,直线AB,AC交y=-3于点M,N,若|PM|+|PN|≤15,求k的取值范围.
思维导引
学科素养
本题主要考查逻辑推理、数学运算等学科素养
思路点拨
(1)由点A求出b,再由四边形面积求出a,进而确定椭圆方程;
(2)设出直线l的方程,联立消元,由判别式求出斜率的范围;设出直线AB,AC的方程,写出点M,N的坐标,利用条件“|PM|+|PN|≤15”得到关于k的不等式后求解
解:(1)因为椭圆E过点A(0,-2),所以b=2.
又四个顶点围成的四边形面积为4 eq \r(5) ,
故 eq \f(1,2) ×2a×2b=2ab=4 eq \r(5) .
联立 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(b=2,,2ab=4\r(5),,a2=b2+c2,)) 解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=\r(5),,b=2,,c=1,))
故椭圆E的标准方程为 eq \f(x2,5) + eq \f(y2,4) =1.
(2)由题意可得,直线l的斜率存在,
且直线l的方程为y=kx-3,设B(x1,y1),C(x2,y2).
联立 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx-3,,4x2+5y2=20,)) 得(5k2+4)x2-30kx+25=0,
Δ=(-30k)2-4(5k2+4)×25=400(k2-1)>0,
解得k>1或k<-1.由根与系数的关系,得
x1+x2=- eq \f(-30k,5k2+4) = eq \f(30k,5k2+4) ,x1x2= eq \f(25,5k2+4) ,
进而可得y1+y2=k(x1+x2)-6=- eq \f(24,5k2+4) ,
y1y2=(kx1-3)(kx2-3)
=k2x1x2-3k(x1+x2)+9= eq \f(36-20k2,5k2+4) .
直线AB的方程为y+2= eq \f(y1+2,x1) x,
令y=-3,则x=- eq \f(x1,y1+2) ,故点M(- eq \f(x1,y1+2) ,-3).
直线AC的方程为y+2= eq \f(y2+2,x2) x,
令y=-3,则x=- eq \f(x2,y2+2) ,故点N(- eq \f(x2,y2+2) ,-3).
因此|PM|+|PN|= eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(x1,y1+2))) + eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(x2,y2+2)))
= eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(x1·(y2+2)+x2·(y1+2),(y1+2)·(y2+2))))
= eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(x1·(kx2-1)+x2·(kx1-1),y1·y2+2(y1+y2)+4)))
= eq \b\lc\|\r