内容正文:
专项三 圆锥曲线中的定点、定值问题
微专题二 圆锥曲线的综合问题
处理圆锥曲线中定点问题的方法:(1)探索直线过定点时,可设直线方程为y=kx+m,然后利用条件建立k,m的等量关系进行消元,借助于直线系的思想找出定点;(2)从特殊情况入手,先探求定点,再证明与变量无关.
处理圆锥曲线中定值问题的方法:(1)从特殊入手,求出定值,再证明这个值与变量无关;(2)直接推理、计算,并在计算推理的过程中消去变量,从而得到定值.
CONTECT
内
容
索
引
01
题型一 定值问题
02
题型二 定点问题
05
课 时 测 评
题型一 定值问题
返回
例1
技法1 直接消参法
(2024·四川资阳模拟)点F1,F2分别为椭圆C: =1(a>b>0)的左、右焦点,过右焦点F2的直线l与椭圆C交于A,B两点,且线段AB不为长轴,△ABF1的周长为8,椭圆C的离心率为 .
(1)求椭圆C的方程;
解:由题可知|AF1|+|AF2|=2a,|BF1|+|BF2|=2a.
因为△ABF1的周长为8,所以|AF1|+|BF1|+|AF2|+|BF2|=4a=8,
(2)点A2为椭圆C的右顶点,求证:直线A2A,A2B的斜率之积为定值,并求出此定值.
解:证明:由(1)得A2(2,0),F2(1,0),设A(x1,y1),B(x2,y2),直线AF2的方程为x=my+1.
因为3m2+4>0,Δ=36m2+36(3m2+4)>0,
规律方法
参数法解决圆锥曲线中定值问题的一般步骤
(1)求椭圆C的方程;
所以a2=25,b2=16,
(2)证明:|PA|2+|PB|2为定值.
所以|PA|2+|PB|2为定值.
技法2 特殊转化法
(1)求椭圆C的方程和其“卫星圆” 的方程;
例2
(2)点P是椭圆C的”卫星圆“上的一个动点,过点P作直线l1,l2使得l1,l2与椭圆C都只有一个交点,且l1,l2与其”卫星圆“的另外两个交点分别为M,N,证明:|MN|为定值.
解:证明:①当l1,l2中有一条直线的斜率不存在时,不妨设l1的斜率不
存在.
设经过点P(x0,y0)且与椭圆只有一个交点的直线方程为y=t(x-x0)+y0,
所以线段MN应为”卫星圆“的直径,
规律方法
由特殊到一般法求定值问题的两个常用技巧
解:证明:因为k1,k2存在,
所以x1x2≠0,因为m·n=0,
(2)试探求△OPQ的面积S是不是定值,并说明理由.
解:是定值.理由如下:当直线PQ的斜率不存在,即x1=x2,y1=-y2时,
当直线PQ的斜率存在时,易知直线PQ的斜率不为0,
设直线PQ的方程为y=kx+b(k≠0).
所以△OPQ的面积S为定值.
返回
题型二 定点问题
返回
例3
技法1 直接推理法
(2023·全国乙卷)已知椭圆C: =1(a>b>0)的离心率为 ,点A(-2,0)在C上.
(1)求C的方程;
(2)过点(-2,3)的直线交C于P,Q两点,直线AP,AQ与y轴的交点分别为M,N,证明:线段MN的中点为定点.
解:证明:由题意可知:直线PQ的斜率存在,
设PQ:y=k(x+2)+3,
P(x1,y1),Q(x2,y2),
联立方程
消去y得(4k2+9)x2+8k(2k+3)x+16(k2+3k)=0,
则Δ=64k2(2k+3)2-64(4k2+9)(k2+3k)=-1 728k>0,解得k<0,
所以线段MN的中点是定点(0,3).
规律方法
直接推理法求定点的一般步骤
对点练3.(2024·九省适应性测试) 已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,过F的直线l交C于A,B两点,过F与l垂直的直线交C于D,E两点,其中B,D在x轴上方,M,N分别为AB,DE的中点.
(1)证明:直线MN过定点;
解:证明: 由C:y2=4x,故F(1,0),由直线AB与
直线DE垂直,
故两条直线斜率都存在且不为0,
设直线AB,DE分别为x=m1y+1,x=m2y+1,
有m1m2=-1,
设A(x1,y1),B(x2,y2),E(x3,y3),D(x4,y4),
如图所示:
消去x可得y2-4m1y-4=0,
Δ=16m +16>0,
故y1+y2=4m1,y1y2=-4,
则x1+x2=(m1y1+1)+(m1y2+1)=m1(y1+y2)+2=4m +2,
此时MN过定点,且该定点为(3,0),
有lMN:x=2+1=3,也过定点(3,0),
故直线MN过定点,且该定点为(3,0).
(2)设G为直线AE与直线BD的交点,求△GMN面积的最小值.
解:由A(x1,y1),B(x2,y2),E(x3,y3),D(x4,y4),
即4x(y4+y2)+y1y3(y4+y2)=4x(y3+y1)+y2y4(y3+y1),
故xG=-1,
当且仅当m1=±1时,等号成立,
由抛物线的对称性,不妨设m1>0,则m2<0,
由直线MN过定点(3,0),
同理,当m1<1时,有点G在x轴下方,点Q也在x轴下方,
当且仅当m1=1时,xQ=3,
技法2 先找后证法
例4
(1)求椭圆C的方程;
(2)过点P ( ,0)的直线l交椭圆C于A,B两点,试探究以线段AB为直径的圆是否过定点?若过,求出定点坐标,若不过,请说明理由.
当AB⊥y轴时,以AB为直径的圆的方程为x2+y2=1.可得两圆交点为Q(-1,
0).由此可知,若以AB为直径的圆恒过定点,则该定点必为Q(-1,0).
下证Q(-1,0)符合题意.
=(x1+1)(x2+1)+y1y2
规律方法
1.定点问题,先猜后证,可先考虑运动图形是否有对称性及特殊(或极端)位置猜想,如直线的水平位置、竖直位置,即k=0或k不存在时.
2.以曲线上的点为参数,设点P(x1,y1),利用点在曲线f(x,y)=0上,即f(x1,y1)=0消参.
足|MF1|-|MF2|=±2,点M的轨迹为曲线C.
(1)求曲线C的方程;
(2)已知A(1,0),过点A的直线AP,AQ与曲线C分别交于点P和Q(点P和Q都异于点A),若满足AP⊥AQ,求证:直线PQ过定点.
解:证明:若直线PQ垂直于x轴,易知此时直线AP的方程为y=±(x-1),
联立x2- =1,解得x=-3,直线PQ过点(-3,0).
当直线PQ斜率存在时,设直线PQ方程为y=kx+m,P(x1,y1),Q(x2,y2),
因为AP⊥AQ,
=(x1-1)(x2-1)+y1y2
=(k2+1)x1x2+(km-1)(x1+x2)+m2+1
=0,
整理得3k2+2km-m2=(3k-m)(k+m)=0,
解得m=3k或m=-k,
因为点P和Q都异于点A,所以m=-k不满足题意,
故m=3k,代入y=kx+m,得y=k(x+3),过定点(-3,0).
综上,直线PQ过定点(-3,0).
返回
课时测评
返回
√
1.(8分)已知直线l:y=kx(k≠0)与双曲线C: -y2=1交于P,Q两点,QH⊥x轴于点H,直线PH与双曲线C的另一个交点为T,则kPQ·kQT=
C.1 D.2
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
√
√
√
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
为坐标原点,则点O到直线l的距离为____.
设A(x1,y1),B(x2,y2).当直线l和轴线平行时,|x1|=|y1|=|x2|=|y2|,解
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
(1)求C的方程;
解得a2=6,b2=3.
2
1
3
4
5
6
7
(2)点M,N在C上,且AM⊥AN,AD⊥MN,D为垂足.证明:存在定点Q,使得|DQ|为定值.
解:证明:设M(x1,y1),N(x2,y2).
若直线MN与x轴不垂直,设直线MN的方程为y=kx+m,
2
1
3
4
5
6
7
整理得(2k+3m+1)(2k+m-1)=0.
因为A(2,1)不在直线MN上,
所以2k+m-1≠0,故2k+3m+1=0,k≠1.
2
1
3
4
5
6
7
若D与P不重合,
则由题设知AP是Rt△ADP的斜边,
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
5.(18分)(2023·新课标Ⅱ卷)已知双曲线C的中心为坐标原点,左焦点为
(-2 ,0),离心率为 .
(1)求C的方程;
2
1
3
4
5
6
7
(2)记C的左、右顶点分别为A1,A2,过点(-4,0)的直线与C的左支交于M,N两点,M在第二象限,直线MA1与NA2交于点P.证明:点P在定直线上.
解:证明:由(1)可得A1(-2,0),A2(2,0),设M(x1,y1),N(x2,y2),
2
1
3
4
5
6
7
联立直线MA1与直线NA2的方程可得
据此可得点P在定直线 x=-1上.
2
1
3
4
5
6
7
(1)求椭圆C的方程;
2
1
3
4
5
6
7
(2)设椭圆C的左、右顶点分别为A1,A2,过A1,A2分别作长轴的垂线l1,l2,椭圆C的一条切线l:y=kx+t与直线l1,l2分别交于M,N两点.求证:以MN为直径的圆过定点F.
因为直线l为椭圆C的一条切线,所以Δ=(4kt)2-4(2k2+1)(2t2-8)=0,
2
1
3
4
5
6
7
整理得8k2-t2+4=0,故t2-8k2=4,因为l与直线l1,l2分别交于M,N
则y1y2=t2-8k2=4,
所以以MN为直径的圆经过定点F.
2
1
3
4
5
6
7
7.(20分)(2022·全国乙卷)已知椭圆E的中心为坐标原点,对称轴为x轴、y轴,且过A(0,-2),B ( ,-1)两点.
(1)求E的方程;
解:因为椭圆E的中心为坐标原点,对称轴为x轴、y轴,且过A(0,-2),
2
1
3
4
5
6
7
(2)设过点P(1,-2)的直线交E于M,N两点,过M且平行于x轴的直线
解:证明:当直线MN的斜率不存在时,lMN:x=1,
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
当直线MN的斜率存在时,如图,设M(x1,y1),
N(x2,y2),lMN:y=kx+m(k+m=-2).
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
2
1
3
4
5
6
7
所以直线HN过定点(0,-2).
综上,直线HN过定点(0,-2).
返回
2
1
3
4
5
6
7
谢谢观看
本节到此结束
所以a=2.又=,所以c=1,所以b=,
所以椭圆C的方程为+=1.
+
联立得(3m2+4)y2+6my-9=0.
所以y1+y2=-,y1y2=-,
所以kk=·=·===-,
所以直线A2A,A2B的斜率之积为定值,此定值为为-.
当m=0时,P(0,0),直线l的方程为y=x,
代入+=1,整理得x2=.
对点练1.椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,P(m,0)为C的长轴上的一个动点,过点P且斜率为的直线l交椭圆C于A,B两点,当m=0时,·=-.
解:易知=.
设A(x0,y0),则B(-x0,-y0),·=-x-y=-x=-·=-,
所以椭圆C的方程为+=1.
则|PA|2=(x1-m)2+y=y,
同理|PB|2=y.
解:证明:设A(x1,y1),B(x2,y2),直线l的方程为x=y+m,代入+=1,整理得25y2+20my+8(m2-25)=0.
则y1+y2=-,y1y2=,
则|PA|2+|PB|2=(y+y)=[(y1+y2)2-2y1y2]=·=41.
(2024·重庆模拟)给定椭圆C:+=1(a>b>0),称圆心在原点O,半径为的圆是椭圆C的“卫星圆”.若椭圆C的离心率为,点(2,)在C上.
解:由题意得
解得
所以椭圆C的方程为+=1,其”卫星圆“的方程为x2+y2=12.
经过点(2,2)且与椭圆只有一个交点的直线是y=2,经过点(2,-2)且与椭圆只有一个交点的直线是y=-2,即l2的方程为y=2或y=-2.
因为l1与椭圆只有一个交点,所以其方程为x=2或x=-2.
当l1的方程为x=2时,l1与”卫星圆“交于点(2,2)和点(2,-2),
同理可得|MN|=4.
②当l1,l2的斜率都存在时,设点P(x0,y0),其中x+y=12.
由消去y,得(1+2t2)x2+4t(y0-tx0)x+2(y0-tx0)2-8=0,
所以l1⊥l2,所以线段MN应为”卫星圆“的直径,所以|MN|=4.
当l1的方程为x=-2时,
所以|MN|=4.
综合①②知,|MN|=4,为定值.
所以Δ=(64-8x)t2+16x0y0t+32-8y=0,
设l1,l2的斜率分别为t1,t2,则t1·t2===-1,则满足条件的两直线l1,l2垂直.
所以k1·k2==-.
对点练2.在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C:+y2=1,点P(x1,y1),Q(x2,y2)是椭圆C上的两个动点,直线OP,OQ的斜率分别为k1,k2,若m=(,y1),n= (,y2),m·n=0.
(1)求证:k1·k2=-;
所以+y1y2=0,
所以|x1|=,|y1|=,
所以S△OPQ=|x1|·|y1-y2|=1.
由=-,得-y=0,
由P(x1,y1)在椭圆C上,得+y=1,
因为+y1y2=0,所以+(kx1+b)·(kx2+b)=0,得2b2-4k2=1,满足Δ=64k2b2-4(4k2+1)(4b2-4)=16(4k2+1-b2)>0,
所以S△OPQ=·|PQ|=|b|·=2|b|·=1.
由得(4k2+1)x2+8kbx+4b2-4=0,
x1+x2=,x1x2=.
解:由题意可得解得
所以C的方程为+=1.
+
令x=0,解得y=,即M ,
同理可得N ,
则=+=
可得x1+x2=-,x1x2=,
因为A(-2,0),则直线AP:y=(x+2),
=
===3,
故=2m+1,=2m1,
即M(2m+1,2m1),同理可得N(2m+1,2m2).
当2m+1≠2m+1时,
则lMN:y=(x-2m-1)+2m1,
联立C:y2=4x与直线AB,即有
故x=3时,有y=(3-3)=0,
当2m+1=2m+1时,即m=m时,由m1m2=-1,即m1=±1时,
即y=(x-2m-1)+2m1=-+2m1=-=-,
由m1m2=-1,即y=-=(x-3),
同理可得lBD:y=+,
联立两直线,即
则lAE:y=(x-x1)+y1,由y=4x1,y=4x2,
故y=+y1=-+y1=+,
故x=
=
==-1,
有+=+,
有x=,由y1y2=-4,
同理y3y4=-4,
故=2m1-2m2=2m1+≥2=4,
下证≥4:
当m1>1时,有m2=-∈(-1,0),则点G在x轴上方,点Q也在x轴
上方,
过点G作GQ∥x轴,交直线MN于点Q,则S△GMN=×,
由M(2m+1,2m1),N(2m+1,2m2),
有<0,故此时>4,
故≥4恒成立,且m1=±1时,等号成立,
故S△GMN=×≥×4×4=8.
有=>0,
此时>3-(-1)=4,
所以a=b,c=b.
又=,a>b≥1,所以b=1,a2=2,
故椭圆C的方程为+x2=1.
已知椭圆C:+=1(a>b≥1)的离心率为,上焦点到直线bx+2ay-=0的距离为.
解:由题意,e==,e2==,
当直线l的斜率存在,且不为0时,设l的方程为y=k (x-),代入+x2=1,并整理得(k2+2)x2-k2x+-2=0,
解:当AB⊥x轴时,以AB为直径的圆的方程为 (x-)2+y2=,
=x1x2+x1+x2+1+k2 (x1-) (x2-)
=(1+k2)x1x2+(1-k2) (x1+x2)+1+k2
=(1+k2)+(1-k2) +1+k2=0,
故⊥,即Q(-1,0)在以AB为直径的圆上.综上,以AB为直径的圆恒过定点(-1,0).
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=,x1x2=,
所以·
所以曲线C的方程为x2-=1.
对点练4.在平面直角坐标系xOy中,点F1(-,0),F2(,0),点M满
解:因为|MF1|-|MF2|=±2,所以||MF1|-|MF2||=2<2=|F1F2|,由双曲线定义可知,点M的轨迹为双曲线,其中c=,a=1,所以b==,
代入x2-=1,整理得(k2-2)x2+2kmx+m2+2=0,则x1+x2=,x1x2=,
所以·=(x1-1,y1)·(x2-1,y2)
=++m2+1
设P(x1,y1),Q(-x1,-y1),H(-x1,0),T(x2,y2),则kPQ====k.
由-y2=1得,y2=(x2-4),
A. B.
则所以kPT·kQT=·====.因为kPH=kPT====,所以kQT=,所以kPQ·kQT=.故选B.
2.(8分)[多选题](2024·湖南宁乡模拟预测)在平面直角坐标系xOy中,已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为,且双曲线C的右焦点在直线3x+2y-3=0上,A,B分别是双曲线C的左、右顶点,点P是双曲线C的右支上位于第一象限的动点,记PA,PB的斜率分别为k1,k2,则下列说法正确的是
A.双曲线C的渐近线方程为y=±x B.双曲线C的方程为-y2=1
C.k1k2为定值 D.存在点P,使得k1+k2=2
因为双曲线C的右焦点在直线3x+2y-3=0上,易得右焦点坐标为(,0),故c=.因为e==,所以a=2,b=1,所以双曲线C的方程为-y2=1,故B正确;易得双曲线C的渐近线方程为y=±x,故A正确;设点P(m,n),又A(-2,0),B(2,0),则-n2=1,即m2-4=4n2,故k1k2=·==,故C错误;因为P(m,n)在第一象限,则0<kOP<,即0<<,即>2,k1+k2=+==>1,所以k1+k2>1,故存在点P,使得k1+k2=2,故D正确.故选ABD.
得|x1|=|y1|=|x2|=|y2|=,所以点O到直线l的距离为.当直线l和轴线不平行时,设直线l的方程为x=my+t,
由得(3m2-1)y2+6mty+3t2-3=0,
3.(8分)若直线l与双曲线x2-=1交于A,B两点,且·=0,O
则d2==,故d=,即点O到直线l的距离为.综上所述,点O到直线l的距离为.
所以y1+y2=,y1y2=.又x1=my1+t,x2=my2+t,所以·=x1x2+y1y2=(my1+t)·(my2+t)+y1y2=(m2+1)y1y2+mt(y1+y2)+t2==0,
解得2t2=3m2+3.又点O到直线l的距离为d=,
所以C的方程为+=1.
4.(18分)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,且过点A(2,1).
解:由题意得+=1,=,
由AM⊥AN知,·=0,故(x1-2)·(x2-2)+(y1-1)(y2-1)=0,可得(k2+1)x1x2+(km-k-2)(x1+x2)+(m-1)2+4=0.
代入+=1得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-6=0.
即x1+x2=-,x1x2=.①
所以直线MN过点P (,-).
若直线MN与x轴垂直,可得N(x1,-y1).由·=0得(x1-2)(x1-2)+(y1-1)(-y1-1)=0.
将①代入上式可得(k2+1)-(km-k-2)+(m-1)2+4=0.
于是MN的方程为y=k (x-)-(k≠1).
此时直线MN过点P (,-).
令Q为AP的中点,即Q (,-).
又+=1,可得3x-8x1+4=0.
解得x1=2(舍去),x1=.
综上,存在点Q (,-),使得|DQ|为定值.
故|DQ|=|AP|=.
若D与P重合,则|DQ|=|AP|.
解:设双曲线方程为-=1(a>0,b>0),由焦点坐标可知c=2,
则由e==,可得a=2,b==4,
故双曲线方程为-=1.
则y1+y2=,y1y2=,
显然直线的斜率不为0,所以设直线 MN 的方程为x=my-4,且-<m<,
与-=1联立可得(4m2-1)y2-32my+48=0,且Δ=64(4m2+3)>0,
=
===-,
由=-可得x=-1,即xP=-1,
直线MA1的方程为y=(x+2),直线NA2的方程为y=(x-2),
==
所以椭圆C的方程为+=1.
6.(20分)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的一个焦点F在抛物线y2=8x的准线上,且椭圆C经过点A(,1).
解:因为抛物线y2=8x的准线方程为x=-2,所以F(-2,0),即c=2,又因为椭圆C经过点A(,1),则解得
解:证明:由(1)知,A1(-2,0),A2(2,0),所以l1:x=-2,l2:x=2,
联立消y得(2k2+1)x2+4ktx+2t2-8=0,
因为y1=-2k+t,y2=2k+t,
所以·=y1y2-4=4-4=0,
所以⊥,即∠MFN=90°,
两点,设M(-2,y1),N(2,y2),
所以=(-2+2,y1),=(2+2,y2),则·=y1y2-4,
又椭圆E过B(,-1),所以+=1,得a2=3,
所以E的方程为+=1.
所以可设椭圆E的方程为+=1,
结合题意可知M,N,
所以过M且平行于x轴的直线的方程为y=-.
与线段AB交于点T,点H满足=.证明:直线HN过定点.
由得y2=,所以y=±.
所以T.
易知点T的横坐标xT∈ (0,\f(3,2)),直线AB的方程为
y-(-2)=×(x-0),
即y=x-2,由得xT=3-,
因为=,所以H,
lHN:y-=(x-1),即y=x-2.
由得(3k2+4)x2+6kmx+3m2-12=0,Δ>0,
所以T.
因为=,所以H(3y1+6-x1,y1),
lHN:y-y2=(x-x2),
所以x1+x2=-,x1x2=.
过M且平行于x轴的直线的方程为y=y1,与直线AB
的方程联立,得得xT=,
=
=.
因为y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+mk(x1+x2)+m2=,
y1+y2=(kx1+m)+(kx2+m)=k(x1+x2)+2m=,
即y=x+y2-·x2.
令x=0,得y=y2-
=,
-(x1+x2)+6+3(y1+y2)=+6+==,
x1y2+x2y1=x1(kx2+m)+x2(kx1+m)=2kx1x2+
m(x1+x2)=,
所以-(x1y2+x2y1)+3y1y2=+=
所以y==-2,
$$