专题课 求轨迹方程-【新课程能力培养】2024-2025学年高中数学选择性必修第一册同步练习(人教B版)

2024-11-04
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参 考 答 案 y 2 | , ∴S △OAB = 1 2 ×1× ( y 1 +y 2 ) 2 -4y 1 y 2 姨 = 1 2 - 1 k # $ 2 +4 姨 = 10 姨 , ∴k=± 1 6 . 14. 解: ( 1 ) 设切线方程为 y=kx-4 , 代入 x 2 =4y 得 x 2 -4kx+16=0. ∵ 相切, ∴Δ=16k 2 -64=0 , ∴k=±2 , ∴ 切线方程为 y= ±2x-4. ( 2 ) 设 A ( x 1 , y 1 ), C ( x 2 , y 2 ) . 由题意知, 直线 AC 的斜率 k 存在, 由对称性, 不妨设 k>0. ∵ 直线 AC 过焦点 F ( 0 , 1 ), ∴ 直线 AC 的方程为 y= kx+1. 联立 y=kx+1 , x 2 =4y y , 得 x 2 -4kx-4=0. 由根与系数的关系知 x 1 +x 2 =4k , x 1 x 2 =-4 y , |AC|= ( x 1 -x 2 ) 2 + ( y 1 -y 2 ) 2 姨 = 1+k 2 姨 ( x 1 +x 2 ) 2 -4x 1 x 2 姨 =4 ( 1+k 2 ) . ∵AC⊥BD , ∴BD 的斜率为 - 1 k , 从而 BD 的方程为 y=- 1 k x+1. 同理可求得 |BD|=4 1+ - 1 k # k 2 2 ) = 4 ( 1+k 2 ) k 2 . S ABCD = 1 2 |AC||BD|= 8 ( 1+k 2 ) 2 k 2 =8 k 2 +2+ 1 k 2 2 k ≥32. 当且仅当 k 2 = 1 k 2 , 即 k=1 时, 等号成立 . ∴ 四边形 ABCD 面积的最小值为 32. 15. ( 1 ) 证明: 易知点 P 在抛物线 C 上, 设 PA 的 斜率为 k , 则直线 PA 的方程是 y-4=k ( x-2 ), 代入 y=- 1 2 x 2 +6 并整理得 x 2 +2kx-4 ( k+1 ) =0 , 此时 方程应有根 x A 及 2. 由韦达定理得 2x A =-4 ( k+1 ), ∴x A =-2 ( k+1 ), ∴y A = k ( x A -2 ) +4=-2k 2 -4k+4 , ∴A ( -2 ( k+1 ), -2k 2 -4k+4 ) . 由于 PA 与 PB 的倾斜角互补, 故 PB 的斜率为 -k , 用 -k 替换 k 可得 B ( -2 ( -k+1 ), -2k 2 +4k+4 ), ∴k AB =2. ( 2 ) 解 : ∵AB 的方程为 y=2x+b , b>0 , 代入方程 y=- 1 2 x 2 +6 , 消去 y 得 1 2 x 2 +2x+b-6=0 , 即 x 2 +4x+2b-12= 0 , ∴|AB|= ( 1+2 2 )[( -4 ) 2 -4 ( 2b-12 )] 姨 =2 5 ( 16-2b ) 姨 , ∴S= 1 2 |AB|d= 1 2 ×2 5 ( 16-2b ) 姨 × b 5 姨 = ( 16-2b )· b 2 姨 = ( 16-2b )· b · b 姨 ≤ 16-2b+b+b 3 2 k 3 姨 = 64 3 姨 9 . 当且仅当 16-2b=b , 即 b= 16 3 时取等号, ∴AB 的方 程为 y=2x+ 16 3 , ∴△PAB 面积的最大值为 64 3 姨 9 . * 16. 解: ( 1 ) 由准线方程为 x=-1 知, p 2 =1 , 故 p=2. ( 2 ) 由 ( 1 ) 知, 抛物线方程为 y 2 =4x. 设直线 l 的方程为 x=my+1 , A ( x 1 , y 1 ), B ( x 2 , y 2 ), 联立方程 x=my+1 , y 2 =4x y , 化简得 y 2 -4my-4=0 , 则 y 1 +y 2 =4m , y 1 y 2 =-4. 由线段 AB 的中点为 M , 知 x M = x 1 +x 2 2 , y M = y 1 +y 2 2 , k OM = y M x M = y 1 +y 2 x 1 +x 2 = 2 姨 2 , 代入韦达定理知, 4m m×4m+2 = 2 姨 2 , 解得 m= 2 姨 2 , 故直线 l 的方程 为 2 姨 x-y- 2 姨 =0. ∴|AB |= 1+ 1 k 2 姨 · ( y 1 +y 2 ) 2 -4y 1 · y 2 姨 = 1+ 1 ( 2 姨 ) 2 姨 · ( 2 2 姨 ) 2 -4× ( -4 ) 姨 =6 , 原点 O 到直线 l 的距离为 d= 2 姨 ( 2 姨 ) 2 + ( -1 ) 2 姨 = 6 姨 3 , 因此 △OAB 的面积 S △OAB = 1 2 |AB|×d= 1 2 ×6× 6 姨 3 = 6 姨 . 专题课 求轨迹方程 学习手册 变式训练 1 解 : 方法一 : 设直线 OA 的方程为 y=kx ( k≠0 ), 联立 y=kx , y 2 =2px y , 得 A 点坐标为 2p k 2 , 2p k 2 k . ∵OA⊥OB , ∴ 直线 OB 的方程为 y=- 1 k x , 同理可求 出 B 点坐标为 ( 2pk 2 , -2pk ) . 设 AB 中 点 为 M ( x , y ) , 则 x= 1 2 2p k 2 +2pk 2 k 2 , y= 1 2 2p k -2p 2 k k k 0 0 0 0 / 0 0 0 0 1 , 即 x=p 1 k 2 +k 2 $ 2 , y=p 1 k - 2 $ k k 0 0 0 0 / 0 0 0 0 1 , 消去 k , 得 y 2 =px-2p 2 . 方法二 : 设 A ( 2pt 2 1 , 2pt 1 ), B ( 2pt 2 2 , 2pt 2 ), 则有 k OA · k OB = 2pt 1 2pt 2 1 · 2pt 2 2pt 2 2 = 1 t 1 t 2 =-1 , 即 t 1 t 2 =-1. 设 M ( x , y ), 则 x=p ( t 2 1 +t 2 2 ), y=p ( t 1 +t 2 ) y , 把 t 1 t 2 =-1 代入, 消去 t 1 , t 2 , 得 y 2 =px-2p 2 . 变式训练 2 解: 设 A ( x 0 , y 0 ), B ( x 0 , -y 0 ), 由题意知 A 1 ( -3 , 0 ), A 2 ( 3 , 0 ), ∴ 直线 AA 1 的方程为 y= y 0 x 0 +3 ( x+3 ), ① 115 高中数学选择性必修 第一册 (人教 B 版) 精编版 直线 A 2 B 的方程为 y= -y 0 x 0 -3 ( x-3 ) . ② 由 ①×② 得 y 2 =- y 2 0 x 2 0 -9 ( x 2 -9 ) . ③ 又 ∵ 点 A ( x 0 , y 0 ) 在椭圆 C 2 上, 故 x 2 0 9 +y 2 0 =1 , ∴ y 2 0 x 2 0 -9 = - 1 9 , 代入 ③ 得 y 2 = 1 9 ( x 2 -9 ) ( x<-3 , y<0 ), 即 x 2 9 -y 2 =1 ( x<-3 , y<0 ), ∴ 直线 AA 1 与直线 A 2 B 的交点 M 的轨迹方程为 x 2 9 - y 2 =1 ( x<-3 , y<0 ) . 练习手册 效果评价 1. x 2 =4y ( x≠±4 ) 【解析】 设 M ( x , y ), 由题意得 y-4 x+4 - y-4 x-4 =-2 , 化简得 x 2 =4y. 又 ∵x≠±4 , ∴ 曲线 C 的轨 迹方程为 x 2 =4y ( x≠±4 ) . 2. y 2 =8x 【解析】 设圆心 C ( x , y ), 由动圆过定点 A ( 4 , 0 ), ∴r= ( x-4 ) 2 +y 2 姨 . 又 ∵ 圆在 y 轴上截得的弦 MN 的长为 8 , ∴8=2 r 2 -x 2 姨 , 代入化简, 得 y 2 =8x , ∴ 动圆圆心的轨迹 C 的方程 为 y 2 =8x. 3. x- 1 2 2 $ 2 +y 2 = 1 4 【解析】 方法一: 抛物线的焦点 为 ( 1 , 0 ), 当 AB 斜率不存在时, AB 方程为 x=1 , 点 M 的坐标与焦点重合, 即 M ( 1 , 0 ) . 当 AB 斜率存在时, 设 AB 的方程为 y=k ( x-1 ) ① , 由 OM⊥AB 可得 OM 的方程为 y=- x k ② , ①② 两式相 乘消去 k , 得 y 2 =-x ( x-1 ), 即 x- 1 2 2 $ 2 +y 2 = 1 4 . 方法二: 此题也可以用定义法, ∵OM⊥AB , ∴ O O( M·F O( M =0 , ∴ 点 M 在以 O , F 为直径的圆上 . 设 M ( x , y ), ∵F ( 1 , 0 ), O ( 0 , 0 ), ∴ 点 M 的轨迹 方程为( x-1 ) x+y 2 =0 , 即 x- 1 2 2 $ 2 +y 2 = 1 4 . 4. 解: 设 P ( x 0 , y 0 ), Q ( x 0 , -y 0 ), 由题意可得 A ( -3 , 0 ), B ( 3 , 0 ), ∴ 直线 PA 的方程为 y= y 0 x 0 +3 ( x+3 ), ① 直线 QB 的方程为 y= -y 0 x 0 -3 ( x-3 ) . ② ①② 两式相乘得 y 2 = -y 2 0 x 2 0 -9 ( x 2 -9 ), 又 ∵ 点 P 在椭圆上, 即 x 2 0 9 + y 2 0 4 =1 , 消去参数得 x 2 9 - y 2 4 =1. 5. 解: 取 AB 所在直线为 x 轴, 从 A 到 B 为正方向, 以 AB 的中点为原点, 以 AB 的中垂线为 y 轴, 建立平面 直角坐标系, 则 A ( -a , 0 ), B ( a , 0 ) . 设 P ( x , y ), 由 |PA| |PB| =2 , 得 ( x+a ) 2 +y 2 姨 ( x-a) 2 +y 2 姨 =2 , 化简整 理得 3x 2 +3y 2 -10ax+3a 2 =0 , 即 x- 5 3 2 $ a 2 +y 2 = 16 9 a 2 , ∴ 动点 P 的轨迹为以 C 5 3 a , 2 $ 0 为圆心, 4 3 a 为半 径的圆 . 6. 解: 设 M ( x , y ), ∵ 点 B 在直线 l : y=-1 上, ∴ 可设 B ( x 0 , -1 ) . 由M O( B ∥ O O( A , 得 x 0 =x , ∴B ( x , -1 ), ∴ M O( A = ( -x , 1-y ), M O( B = ( 0 , -1-y ), A O( B = ( x , -2 ) . 由M O( A·A O( B = M O( B·B O( A , 得 (M O( A + M O( B ) ·A O( B =0 , ∴ ( -x , -2y )·( x , -2 ) =0 , 整理得 x 2 =4y , ∴ 点 M 的轨迹方程为 x 2 =4y. 7. 解: 如图所示, ∵BE∥AC , ∴∠ACD=∠EBD. ∵|AC|=|AD| , ∴∠ACD=∠ADC , ∴∠EBD=∠ADC , ∴|EB|=|ED|. ∵|EA|+|ED|=|AD|=4 , ∴|EA|+|EB|= 4>|AB| , ∴ 点 E 的轨迹为以 A , B 为焦点, 长半轴长为 2 的椭圆 . 又 ∵a=2 , c=1 , ∴b 2 =3 , ∴ 椭圆的方程为 x 2 4 + y 2 3 =1 , 即点 E 的轨迹方程为 x 2 4 + y 2 3 =1. 8. 解: 设动圆 P 的圆心坐标为 ( x , y ), 半径为 r , 由题意可得 |MP|=r+1 , ① |NP|=3-r. ② 由 ①+② , 得 |MP|+|NP|=4 , ∴ 点 P 的轨迹为以 M , N 为焦点, 长半轴长为 2 的 椭圆 . 又 ∵a=2 , c=1 , ∴b 2 =3 , ∴ 椭圆方程为 x 2 4 + y 2 3 =1 , 即 曲线 C 的方程为 x 2 4 + y 2 3 =1. 9. 解: 由 OP⊥BC 可知 OP⊥AP , ∴ 点 P 位于以 OA 为直径的圆上 . ∵A ( 4 , 0 ), O ( 0 , 0 ), ∴OA 的中点为 ( 2 , 0 ), ∴ 以 OA 为直径的圆的方程是( x-2 ) 2 +y 2 =4. 由 x 2 +y 2 <4 , ( x-2 ) 2 +y 2 =4 4 , 得 x<1 , ∴ 点 P 的轨迹方程为 ( x- 2 ) 2 +y 2 =4 ( x<1 ) . 10. 解: 设 l : x=-1 与 x 轴的交点为 C , ∵ 点 O 为 FC 的中点, x y E A B C D 第 7 题答图 116 参 考 答 案 且 OR∥PC , ∴R 为线段 PF 的中点 . 又 ∵RQ⊥FP , ∴ 直线 RQ 为 FP 的垂 直 平 分 线 , ∴|PQ |=|QF | , 根据抛物线的定义得 Q 点在抛物线 y 2 = 4x 上 . 提升练习 11. 解 : 如图 , 从焦点 F 1 引 ∠F 1 PF 2 的外角平分线的垂线段 , 延长垂线 F 1 Q 交 F 2 P 的延长线于 点 A , 则 |PF 1 |=|AP|. 在椭圆中, |PF 1 |+|PF 2 |=2a , ∴|AP|+|PF 2 |=2a , 即 |AF 2 |=2a. 又 ∵|OQ|= 1 2 |AF 2 |=a , ∴ 点 Q 的轨迹为以 O 为圆心, a 为半径的圆, ∴ 垂足 Q 的轨迹方程为 x 2 +y 2 =a 2 . 12. 解: 如图, 设 AB 与 PQ 交于点 E , 则 E 为 AB 和 PQ 的 中点, O O% A + O O% B = O O% P + O O% Q . ① 又 ∵|AB|=|PQ| , ∴| O O% A - O O% B |=| O O% Q - O O% P |. ② 由 ① 2 +② 2 , 得 | O O% A | 2 +| O O% B | 2 = | O O% P | 2 +| O O% Q | 2 , ∴| O O% Q | 2 =36+36-16=56 , 即 | O O% Q |= 56 姨 , ∴ 点 Q 的轨 迹方程为 x 2 +y 2 =56. 13. 解: 设点 M 的坐标是 ( x , y ), P 的坐标是 ( x P , y P ), ∵ 点 D 是 P 在 x 轴上的投影, M 为 PD 上一点, 且 |MD|= 4 5 |PD| , ∴x P =x , 且 y P = 5 4 y. ∵P 在圆 x 2 +y 2 =25 上, ∴x 2 + 5 4 4 ( y 2 =25 , 整理得 x 2 25 + y 2 16 =1 , 即点 M 的轨迹方程是 x 2 25 + y 2 16 =1. 14. 解: 设动点 P 的坐标为 ( x , y ), 点 Q 的坐标为 ( x 1 , y 1 ) , 由线段 QN 的中点为 P , 得 N 点的坐标为 ( 2x-x 1 , 2y-y 1 ) . 又 ∵ 点 N 在直线 x+y=2 上, 则 2x-x 1 +2y-y 1 =2. ① 又 ∵PQ 垂直于直线 x+y=2 , ∴ y-y 1 x-x 1 =1 , 即 x-y+y 1 -x 1 =0. ② 由 ①② 两式联立解得 x 1 = 3 2 x+ 1 2 y-1 , y 1 = 1 2 x+ 3 2 y-1 1 + + + + * + + + + , . ③ 又 ∵ 点 Q 在双曲线 x 2 -y 2 =1 上, ∴x 2 1 -y 2 1 =1 , ∴ 3 2 x+ 1 2 y- - . 1 2 - 1 2 x+ 3 2 y- - . 1 2 =1 , 即 2x 2 -2y 2 -2x+ 2y-1=0 , ∴ 动点 P 的轨迹方程为 2x 2 -2y 2 -2x+2y-1=0. 15. 解: 由题意可得 F ( -2 , 0 ), 直线 l 的方程为 y= k ( x+2 ), 设 A ( x 1 , y 1 ), B ( x 2 , y 2 ), 联立 x 2 - y 2 3 =1 , y=k ( x+2 ) 1 + + + * + + + , , 消去 y , 得( 3-k 2 ) x 2 -4k 2 x- ( 4k 2 +3 ) =0 , ∴x 1 +x 2 = 4k 2 3-k 2 , x 1 x 2 = -4k 2 -3 3-k 2 <0 ,得 - 3 姨 <k< 3 姨 且 k≠0 , ∴y 1 +y 2 =k ( x 1 +x 2 +4 ) =k 4k 2 3-k 2 + - . 4 = 12k 3-k 2 . 设 M ( x , y ) , 则 O O% M = O O% A + O O% B = ( x 1 +x 2 , y 1 +y 2 ) = 4k 2 3-k 2 , 12k 3-k 2 - . , 故 x= 4k 2 3-k 2 , y= 12k 3-k 2 1 + + + + * + + + + , , 消去 k , 得 3x 2 +12x-y 2 =0 ( x>0 ), ∴ 点 M 的轨迹方程为 3x 2 +12x-y 2 =0 ( x>0 ) . 第一章章末测试卷 1. A 【解析】 B O% M = BB 1 O% + B 1 O% M = AA 1 O% + 1 2 (B 1 A 1 O% + B 1 C 1 O% ) = AA 1 O% + 1 2 (B O% A + B O% C) =c+ 1 2 ( -a+b ) =- 1 2 a+ 1 2 b+c. 故选 A. 2. B 【解析】 A O% B·A 1 C 1 O% = A O% B·(A O% B + A O% D) = A O% B 2 + A O% B· A O% D =a 2 , 故 A 错误; A O% B·AC 1 O% = A O% B·(A O% B + A O% D + AA 1 O% ) = A O% B 2 + A O% B·A O% D + A O% B· AA 1 O% = A O% B 2 =a 2 , 故 B 正确; A O% B·A O% O = A O% B· 1 2 AC 1 O% - . = 1 2 A O% B·AC 1 O% = 1 2 a 2 , 故 C 错 误; B O% C·DA 1 O% = A O% D·(AA 1 O% - A O% D) = A O% D·AA 1 O% - A O% D 2 =-a 2 , 故 D 错误 . 故选 B. 3. D 【解析】 设平面 α 的法向量为 n , n ·O O% A =2 , 故 A 选项错误; n ·O O% B =-2 , 故 B 选项错误; n ·O O% B =2 , 故 C 选项错误; 由于 n ·O O% A =0 , n ·O O% B =0 , 且不共线向量 O O% A , O O% B 有共同的始点, 故 D 选项正确 . 故选 D. 4. A 【解析】 ∵u · a=2× ( -3 ) +2×4-1×2=0 , ∴u⊥a , 故 直线 l∥ 平面 α 或直线 l奂 平面 α. 故选 A. 5. B 【解析】 由题意可得 DA , DC , DE 两两互相垂直 . 以 D 为坐 标原点, D O% A , D O% C , D O% E 的方向分 别为 x 轴、 y 轴、 z 轴正方向, 建立 如图所示的空间直角坐标系, 则 E ( 0 , 0 , 6 ), F ( 6 , 0 , 6 ), x y O Q A P F 1 F 2 第 11 题答图 x y O E Q A B P 第 12 题答图 z y x E M O F A B C D 第 5 题答图 117 高中数学选择性必修 第一册 (人教 B 版) 精编版 练 专题课 求轨迹方程 效 果 评 价 1. 已知点 A ( -4 , 4 ), B ( 4 , 4 ), 直线 AM 与 BM 相交于点 M , 且直线 AM 的斜率与 BM 的斜率之差为 -2 , 点 M 的轨迹为曲线 C , 则曲线 C 的轨迹方程为 . 2. 已知动圆过定点 A ( 4 , 0 ), 且在 y 轴 上截得的弦 MN 的长为 8 , 则动圆圆心的轨 迹 C 的方程为 . 3. 过抛物线 y 2 =4x 的焦点 F 作直线与抛 物线交于 A , B 两点, 过原点 O 作 OM⊥AB , 点 M 为垂足, 则 M 的轨迹方程为 . 4. 已知 A , B 为椭圆 x 2 9 + y 2 4 =1 的长轴的 两顶点, P , Q 是椭圆上垂直于 AB 的弦的两 端点, 求直线 AP , BQ 的交点 M 的轨迹方程 . 5. 已知定点 A , B , 且 AB=2a. 如果动点 P 到点 A 的距离和到点 B 的距离之比为 2 ∶1 , 求点 P 的轨迹方程 . 6. 在平面直角坐标系 xOy 中 , 已知点 A ( 0 , 1 ), 点 B 在直线 l : y=-1 上, 点 M 满 足 M M# B ∥O MO A , M MO A·A MO B =M MO B · B MO A , 求点 M 的轨迹方程 . 7. 设圆 x 2 +y 2 +2x-15=0 的圆心为 A , 直 线 l 过点 B ( 1 , 0 ) 且与 x 轴不重合, l 交圆 A 于 C , D 两点, 过点 B 作 AC 的平行线交 AD 于点 E , 求点 E 的轨迹方程 . 8. 已知圆 M : ( x+1 ) 2 +y 2 =1 , 圆 N : ( x- 1 ) 2 +y 2 =9 , 动圆 P 与圆 M 外切且与圆 N 内 切, 圆心 P 的轨迹为曲线 C , 求曲线 C 的方程 . 82 第二章 平面解析几何 练 9. 自 A ( 4 , 0 ) 引圆 x 2 +y 2 =4 的割线 ABC , 求弦 BC 的中点 P 的轨迹方程 . 10. 已知点 F ( 1 , 0 ), 直线 l : x=-1 , P 为直线 l 上的点, R 是线段 PF 与 y 轴的交 点 , 且点 Q 满足 RQ⊥FP , PQ⊥l , 求点 Q 的轨迹方程 . 提 升 练 习 11. 已知 F 1 , F 2 是椭圆 x 2 a 2 + y 2 b 2 =1 ( a>b> 0 ) 的两焦点, P 是椭圆上任一点, 从任一焦 点引 ∠F 1 PF 2 的外角平分线的垂线, 求垂足 Q 的轨迹方程 . 12. 已知 P ( 4 , 0 ) 是圆 x 2 +y 2 =36 内的一 点, 点 A , B 是圆上两动点, 且满足 ∠APB= 90° , 求矩形 APBQ 的顶点 Q 的轨迹方程 . 13. 设 P 是圆 x 2 +y 2 =25 上的动点, 点 D 是 P 在 x 轴上的投影, M 为 PD 上一点, 且 |MD|= 4 5 |PD| , 当 P 在圆上运动时, 求点 M 的轨迹方程 . 83 高中数学选择性必修 第一册 (人教 B 版) 精编版 练 14. 从双曲线 x 2 -y 2 =1 上一点 Q 引直线 x+y=2 的垂线, 垂足为 N , 求线段 QN 的中 点 P 的轨迹方程 . 15. 过双曲线 C : x 2 - y 2 3 =1 的左焦点 F 作 斜率为 k ( k≠0 ) 的动直线 l , l 与双曲线 C 的左、 右两支分别交于 A , B 两点, 点 M 满 足 O "# M =O "O A +O "O B , 其中 O 为坐标原点, 求点 M 的轨迹方程 . 84

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