内容正文:
§4 直线与圆锥曲线的位置关系
4.1 直线与圆锥曲线的交点
[素养目标] 1.类比直线与圆的位置关系,会判断直线与椭圆、双曲线、抛物线的位置关系. 2.会求直线与椭圆、双曲线、抛物线的交点坐标. 3.培养直观现象、数学运算的学科素养.
探究点一 点、直线与椭圆位置关系的判断
[基础梳理]
直线与椭圆的位置关系(直线斜率存在时)
直线y=kx+m与椭圆+=1(a>b>0)的位置关系判断方法:联立消y得一个关于x的一元二次方程.
位置
关系
公共点
个数
组成的方
程组的解
判定方法
(利用判别式Δ)
相交
2个
2解
Δ>0
相切
1个
1解
Δ=0
相离
0个
0解
Δ<0
斜率不存在时,观察可得.
[互动探究]
[例1] 直线y=kx-k+1与椭圆+=1的位置关系是( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.不确定
【解析】 选A.直线y=kx-k+1=k(x-1)+1过定点(1,1),且该点在椭圆内部,因此必与椭圆相交.
[例2] 在平面直角坐标系xOy中,经过点(0,)且斜率为k的直线l与椭圆+y2=1有两个不同的交点P和Q.求k的取值范围.
【解】 由已知条件知直线l的方程为y=kx+,代入椭圆方程得+(kx+)2=1.整理得x2+2·kx+1=0.直线l与椭圆有两个不同的交点P和Q等价于Δ=8k2-4(+k2)=4k2-2>0,解得k<-或k>.
即k的取值范围为(-∞,-)∪(,+∞).
位置关系问题.解此类问题的常规解法是直线方程与椭圆方程联立,消去y或x得到关于x或y的一元二次方程,则(1)直线与椭圆相交⇔Δ>0;(2)直线与椭圆相切⇔Δ=0;(3)直线与椭圆相离⇔Δ<0,所以判定直线与椭圆的位置关系,方程及其判别式是最基本的工具.
[跟踪训练]
1.已知直线l:y=2x+m,椭圆C:+=1.试问当m取何值时,直线l与椭圆C.
(1)有两个不同的公共点;
(2)有且只有一个公共点;
(3)没有公共点.
解:将直线l的方程与椭圆C的方程联立,
得方程组
将①代入②,整理得9x2+8mx+2m2-4=0.③
方程③根的判别式Δ=(8m)2-4×9×(2m2-4)=-8m2+144.
(1)当Δ>0,即-3 <m<3 时,方程③有两个不同的实数根,可知原方程组有两组不同的实数解.这时直线l与椭圆C有两个不同的公共点.
(2)当Δ=0,即m=±3 时,方程③有两个相同的实数根,可知原方程组有两组相同的实数解.这时直线l与椭圆C有两个互相重合的公共点,即直线l与椭圆C有且只有一个公共点.
(3)当Δ<0,即m<-3 或m>3 时,方程③没有实数根,可知原方程组没有实数解.这时直线l与椭圆C没有公共点.
探究点二 直线与抛物线的交点问题
[基础梳理]
1.判断直线与抛物线的交点个数时,一般是将直线与抛物线的方程联立消元,转化为形如一元二次方程的形式,注意讨论二次项系数是否为0.若该方程为一元二次方程,则利用判别式判断方程解的个数.
2.直线与抛物线有一个公共点时有两种情形:(1)直线与抛物线的对称轴重合或平行;(2)直线与抛物线相切.
[互动探究]
[例3] 若直线l:y=(a+1)x-1与曲线C:y2=ax(a≠0)恰好有一个公共点,试求实数a的取值集合.
【解】 因为直线l与曲线C恰好有一个公共点,所以方程组只有一组实数解,消去y,得[(a+1)x-1]2=ax,即(a+1)2x2-(3a+2)x+1=0 ①.
(ⅰ)当a+1=0,即a=-1时,方程①是关于x的一元一次方程,解得x=-1,这时,原方程组有唯一解
(ⅱ)当a+1≠0,即a≠-1时,方程①是关于x的一元二次方程.令Δ=(3a+2)2-4(a+1)2=a(5a+4)=0,解得a=0(舍去)或a=-.
所以原方程组有唯一解
综上,实数a的取值集合是.
直线与抛物线的位置关系的判断方法
设直线l:y=kx+b,抛物线:y2=2px(p>0),将直线方程与抛物线方程联立消元得:k2x2+(2kb-2p)x+b2=0.
(1)若k2=0,此时直线与抛物线有一个交点,该直线平行于抛物线的对称轴或与对称轴重合.
(2)若k2≠0,当Δ>0时,直线与抛物线相交,有两个交点;
当Δ=0时,直线与抛物线相切,有一个交点;
当Δ<0时,直线与抛物线相离,无交点.
[跟踪训练]
2.求过点P(-1,1),且与抛物线y2=2x只有一个公共点的直线l的方程.
解:(1)当直线l的斜率不存在时,显然不满足题意.
(2)当直线l的斜率存在时,
①若直线l与抛物线的对称轴平行,则直线l的方程为y=1,此时直线l与抛物线只有一个公共点;
②若直线l与抛物线的对称轴不平行,设直线l的方程为y-1=k(x+1)(k≠0),