内容正文:
高二数学上学期·期末复习大串讲
专题02 圆锥曲线
北师大版(2019)
01
02
03
目
录
押题预测
题型剖析
考点透视
17大常考点:知识梳理、思维导图
32个题型典例剖析+技巧点拨
精选10道期末真题对应考点练
考点透视
01
PART
考点透视
考点1.椭圆
平面内与两个定点F1,F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的
点的轨迹
这两个定点
两焦点间的
距离
>
考点透视
考点2.椭圆的标准方程
2c
(±c,0)
(0,±c)
a2=b2+c2
考点透视
考点3.椭圆的简单几何性质
考点透视
考点3.椭圆的简单几何性质
-a≤x≤a且-b≤y≤b
-b≤x≤b且-a≤y≤a
x轴、y轴
(0,0)
(±a,0),(0,±b)
(0,±a),(±b,0)
2a
2b
a
b
(±c,0)
(0,±c)
2c
1
0
考点透视
考点4.点与椭圆的位置关系
=
<
>
考点透视
考点5.直线与椭圆的位置关系
两
>
一
=
无
<
考点透视
考点6.椭圆的定义
平面内与两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于非零常数(小于|F1F2|)
焦距
P={M|||MF1|-|MF2||=2a,0<2a<|F1F2|}
考点透视
考点7.双曲线的标准方程
(-c,0)
(c,0)
(0,-c)
(0,c)
c2=a2+b2
考点透视
考点8.双曲线的简单几何性质
考点透视
考点8.双曲线的简单几何性质
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
|F1F2|=2c
c2=a2+b2
x≤-a,或x≥a,y∈R
y≤-a,或y≥a,x∈R
关于x轴、y轴和原点对称
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
2a
2b
a
b
考点透视
考点9.等轴双曲线
实轴和虚轴等长
x2-y2=±a2(a>0)
y=±x
2a
考点透视
考点10.直线与双曲线位置关系的判断
只有一个
两个
一个
没有
考点透视
考点11.弦长公式
考点透视
考点12.抛物线的定义
平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)的距离相等的点的轨迹
点F
直线l
考点透视
考点13.抛物线的标准方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
考点透视
考点14.抛物线的简单几何性质
考点透视
考点14.抛物线的简单几何性质
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
x轴
y轴
O(0,0)
e=1
向右
向左
向上
向下
考点透视
考点15.焦半径与焦点弦
(1)抛物线上一点与焦点F的连线的线段叫做焦半径,过焦点的直线与抛物线相交所得弦叫做焦点弦.设抛物线上任意一点P(x0,y0),焦点弦端点A(x1,y1),B(x2,y2),则四种标准形式下的焦半径、焦点弦公式为
考点透视
考点15.焦半径与焦点弦
考点透视
考点15.焦半径与焦点弦
考点透视
考点16.直线与抛物线的位置关系
两
一
没有
平行或重合
一
考点透视
考点17.一般弦长
题型剖析
02
PART
题型剖析
题型1.椭圆的定义
例1 已知点M是平面α内的动点,F1,F2是平面α内的两个定点,则“点M到点F1,F2的距离之和为定值”是“点M的轨迹是以F1,F2为焦点的椭圆”的( )
A.充要条件
B.充分不必要条件
C.必要不充分条件
D.既不充分也不必要条件
题型剖析
题型1.椭圆的定义
[解析] 若点M到点F1,F2的距离之和恰好为F1,F2两点之间的距离,则轨迹不是椭圆,所以前者不能推出后者.根据椭圆的定义,椭圆上的点到两焦点的距离之和为常数2a,所以后者能推出前者,故前者是后者的必要不充分条件.故选C.
题型剖析
题型2.椭圆的标准方程
题型剖析
题型3.与椭圆有关的轨迹问题
解
在△ABC中,已知2|AB|=|AC|+|BC|,且|AB|=4.
(1)求顶点C的轨迹方程;
(2)求△ABC的重心G的轨迹方程.
解 (1)(定义法)由题意可得2|AB|=|AC|+|BC|=2×4=8,
故顶点C的轨迹是以A,B为焦点的椭圆.
不妨以线段AB所在的直线为x轴,线段AB的中点为坐标原点,建立平面直角坐标系,
∴2a=8,∴a=4,又2c=|AB|=4,∴c=2,
∴b2=a2-c2=12,
题型剖析
题型3.与椭圆有关的轨迹问题
解
题型剖析
题型4.椭圆的焦点三角形问题
解
题型剖析
题型4.椭圆的焦点三角形问题
解
题型剖析
题型5.椭圆的简单几何性质
解
题型剖析
题型5.椭圆的简单几何性质
解
题型剖析
题型6.由椭圆的几何性质求标准方程
解
题型剖析
题型1
解
题型剖析
题型6.由椭圆的几何性质求标准方程
解
题型剖析
题型7.椭圆的离心率问题
题型剖析
题型7.椭圆的离心率问题
题型剖析
题型8.直线与椭圆的位置关系
解
题型剖析
题型9.弦长问题
解
题型剖析
题型9.弦长问题
解
题型剖析
题型9.弦长问题
解
题型剖析
题型10.中点弦问题
解
题型剖析
题型10.中点弦问题
解
题型剖析
题型10.中点弦问题
解
题型剖析
题型10.中点弦问题
解
题型剖析
题型11. 直线与椭圆的综合问题
题型剖析
题型11. 直线与椭圆的综合问题
解
题型剖析
题型11. 直线与椭圆的综合问题
解
题型剖析
题型11. 直线与椭圆的综合问题
解
题型剖析
题型13.双曲线的标准方程
题型剖析
题型13.双曲线的标准方程
解
题型剖析
题型13.双曲线的标准方程
解
题型剖析
题型13.双曲线的标准方程
解
题型剖析
题型14.双曲线定义的应用
题型剖析
题型14.双曲线定义的应用
解
题型剖析
题型14.双曲线定义的应用
解
题型剖析
题型15.与双曲线有关的轨迹问题
例15.如图,在△ABC中,已知|AB|=4,且三内角A,B,C满足2sinA+sinC=2sinB,建立适当的坐标系,求顶点C的轨迹方程,并指出表示什么曲线.
题型剖析
题型15.与双曲线有关的轨迹问题
解
题型剖析
题型16.双曲线的实际应用问题
例16 某地发生地震,为了援救灾民,救援队在如图所示的P处收到了一批救灾药品,现要把这批药品沿道路PA,PB运送到矩形灾民区ABCD中去,已知|PA|=100 km,|PB|=150 km,|BC|=60 km,∠APB=60°,试在灾民区中确定一条界线,使位于界线一侧的点沿道路PA送药较近,而另一侧的点沿道路PB送药较近,请说明这一界线是一条什么曲线,并求出其方程.
题型剖析
题型16.双曲线的实际应用问题
解
题型剖析
题型16.双曲线的实际应用问题
解
题型剖析
例17求双曲线9y2-4x2=-36的顶点坐标、焦点坐标、实轴长、虚轴长、离心率和渐近线方程,并作出草图.
解
题型17.双曲线的简单几何性质
解
题型17.双曲线的简单几何性质
题型剖析
题型18. 双曲线的离心率问题
题型剖析
题型18. 双曲线的离心率问题
题型剖析
题型19.直线与双曲线的位置关系
解
题型剖析
题型19.直线与双曲线的位置关系
解
题型剖析
题型20.弦长及弦中点问题
题型剖析
题型20.弦长及弦中点问题
解
题型剖析
题型20.弦长及弦中点问题
解
题型剖析
题型20.弦长及弦中点问题
解
题型剖析
题型20.弦长及弦中点问题
解
题型剖析
题型20.弦长及弦中点问题
解
题型剖析
题型21.双曲线与其他知识的综合
解
题型剖析
题型21.双曲线与其他知识的综合
解
题型剖析
题型21.双曲线与其他知识的综合
解
题型剖析
题型22.求抛物线的标准方程
解
题型剖析
题型22.求抛物线的标准方程
解
题型剖析
题型23. 抛物线的定义及其应用
题型剖析
题型23. 抛物线的定义及其应用
题型剖析
题型24.与抛物线有关的轨迹问题
例24. 已知圆A:(x+2)2+y2=1与定直线l:x=1,且动圆P与圆A外切并与直线l相切,求动圆的圆心P的轨迹方程.
解
题型剖析
题型24.与抛物线有关的轨迹问题
解
题型剖析
题型25.抛物线方程的实际应用
例25. “中山桥”是位于兰州市
中心,横跨黄河之上的一座百年
老桥,如图1,桥上有五个拱形桥
架紧密相连,每个桥架的内部有一
个水平横梁和八个与横梁垂直的立柱,气势宏伟,素有“天下黄河第一桥”之称.如图2,一个拱形桥架可以近似看作是由等腰梯形ABD8D1和其上方的抛物线D1OD8(部分)组成,建立如图所示的平面直角坐标系,已知AB=44 m,∠A=45°,AC1=4 m,C1C2=5 m,立柱C2D2=5.55 m.
(1)求立柱C1D1及横梁D1D8的长;
(2)求抛物线D1OD8的方程和桥梁的拱高OH.
题型剖析
题型25.抛物线方程的实际应用
解
题型剖析
题型25.抛物线方程的实际应用
解
题型剖析
题型25.抛物线方程的实际应用
解
题型剖析
题型26. 抛物线的简单几何性质
解
例26.已知抛物线y2=8x,求该抛物线的顶点、焦点、准线方程、对称轴、变量x的范围.
[解] 抛物线y2=8x,p=4,∴顶点、焦点、准线方程、对称轴、变量x的范围分别为(0,0),(2,0),x=-2,x轴,x≥0.
题型剖析
题型26. 抛物线的简单几何性质
解
(2)抛物线的顶点在原点,对称轴重合于椭圆9x2+4y2=36长轴所在的直线,抛物线的焦点到顶点的距离为3,求抛物线的标准方程及抛物线的准线方程.
题型剖析
题型27.抛物线的焦点弦问题
例27 已知直线l经过抛物线y2=6x的焦点F,且与抛物线交于A,B两点.
(1)若直线l的倾斜角为60°,求|AB|的值;
(2)若|AB|=9,求线段AB的中点M到准线的距离.
题型剖析
题型27.抛物线的焦点弦问题
解
题型剖析
题型27.抛物线的焦点弦问题
解
题型剖析
题型28. 抛物线性质的应用
题型剖析
题型28. 抛物线性质的应用
题型剖析
题型29.直线与抛物线的位置关系
例29.已知抛物线C:y2=-2x,过点P(1,1)的直线l的斜率为k,当k取何值时,l与C:有且只有一个公共点?有两个公共点?无公共点?
解
题型剖析
题型29.直线与抛物线的位置关系
解
题型剖析
题型30.与抛物线有关的弦长、弦中点问题
例30. (1)已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线l:y=x-2与抛物线C交于A,B两点.
①求弦长|AB|;
②求△FAB的面积.
解
题型剖析
题型30.与抛物线有关的弦长、弦中点问题
解
题型剖析
题型31.与抛物线有关的弦长、弦中点问题
例31.已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线l:y=x-2与抛物线C交于A,B两点.
①求弦长|AB|;
②求△FAB的面积.
解
题型剖析
题型31.与抛物线有关的弦长、弦中点问题
解
题型剖析
题型31.与抛物线有关的弦长、弦中点问题
(2)已知A,B为抛物线E上不同的两点,若抛物线E的焦点为(1,0),线段AB恰被M(2,1)所平分.
(ⅰ)求抛物线E的方程;
(ⅱ)求直线AB的方程.
解
题型剖析
题型31.与抛物线有关的弦长、弦中点问题
解
题型剖析
题型32.抛物线中的综合问题
例32. 已知抛物线x2=2py(p>0),其焦点F到准线的距离为1.过F作抛物线的两条弦AB和CD(点A,C在第一象限),且M,N分别是AB,CD的中点.
(1)若AB⊥CD,求△FMN面积的最小值;
(2)设直线AC的斜率为kAC,直线BD的斜率为kBD,且kAC+4kBD=0,求证直线AC过定点,并求此定点.
题型剖析
题型32.抛物线中的综合问题
解
题型剖析
题型32.抛物线中的综合问题
解
题型剖析
题型32.抛物线中的综合问题
解
题型剖析
题型32.抛物线中的综合问题
解
押题预测
03
PART
题型剖析
题型剖析
题型剖析
题型剖析
题型剖析
题型剖析
题型剖析
9.若动点P到定点F(1,1)的距离与它到定直线l:3x+y-4=0的距离相等,则动点P的轨迹是( )
A.椭圆 B.双曲线
C.抛物线 D.直线
(1)eq \x(\s\up1(01))_____________________________________________________
_________叫做椭圆,eq \x(\s\up1(02))____________叫做椭圆的焦点,eq \x(\s\up1(03))____________
______叫做椭圆的焦距.焦距的一半称为半焦距.
(2)椭圆的集合语言描述为P={M||MF1|+|MF2|=2a,2aeq \x(\s\up1(04))___|F1F2|}.
eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)
eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0)
知识点
焦点在x轴上
焦点在y轴上
标准方程
eq \x(\s\up1(01))_______________
eq \x(\s\up1(02))__________________
图形
焦距
|F1F2|=eq \x(\s\up1(03))_____
焦点坐标
eq \x(\s\up1(04))__________
eq \x(\s\up1(05))__________
a,b,c的关系
eq \x(\s\up1(06))__________
eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0)
知识点
焦点的位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
图形
标准方程
eq \x(\s\up1(01))_______________
eq \x(\s\up1(02))__________________
eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)
eq \f(c,a)
范围
eq \x(\s\up1(03))_____________________
eq \x(\s\up1(04))_____________________
对称性
对称轴eq \x(\s\up1(05))__________,对称中心eq \x(\s\up1(06))_________
顶点
eq \x(\s\up1(07))____________________
eq \x(\s\up1(08))__________________
轴长
长轴长=eq \x(\s\up1(09))_____,短轴长=eq \x(\s\up1(10))_____
长半轴长=eq \x(\s\up1(11))____,短半轴长=eq \x(\s\up1(12))____
焦点
eq \x(\s\up1(13))__________
eq \x(\s\up1(14))__________
焦距
|F1F2|=eq \x(\s\up1(15))_____
离心率
e=eq \x(\s\up1(16))_____(0<e<1),e越接近eq \x(\s\up1(17))_____,椭圆越扁平,
e越接近eq \x(\s\up1(18))_____,椭圆越接近于圆
知识点
点P(x0,y0)与椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的位置关系:
点P在椭圆上⇔2,0)eq \f(x,a2)
+2,0)eq \f(y,b2)
eq \x(\s\up1(01))___1;
点P在椭圆内部⇔2,0)eq \f(x,a2)
+2,0)eq \f(y,b2)
eq \x(\s\up1(02))___1;
点P在椭圆外部⇔2,0)eq \f(x,a2)
+2,0)eq \f(y,b2)
eq \x(\s\up1(03))___1.
知识点
直线y=kx+m与椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的位置关系的判断方法:联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+m,,\f(x2,a2)+\f(y2,b2)=1,))消去y(或x)得到一个关于x(或y)的一元二次方程.
公共点的个数
解的个数
Δ的取值
2
eq \x(\s\up1(01))____解
Δeq \x(\s\up1(02))___0
1
eq \x(\s\up1(03))____解
Δeq \x(\s\up1(04))___0
0
eq \x(\s\up1(05))____解
Δeq \x(\s\up1(06))___0
(1)定义
eq \x(\s\up1(01))________________________________________________________ __________的点的轨迹叫做双曲线.这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做双曲线的eq \x(\s\up1(02))______.
(2)双曲线的集合描述
设点M是双曲线上任意一点,点F1,F2是双曲线的焦点,则由双曲线的定义可知,双曲线的集合语言描述为eq \x(\s\up1(03))________________________ __________________.
eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)
eq \f(y2,a2)-eq \f(x2,b2)=1(a>0,b>0)
知识点
焦点位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
图形
标准方程
eq \x(\s\up1(01))_______________
eq \x(\s\up1(02))_______________
焦点坐标
F1eq \x(\s\up1(03))_______________;
F2eq \x(\s\up1(04))_______________
F1eq \x(\s\up1(05))_______________;
F2eq \x(\s\up1(06))_______________
a,b,c
的关系
eq \x(\s\up1(07))_______________
知识点
标准方程
eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1
(a>0,b>0)
eq \f(y2,a2)-eq \f(x2,b2)=1
(a>0,b>0)
图形
e=eq \f(c,a)(e>1)
y=±eq \f(b,a)x
y=±eq \f(a,b)x
性质
焦点
eq \x(\s\up1(01))____________________
eq \x(\s\up1(02))____________________
焦距
eq \x(\s\up1(03))____________________
a,b,c的关系
eq \x(\s\up1(04))____________________
范围
eq \x(\s\up1(05))____________________
eq \x(\s\up1(06))____________________
对称性
eq \x(\s\up1(07))____________________
顶点
eq \x(\s\up1(08))____________________
eq \x(\s\up1(09))____________________
轴长
实轴长eq \x(\s\up1(10))________,虚轴长eq \x(\s\up1(11))________
实半轴长eq \x(\s\up1(12))________,虚半轴长eq \x(\s\up1(13))________
离心率
eq \x(\s\up1(14))________
渐近线
eq \x(\s\up1(15))________
eq \x(\s\up1(16))________
eq \r(2)
知识点
(1)eq \x(\s\up1(01))_______________的双曲线叫做等轴双曲线.
(2)等轴双曲线具有以下性质:
①方程形式为eq \x(\s\up1(02))_______________;
②渐近线方程为eq \x(\s\up1(03))____________,它们互相垂直,并且平分双曲线的实轴和虚轴所成的角;
③实轴长和虚轴长都等于eq \x(\s\up1(04))_______,离心率e=eq \x(\s\up1(05))_______.
知识点
一般地,设直线方程为y=kx+m(m≠0),双曲线方程为eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0),将y=kx+m代入eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1,消去y并化简,得(b2-a2k2)x2-2a2mkx-a2m2-a2b2=0.
①当b2-a2k2=0,即k=±eq \f(b,a)时,直线与渐近线平行,则直线与双曲线eq \x(\s\up1(01))____________公共点.
②当b2-a2k2≠0,即k≠±eq \f(b,a)时,判别式Δ>0⇔直线与双曲线有eq \x(\s\up1(02))_____公共点;判别式Δ=0⇔直线与双曲线有且只有eq \x(\s\up1(03))_____公共点;判别式Δ<0⇔直线与双曲线eq \x(\s\up1(04))_____公共点.
eq \r(1+\f(1,k2))|y1-y2|
知识点
设弦两端点的坐标分别为A(x1,y1),B(x2,y2),直线的斜率为k,则弦长|AB|=
eq \r((x1-x2)2+(y1-y2)2)=eq \x(\s\up1(01))______________=
eq \r(1+k2)
eq \r((x1+x2)2-4x1x2)或
|AB|=eq \x(\s\up1(02))______________
=eq \r(1+\f(1,k2))
eq \r((y1+y2)2-4y1y2)(k≠0).
eq \r(1+k2)|x1-x2|
eq \x(\s\up1(01))________________________________________________________ ____________叫做抛物线.eq \x(\s\up1(02))__________叫做抛物线的焦点,eq \x(\s\up1(03))________叫做抛物线的准线.
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p,2),0))
x=-eq \f(p,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(p,2),0))
x=eq \f(p,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(p,2)))
y=-eq \f(p,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,-\f(p,2)))
y=eq \f(p,2)
知识点
图形
标准方程
焦点坐标
准线方程
eq \x(\s\up1(01))_______________
eq \x(\s\up1(02))_________
eq \x(\s\up1(03))______
eq \x(\s\up1(04))____________
eq \x(\s\up1(05))________
eq \x(\s\up1(06))________
eq \x(\s\up1(07))____________
eq \x(\s\up1(08))________
eq \x(\s\up1(09))________
eq \x(\s\up1(10))______________
eq \x(\s\up1(11))_________
eq \x(\s\up1(12))__________
注意:参数p的几何意义是焦点到准线的距离,恒为正,且p值越大,抛物线开口越大.
知识点
标准方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
图形
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p,2),0))
Feq \b\lc\((\a\vs4\al\co1(-\f(p,2),))
eq \b\lc\ \rc\)(\a\vs4\al\co1(0))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(p,2)))
Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,-\f(p,2)))
x=-eq \f(p,2)
x=eq \f(p,2)
y=-eq \f(p,2)
y=eq \f(p,2)
性质
焦点
eq \x(\s\up1(01))_______
eq \x(\s\up1(02))___________
eq \x(\s\up1(03))__________
eq \x(\s\up1(04))__________
准线方程
eq \x(\s\up1(05))_______
eq \x(\s\up1(06))_______
eq \x(\s\up1(07))_______
eq \x(\s\up1(08))_______
范围
x≥0,y∈R
eq \x(\s\up1(09))__________
eq \x(\s\up1(10))____________
eq \x(\s\up1(11))___________
对称轴
eq \x(\s\up1(12))_______
eq \x(\s\up1(13))_______
顶点
eq \x(\s\up1(14))_______
离心率
eq \x(\s\up1(15))_______
开口方向
eq \x(\s\up1(16))_______
eq \x(\s\up1(17))_______
eq \x(\s\up1(18))_______
eq \x(\s\up1(19))_______
标准方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
焦半径|PF|
|PF|=x0+eq \f(p,2)
|PF|=eq \f(p,2)-x0
|PF|=y0+eq \f(p,2)
|PF|=eq \f(p,2)-y0
焦点弦|AB|
|AB|=x1+x2+p
|AB|=p-x1-x2
|AB|=y1+y2+p
|AB|=p-y1-y2
(2)若AB是抛物线y2=2px(p>0)的过焦点F的一条弦.设A(x1,y1),B(x2,y2),AB的中点M(x0,y0),直线AB的倾斜角为θ,则可得到以下结论:
①|AB|=2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0+\f(p,2)));
②|AB|=eq \f(2p,sin2θ);
③x1x2=eq \f(p2,4),y1y2=-p2;
④eq \f(1,|AF|)+eq \f(1,|BF|)为定值eq \f(2,p);
⑤S△AOB=eq \f(p2,2sinθ).
2.通径
通过抛物线的焦点且垂直于对称轴交抛物线于A,B两点的线段AB,称为抛物线的通径,如图所示.对于抛物线y2=2px(p>0),由Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p,2),p)),Beq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p,2),-p)),可得|AB|=2p,故抛物线的通径长为2p.
3.讨论抛物线的几何性质,一定要利用抛物线的标准方程;利用几何性质,也可以根据待定系数法求抛物线的方程.
知识点
直线y=kx+b与抛物线y2=2px(p>0)的公共点的个数决定于关于x的方程组eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+b,,y2=2px))解的个数,即二次方程k2x2+2(kb-p)x+b2=0解的个数.
当k≠0时,若Δ>0,则直线与抛物线有eq \x(\s\up1(01))___个公共点;若Δ=0,则直线与抛物线有eq \x(\s\up1(02))___个公共点(此时直线与抛物线相切);若Δ<0,则直线与抛物线eq \x(\s\up1(03))_____公共点.
当k=0时,直线与抛物线的轴eq \x(\s\up1(04))____________,此时直线与抛物线有eq \x(\s\up1(05))___个公共点.
eq \r(1+\f(1,k2))·eq \a\vs4\al(\r((y1+y2)2-4y1y2))
知识点
设斜率为k的直线l与抛物线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则|AB|=eq \r(1+k2)|x1-x2|=eq \x(\s\up1(01))______________________________或|AB|=eq \r(1+\f(1,k2))
|y1-y2|=eq \x(\s\up1(02))______________________________(k≠0).
eq \r(1+k2)·eq \r((x1+x2)2-4x1x2)
[解析] 若方程eq \f(x2,m-1)+y2=1表示椭圆,则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m-1>0,,m-1≠1,))解得m∈(1,2)∪(2,+∞).所以“m>2”是“方程eq \f(x2,m-1)+y2=1表示椭圆”的充分不必要条件.故选B.
例2 (1)已知m∈R,则“m>2”是“方程eq \f(x2,m-1)+y2=1表示椭圆”的( )
A.必要不充分条件
B.充分不必要条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
则顶点C的轨迹方程为eq \f(x2,16)+eq \f(y2,12)=1(y≠0).
(2)(相关点法)设重心G(x,y),C(x0,y0),
则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=\f(x0+2+(-2),3),,y=\f(y0+0+0,3),))∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x0=3x,,y0=3y.))
∵2,0)eq \f(x,16)
+2,0)eq \f(y,12)
=1(y0≠0),∴eq \f(9x2,16)+eq \f(9y2,12)=1(y≠0),
即△ABC的重心G的轨迹方程为eq \f(9x2,16)+eq \f(3y2,4)=1(y≠0).
[解] 由eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1可知a=2,b=eq \r(3),
所以c=eq \r(a2-b2)=1,从而|F1F2|=2c=2.
在△PF1F2中,由余弦定理得|PF2|2=|PF1|2+|F1F2|2-2|PF1|·|F1F2|cos∠PF1F2,
题型
例4 已知椭圆eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1中,点P是椭圆上一点,F1,F2是椭圆的焦点,且∠PF1F2=120°,求△PF1F2的面积.
即|PF2|2=|PF1|2+4+2|PF1|.
①
由椭圆的定义得|PF1|+|PF2|=2a=4.
②
由①②联立可得|PF1|=eq \f(6,5).
所以S△PF1F2=eq \f(1,2)|PF1|·|F1F2|sin∠PF1F2=eq \f(1,2)×eq \f(6,5)×2×eq \f(\r(3),2)=eq \f(3\r(3),5).
题型
例5已知椭圆x2+(m+3)y2=m(m>0)的离心率e=eq \f(\r(3),2),求m的值及椭圆的长轴长、短轴长、焦点坐标、顶点坐标.
[解] 椭圆方程可化为eq \f(x2,m)+eq \f(y2,\f(m,m+3))=1.
∵m-eq \f(m,m+3)=eq \f(m(m+2),m+3)>0,∴m>eq \f(m,m+3),
∴椭圆焦点在x轴上,即
a2=m,b2=eq \f(m,m+3),c=eq \r(a2-b2)=eq \r(\f(m(m+2),m+3)).
由e=eq \f(\r(3),2),得eq \r(\f(m+2,m+3))=eq \f(\r(3),2),∴m=1.
∴椭圆的标准方程为x2+eq \f(y2,\f(1,4))=1.
∴a=1,b=eq \f(1,2),c=eq \f(\r(3),2).
∴椭圆的长轴长为2;短轴长为1;两个焦点坐标分别为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(\r(3),2),0)),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2),0));四个顶点坐标分别为(-1,0),(1,0),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,-\f(1,2))),eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2))).
例6 求符合下列条件的椭圆的标准方程.
(1)长轴长是短轴长的5倍,且过点A(5,0);
(2)离心率e=eq \f(3,5),焦距为12.
[解] (1)若椭圆焦点在x轴上,设其标准方程为eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0),
由题意得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a=5×2b,,\f(25,a2)+\f(0,b2)=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=5,,b=1,))
故所求椭圆的标准方程为eq \f(x2,25)+y2=1;
若椭圆焦点在y轴上,设其标准方程为eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0),
由题意得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2a=5×2b,,\f(0,a2)+\f(25,b2)=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=25,,b=5,))
故所求椭圆的标准方程为eq \f(y2,625)+eq \f(x2,25)=1.
综上所述,所求椭圆的标准方程为eq \f(x2,25)+y2=1或eq \f(y2,625)+eq \f(x2,25)=1.
(2)由e=eq \f(c,a)=eq \f(3,5),2c=12,
得a=10,c=6,
∴b2=a2-c2=64.
当焦点在x轴上时,所求椭圆的标准方程为eq \f(x2,100)+eq \f(y2,64)=1;
当焦点在y轴上时,所求椭圆的标准方程为eq \f(y2,100)+eq \f(x2,64)=1.
综上所述,所求椭圆的标准方程为eq \f(x2,100)+eq \f(y2,64)=1或eq \f(y2,100)+eq \f(x2,64)=1.
例7.直线l经过椭圆的一个顶点和一个焦点,若椭圆中心到l的距离为其短轴长的eq \f(1,4),则该椭圆的离心率为( )
A.eq \f(1,3)
B.eq \f(1,2)
C.eq \f(2,3)
D.eq \f(3,4)
[解析] 解法一:不妨设直线l过椭圆的上顶点(0,b)和左焦点(-c,0),b>0,c>0,则直线l的方程为bx-cy+bc=0,由已知得eq \f(bc,\r(b2+c2))=eq \f(1,4)×2b,解得b2=3c2,又b2=a2-c2,所以eq \f(c2,a2)=eq \f(1,4),即e2=eq \f(1,4),所以e=eq \f(1,2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(e=-\f(1,2)舍去)).
解法二:如图,由题意得在椭圆中,|OF|=c,|OB|=b,|OD|=eq \f(1,4)×2b=eq \f(1,2)b,|BF|=a.在Rt△OFB中,|OF|·|OB|=|BF|·|OD|,即c·b=a·eq \f(1,2)b,解得eq \f(c,a)=eq \f(1,2),所以椭圆的离心率e=eq \f(1,2).故选B.
解 把直线方程y=x+m与椭圆方程eq \f(x2,4)+y2=1联立,消去y,得到关于x的一元二次方程5x2+8mx+4m2-4=0,
由Δ>0,得(8m)2-4×5×(4m2-4)>0,
解得-eq \r(5)<m<eq \r(5).
故m的取值范围为(-eq \r(5),eq \r(5)).
【例题8】若直线y=x+m与椭圆eq \f(x2,4)+y2=1有两个公共点,求m的取值范围.
[解] ∵直线AB过椭圆eq \f(x2,5)+eq \f(y2,4)=1的右焦点F2(1,0),且斜率为2,
∴直线AB的方程为y=2(x-1),即2x-y-2=0.
解法一:由方程组eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-y-2=0,,\f(x2,5)+\f(y2,4)=1,))
得交点A(0,-2),Beq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3),\f(4,3)))
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(或A\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3),\f(4,3))),B(0,-2))).
∴|AB|=eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0-\f(5,3)))\s\up12(2)+\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-2-\f(4,3)))\s\up12(2))=eq \r(\f(125,9))=eq \f(5\r(5),3).
例9 已知斜率为2的直线经过椭圆eq \f(x2,5)+eq \f(y2,4)=1的右焦点F2,与椭圆交于A,B两点,求弦AB的长.
解法二:设点A(x1,y1),B(x2,y2),
由方程组eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-y-2=0,,\f(x2,5)+\f(y2,4)=1,))消去y得3x2-5x=0,
则x1+x2=eq \f(5,3),x1x2=0.
∴|AB|=eq \r((x1-x2)2+(y1-y2)2)
=2,AB)eq \r((x1-x2)2(1+k))
=2,AB)eq \r((1+k)[(x1+x2)2-4x1x2])
=eq \r((1+22)\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,3)))\s\up12(2)-4×0)))=eq \f(5\r(5),3).
解法三:由方程组eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(2x-y-2=0,,\f(x2,5)+\f(y2,4)=1,))
消去x得3y2+2y-8=0,设点A(x1,y1),B(x2,y2),
则y1+y2=-eq \f(2,3),y1y2=-eq \f(8,3).
∴|AB|=eq \r((x1-x2)2+(y1-y2)2)
=2,AB)eq \r((y1-y2)2\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(1,k))))
=2,AB)eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(1,k)))[(y1+y2)2-4y1y2])
=eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1+\f(1,4)))\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2,3)))\s\up12(2)-4×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(8,3))))))=eq \f(5\r(5),3).
例10 已知椭圆eq \f(x2,16)+eq \f(y2,4)=1,过点P(2,1)作一弦,使弦在这点被平分,求此弦所在直线的方程.
[解] 解法一:如图,易知直线斜率存在,设所求直线的方程为y-1=k(x-2),
代入椭圆方程并整理,得(4k2+1)x2-8(2k2-k)x+4(2k-1)2-16=0,(*)
设直线与椭圆的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1,x2是(*)方程的两个根,
∴x1+x2=eq \f(8(2k2-k),4k2+1).
∵P为弦AB的中点,
∴2=eq \f(x1+x2,2)=eq \f(4(2k2-k),4k2+1),解得k=-eq \f(1,2),
∴所求直线的方程为x+2y-4=0.
解法二:设直线与椭圆的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),x1≠x2,
∵P为弦AB的中点,
∴x1+x2=4,y1+y2=2.
又A,B在椭圆上,
∴xeq \o\al(2,1)+4yeq \o\al(2,1)=16,xeq \o\al(2,2)+4yeq \o\al(2,2)=16.
两式相减,得(xeq \o\al(2,1)-xeq \o\al(2,2))+4(yeq \o\al(2,1)-yeq \o\al(2,2))=0,
即(x1+x2)(x1-x2)+4(y1+y2)(y1-y2)=0.
∴eq \f(y1-y2,x1-x2)=eq \f(-(x1+x2),4(y1+y2))=-eq \f(1,2),即kAB=-eq \f(1,2).
∴所求直线的方程为y-1=-eq \f(1,2)(x-2),
即x+2y-4=0.
解法三:设所求直线与椭圆的一个交点为A(x,y),
另一个交点为B(4-x,2-y),
∵A,B在椭圆上,
∴x2+4y2=16,
①
(4-x)2+4(2-y)2=16.
②
①-②得x+2y-4=0,则A,B在直线x+2y-4=0上,
而过A,B的直线只有一条,
∴所求直线的方程为x+2y-4=0.
例11. 已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为eq \f(\r(3),3),点M在椭圆上,且满足MF2⊥x轴,|MF1|=eq \f(4\r(3),3).
(1)求椭圆的方程;
(2)若直线y=kx+2交椭圆于A,B两点,求△AOB(O为坐标原点)面积的最大值.
[解] (1)由离心率为eq \f(\r(3),3),得eq \f(c2,a2)=eq \f(1,3),即a2=3c2,
又a2=b2+c2,可得b2=2c2,
即椭圆方程为eq \f(x2,3c2)+eq \f(y2,2c2)=1.
因为点M在椭圆上,且MF2⊥x轴,
故把x=c代入椭圆方程,
可得点M的坐标为eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c,±\f(2\r(3),3)c)),
由|MF1|=eq \r(|F1F2|2+|MF2|2)=eq \r(4c2+\f(4,3)c2)=eq \f(4\r(3),3)得c=1,从而a2=3,b2=2,
所以椭圆的方程为eq \f(x2,3)+eq \f(y2,2)=1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),
将y=kx+2代入椭圆方程,得(3k2+2)x2+12kx+6=0,
由Δ>0,可得3k2-2>0,则有
x1+x2=-eq \f(12k,3k2+2),x1x2=eq \f(6,3k2+2),
所以|x1-x2|=eq \f(2\r(18k2-12),3k2+2).
因为直线y=kx+2与y轴交点的坐标为(0,2),
所以△AOB的面积S=eq \f(1,2)×2×|x1-x2|=eq \f(2\r(18k2-12),3k2+2)=eq \f(2\r(6×(3k2-2)),3k2+2).
令3k2-2=t,则t∈(0,+∞),
所以S=eq \f(2\r(6t),t+4)=2eq \r(\f(6t,t2+8t+16))
=2eq \r(\f(6,t+\f(16,t)+8))≤eq \f(\r(6),2),
当且仅当t=4时取等号.
所以当t=4时,△AOB的面积取得最大值eq \f(\r(6),2).
[解析] ∵方程对应的图形是双曲线,
∴(k-5)(|k|-2)>0,即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(k-5>0,,|k|-2>0))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(k-5<0,,|k|-2<0,))解得k>5或-2<k<2.
例13已知方程eq \f(x2,k-5)-eq \f(y2,|k|-2)=1对应的图形是双曲线,那么k的取值范围是( )
A.(5,+∞)
B.(-2,2)∪(5,+∞)
C.(-∞,-2)∪(2,+∞)
D.(-2,2)
(2)求满足下列条件的双曲线的标准方程:
①焦点在坐标轴上,且过Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-2,\f(3\r(5),2))),Neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4\r(7),3),4))两点;
②两个焦点分别为F1(-5,0),F2(5,0),且过点Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3\r(5),2),2)).
[解] ①当双曲线的焦点在x轴上时,设双曲线的标准方程为eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0).∵M,N在双曲线上,
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f((-2)2,a2)-\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3\r(5),2)))\s\up12(2),b2)=1,,\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4\r(7),3)))\s\up12(2),a2)-\f(42,b2)=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(1,a2)=-\f(1,16),,\f(1,b2)=-\f(1,9)))(不符合题意,舍去);
当双曲线的焦点在y轴上时,设双曲线的标准方程为eq \f(y2,a2)-eq \f(x2,b2)=1(a>0,b>0).
∵M,N在双曲线上,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3\r(5),2)))\s\up12(2),a2)-\f(4,b2)=1,,\f(42,a2)-\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4\r(7),3)))\s\up12(2),b2)=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(1,a2)=\f(1,9),,\f(1,b2)=\f(1,16),))即a2=9,b2=16.∴所求双曲线的标准方程为eq \f(y2,9)-eq \f(x2,16)=1.
②由已知可设双曲线的标准方程为eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0),
代入点Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3\r(5),2),2))可得eq \f(45,4a2)-eq \f(4,b2)=1,
①
又a2+b2=25,
②
由①②联立可得a2=9,b2=16,
∴双曲线的标准方程为eq \f(x2,9)-eq \f(y2,16)=1.
例14 如图,F1,F2是双曲线eq \f(x2,9)-eq \f(y2,16)=1的两个焦点.
(1)若双曲线上一点M到它的一个焦点的距离等于16,求点M到另一个焦点的距离;
(2)若P是双曲线左支上的一点,且|PF1|·|PF2|=32,试求△F1PF2的面积.
[解] 双曲线的标准方程为eq \f(x2,9)-eq \f(y2,16)=1,
故a=3,b=4,c=eq \r(a2+b2)=5.
(1)由双曲线的定义得||MF1|-|MF2||=2a=6,又双曲线上一点M到它的一个焦点的距离等于16,假设点M到另一个焦点的距离等于x,则|16-x|=6,解得x=10或x=22.
由于c-a=5-3=2,10>2,22>2,故点M到另一个焦点的距离为10或22.
(2)将|PF2|-|PF1|=2a=6两边平方,得
|PF1|2+|PF2|2-2|PF1|·|PF2|=36,
∴|PF1|2+|PF2|2=36+2|PF1|·|PF2|=36+2×32=100.
在△F1PF2中,由余弦定理得
cos∠F1PF2=eq \f(|PF1|2+|PF2|2-|F1F2|2,2|PF1|·|PF2|)=eq \f(100-100,2|PF1|·|PF2|)=0,
∴∠F1PF2=90°,
∴S△F1PF2=eq \f(1,2)|PF1|·|PF2|=eq \f(1,2)×32=16.
[解] 如图,以AB边所在的直线为x轴,AB的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系,
则A(-2eq \r(2),0),B(2eq \r(2),0).
∵2sinA+sinC=2sinB,
∴由正弦定理得2|CB|+|AB|=2|CA|.
从而有|CA|-|CB|=eq \f(1,2)|AB|=2eq \r(2)<|AB|.
∴由双曲线的定义知,点C的轨迹为双曲线的右支且不包括顶点.
∵a=eq \r(2),c=2eq \r(2),∴b2=c2-a2=6.
∴顶点C的轨迹方程为eq \f(x2,2)-eq \f(y2,6)=1(x>eq \r(2)).
故顶点C的轨迹为双曲线的右支且除去点(eq \r(2),0).
[解] 灾民区ABCD中的点可分为三类,第一类沿道路PA送药较近,第二类沿道路PB送药较近,第三类沿道路PA和PB送药一样长.依题意,知界线是第三类点的轨迹.
设M为界线上的任一点,则|PA|+|MA|=|PB|+|MB|,即|MA|-|MB|=|PB|-|PA|=50(定值).
因为|AB|=eq \r(1002+1502-2×100×150×cos60°)=50eq \r(7)>50,
所以界线是以A,B为焦点的双曲线的右支的一部分.如图所示,以AB所在的直线为x轴,线段AB的垂直平分线为y轴,建立平面直角坐标系.
设所求双曲线的标准方程为
eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0).
因为a=25,c=25eq \r(7),所以b2=c2-a2=3750.
故双曲线的标准方程为eq \f(x2,625)-eq \f(y2,3750)=1.
注意到点C的坐标为(25eq \r(7),60),
故y的最大值为60,此时x=35.
故界线的曲线方程为eq \f(x2,625)-eq \f(y2,3750)=1(25≤x≤35,0≤y≤60).
[解] 将9y2-4x2=-36变形为eq \f(x2,9)-eq \f(y2,4)=1,
即eq \f(x2,32)-eq \f(y2,22)=1,得a=3,b=2,c=eq \r(13),
因此顶点坐标为A1(-3,0),A2(3,0),
焦点坐标为F1(-eq \r(13),0),F2(eq \r(13),0),
实轴长是2a=6,虚轴长是2b=4,离心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(13),3),
渐近线方程为y=±eq \f(b,a)x=±eq \f(2,3)x.
作草图如图:
解法二:设与双曲线eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=1共渐近线的双曲线的方程为eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=λ(λ≠0).因为点A(2eq \r(3),-3)在所求的双曲线上,所以λ=eq \f(12,16)-eq \f(9,9)=-eq \f(1,4),所以所求双曲线的方程为eq \f(x2,16)-eq \f(y2,9)=-eq \f(1,4),即标准方程为eq \f(y2,\f(9,4))-eq \f(x2,4)=1.
题型
例18 (1)(2023·湖南五市十校高二联考)设双曲线C:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,P是渐近线上一点,且满足|eq \o(PF2,\s\up16(→))|=|eq \o(F1F2,\s\up16(→))|,eq \o(PF2,\s\up16(→))·eq \o(F1F2,\s\up16(→))=0,则双曲线C的离心率为( )
A.eq \r(3)
B.2
C.eq \r(5)
D.eq \r(6)
[解析] 不妨设P在第一象限,则Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(c,\f(bc,a))),依题意,得eq \f(bc,a)=2c,即eq \f(b,a)=2.所以双曲线C的离心率e=eq \f(c,a)=eq \r(1+\f(b2,a2))=eq \r(5).
例19. 已知双曲线的方程为x2-eq \f(y2,2)=1,直线l过点P(1,1),斜率为k.当k为何值时,直线l与双曲线:只有一个公共点?有两个公共点?无公共点?
[解] 设直线l:y-1=k(x-1),即y=kx+(1-k).
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+(1-k),,x2-\f(y2,2)=1,))得(k2-2)x2-2k(k-1)x+k2-2k+3=0. (*)
当k2-2=0,即k=±eq \r(2)时,方程(*)只有一个解,直线l与双曲线只有一个公共点.
当k2-2≠0时,Δ=24-16k,
若Δ=0,即k=eq \f(3,2),则方程(*)只有一个解,直线l与双曲线只有一个公共点;
若Δ>0,即k<eq \f(3,2),且k≠±eq \r(2),则方程(*)有两个解,直线l与双曲线有两个公共点;
若Δ<0,即k>eq \f(3,2),则方程(*)无解,直线l与双曲线无公共点.
综上所述,当k=±eq \r(2)或k=eq \f(3,2)时,直线l与双曲线只有一个公共点;
当k<eq \f(3,2),且k≠±eq \r(2)时,直线l与双曲线有两个公共点;
当k>eq \f(3,2)时,直线l与双曲线无公共点.
例20. 已知过定点P(0,1)的直线l交双曲线x2-eq \f(y2,4)=1于A,B两点.
(1)若直线l的倾斜角为45°,求|AB|;
(2)若线段AB的中点为M,求点M的轨迹方程.
[解] (1)由题意知,直线l的方程为y=x+1,联立方程组eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=x+1,,x2-\f(y2,4)=1,))消去y得3x2-2x-5=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=eq \f(2,3),x1x2=-eq \f(5,3).
|AB|=eq \r((1+k2)[(x1+x2)2-4x1x2])
=eq \r((1+1)×\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,3)))\s\up12(2)-4×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(5,3))))))=eq \f(8\r(2),3).
(2)解法一:设M(x,y),由题意知直线l的斜率存在,
设直线l的方程为y=kx+1.
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+1,,x2-\f(y2,4)=1,))消去y得
(4-k2)x2-2kx-5=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
∴4-k2≠0,且Δ=(-2k)2-4×(-5)(4-k2)>0,
即-eq \r(5)<k<eq \r(5)且k≠±2.
x1+x2=eq \f(2k,4-k2),y1+y2=eq \f(8,4-k2).
∵M为AB的中点,
∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=\f(x1+x2,2)=\f(k,4-k2), ①,y=\f(y1+y2,2)=\f(4,4-k2), ②))
由①②消去k得4x2-y2+y=0,
∵-eq \r(5)<k<eq \r(5)且k≠±2,∴eq \f(4,4-k2)<-4或eq \f(4,4-k2)>1.
∴点M的轨迹方程为4x2-y2+y=0(y<-4或y>1).
解法二:设中点M的坐标为(x,y),
弦AB的端点为A(x1,y1),B(x2,y2)(x1≠x2).
则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=\f(x1+x2,2),,y=\f(y1+y2,2),))即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x1+x2=2x,,y1+y2=2y.))
又A,B两点在双曲线上,
∴2,1)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x-\f(yeq \o\al(2,1),4)=1, ①,xeq \o\al(2,2)-\f(yeq \o\al(2,2),4)=1. ②))
由①-②得4(xeq \o\al(2,1)-xeq \o\al(2,2))=yeq \o\al(2,1)-yeq \o\al(2,2),
∴4(x1+x2)(x1-x2)=(y1+y2)(y1-y2).
∵x1≠x2,
∴eq \f(y1-y2,x1-x2)=eq \f(4(x1+x2),y1+y2)=eq \f(4×2x,2y)=eq \f(4x,y),即kAB=eq \f(4x,y),
又P,M两点在直线l上,
∴kAB=kPM=eq \f(y-1,x-0).
∴eq \f(4x,y)=eq \f(y-1,x),即4x2-y2+y=0.
由解法一知y的取值范围为y<-4或y>1,
∴点M的轨迹方程为4x2-y2+y=0(y<-4或y>1).
例21 已知点M(-2,0),N(2,0),动点P满足条件|PM|-|PN|=2eq \r(2),记动点P的轨迹为W.
(1)求W的方程;
(2)若A,B是W上不同的两点,O是坐标原点,求eq \o(OA,\s\up6(→))·eq \o(OB,\s\up6(→))的最小值.
[解] (1)由|PM|-|PN|=2eq \r(2)知动点P的轨迹是以M,N为焦点的双曲线的右支,实半轴长a=eq \r(2).
又半焦距c=2,故虚半轴长b=eq \r(c2-a2)=eq \r(2).
所以W的方程为eq \f(x2,2)-eq \f(y2,2)=1(x≥eq \r(2)).
(2)设A,B的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2).
当AB⊥x轴时,x1=x2,y1=-y2,
从而eq \o(OA,\s\up16(→))·eq \o(OB,\s\up16(→))=x1x2+y1y2=xeq \o\al(2,1)-yeq \o\al(2,1)=2.
当AB与x轴不垂直时,设直线AB的方程为y=kx+m,与W的方程联立,消去y得(1-k2)x2-2kmx-m2-2=0.
故x1+x2=eq \f(2km,1-k2),x1x2=eq \f(m2+2,k2-1),
所以eq \o(OA,\s\up16(→))·eq \o(OB,\s\up16(→))=x1x2+y1y2=x1x2+(kx1+m)(kx2+m)
=(1+k2)x1x2+km(x1+x2)+m2=eq \f((1+k2)(m2+2),k2-1)+eq \f(2k2m2,1-k2)+m2
=eq \f(2k2+2,k2-1)=2+eq \f(4,k2-1).
又因为x1x2>0,所以k2-1>0,从而eq \o(OA,\s\up16(→))·eq \o(OB,\s\up16(→))>2.
综上,当AB⊥x轴时,eq \o(OA,\s\up16(→))·eq \o(OB,\s\up16(→))取得最小值2.
例22.求符合下列条件的抛物线的标准方程:
(1)过点(-3,2);
(2)焦点在直线x-2y-4=0上.
解 (1)设抛物线的方程为y2=-2px或x2=2py(p>0),则将点(-3,2)代入方程得2p=eq \f(4,3)或2p=eq \f(9,2),
∴所求的抛物线的标准方程为y2=-eq \f(4,3)x或x2=eq \f(9,2)y.
(2)当焦点在y轴上时,令x=0,由方程x-2y-4=0得y=-2,
∴抛物线的焦点为F(0,-2),设抛物线的方程为x2=-2py(p>0),则由eq \f(p,2)=2得2p=8,
∴所求抛物线的标准方程为x2=-8y;
当焦点在x轴上时,同理得y2=16x.
例23.已知F是抛物线y2=x的焦点,A,B是该抛物线上的两点,|AF|+|BF|=3,则线段AB的中点到y轴的距离为( )
A.eq \f(3,4)
B.1
C.eq \f(5,4)
D.eq \f(7,4)
[解析] y2=x的准线方程为l:x=-eq \f(1,4),由题意得|AF|,|BF|分别为A,B到准线l的距离d1,d2(如图所示).则线段AB的中点到准线的距离为d3=eq \f(d1+d2,2)=eq \f(3,2),∴线段AB的中点到y轴的距离为d=eq \f(3,2)-eq \f(1,4)=eq \f(5,4).故选C.
[解] 解法一:设点P的坐标为(x,y),动圆P的半径为r,由条件知|AP|=r+1,即eq \r((x+2)2+y2)=|x-1|+1,化简,整理得y2=-8x.
解法二:如图,设动圆P的半径为r,作PK垂直于直线x=1,垂足为K,PQ垂直于直线x=2,垂足为Q,则|KQ|=1,所以|PQ|=r+1,又|AP|=r+1,所以|AP|=|PQ|,故点P到圆心A(-2,0)的距离和到定直线x=2的距离相等,所以点P的轨迹为抛物线,A(-2,0)为焦点,直线x=2为准线,所以eq \f(p,2)=2,即p=4,所以点P的轨迹方程为y2=-8x.
[解] (1)由题意知,∠A=45°,AC1=4 m,则C1D1=4 m.
因为四边形ABD8D1是等腰梯形,
由对称性知,AC1=C8B=4 m,
所以D1D8=C1C8=AB-AC1-C8B=44-4-4=36 m.
综上,C1D1=4 m,D1D8=36 m.
(2)因为C1C8=36 m,所以C1H=eq \f(1,2)C1C8=18 m,
所以点D1的横坐标为-18,
则点D2的横坐标为-(18-5)=-13,
设点D1,D2的纵坐标分别为y1,y2,
由图形知|y1-y2|=|5.55-4|=1.55.
设抛物线的方程为x2=-2py(p>0),
将点D1,D2代入,得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1((-18)2=-2py1,,(-13)2=-2py2,))
两式相减得2p(y2-y1)=182-132=155,
解得2p=100,故抛物线方程为x2=-100y.
因此,当x=-18时,y=-eq \f(1,100)x2=-eq \f(1,100)×324=-3.24,
故|y1|=3.24,
所以桥梁的拱高OH=3.24+4=7.24 m.
综上,抛物线D1OD8的方程为x2=-100y,桥梁的拱高OH为7.24 m.
[解] 椭圆的方程可化为eq \f(x2,4)+eq \f(y2,9)=1,其长轴在y轴上,
∴抛物线的对称轴为y轴,
∴设抛物线的方程为x2=2py或x2=-2py(p>0).
∵抛物线的焦点到顶点的距离为3,即eq \f(p,2)=3,∴p=6.
∴抛物线的标准方程为x2=12y或x2=-12y,其准线方程为y=-3或y=3.
[解] (1)因为直线l的倾斜角为60°,
所以其斜率k=tan60°=eq \r(3).
又Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,2),0)),所以直线l的方程为y=eq \r(3)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(3,2))).
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y2=6x,,y=\r(3)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(3,2))),))消去y得x2-5x+eq \f(9,4)=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=5,而|AB|=|AF|+|BF|=x1+eq \f(p,2)+x2+eq \f(p,2)=x1+x2+p,所以|AB|=5+3=8.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),由抛物线的定义知|AB|=|AF|+|BF|=x1+eq \f(p,2)+x2+eq \f(p,2)=x1+x2+p=x1+x2+3=9,所以x1+x2=6.
于是线段AB的中点M的横坐标是3,又准线方程是x=-eq \f(3,2),所以点M到准线的距离为3+eq \f(3,2)=eq \f(9,2).
例28.已知A,B是抛物线y2=2px(p>0)上两点,O为坐标原点,若|OA|=|OB|,且△AOB的垂心恰是此抛物线的焦点,则直线AB的方程为( )
A.x=p
B.x=eq \f(3p,2)
C.x=2p
D.x=eq \f(5p,2)
[解析] 如图,设点A(x0,y0)(x0>0),由题意可知点B(x0,-y0),
∵Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(p,2),0))是△AOB的垂心,
∴AF⊥OB,∴kAF·kOB=-1,
即eq \f(y0,x0-\f(p,2))·eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(y0,x0)))=-1.
∴yeq \o\al(2,0)=x0eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0-\f(p,2))),
又yeq \o\al(2,0)=2px0,∴x0=2p+eq \f(p,2)=eq \f(5p,2).
∴直线AB的方程为x=eq \f(5p,2).
[解] 直线l:y-1=k(x-1),
将x=-eq \f(y2,2)代入整理得,ky2+2y+2k-2=0.
①当k=0时,把y=1代入y2=-2x,得x=-eq \f(1,2),直线l与抛物线C只有一个公共点eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,2),1)).
②当k≠0时,Δ=4-4k(2k-2)=-8k2+8k+4.
由Δ=0得,k=eq \f(1±\r(3),2),
∴当k<eq \f(1-\r(3),2)或k>eq \f(1+\r(3),2)时,Δ<0,l与C无公共点;
当k=eq \f(1±\r(3),2)时,Δ=0,l与C有且只有一个公共点;
当eq \f(1-\r(3),2)<k<eq \f(1+\r(3),2)且k≠0时,Δ>0,l与C有两个公共点.
综上知,当k=eq \f(1±\r(3),2)或k=0时,l与C有且只有一个公共点;
当eq \f(1-\r(3),2)<k<0或0<k<eq \f(1+\r(3),2)时,l与C有两个公共点;
当k<eq \f(1-\r(3),2)或k>eq \f(1+\r(3),2)时,l与C无公共点.
[解] ①由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=x-2,,y2=4x))得x2-8x+4=0,
其中Δ=64-4×4=48>0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=8,x1x2=4.
所以|x1-x2|=eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=4eq \r(3),
所以|AB|=eq \r(1+12)·|x1-x2|=eq \r(2)×4eq \r(3)=4eq \r(6).
②由题意得点F(1,0),故点F到直线AB的距离d=eq \f(|1-2|,\r(2))=eq \f(\r(2),2),
所以S△FAB=eq \f(1,2)·|AB|·d=eq \f(1,2)×4eq \r(6)×eq \f(\r(2),2)=2eq \r(3),
即△FAB的面积为2eq \r(3).
[解] ①由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=x-2,,y2=4x))得x2-8x+4=0,
其中Δ=64-4×4=48>0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=8,x1x2=4.
所以|x1-x2|=eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=4eq \r(3),
所以|AB|=eq \r(1+12)·|x1-x2|=eq \r(2)×4eq \r(3)=4eq \r(6).
②由题意得点F(1,0),故点F到直线AB的距离d=eq \f(|1-2|,\r(2))=eq \f(\r(2),2),
所以S△FAB=eq \f(1,2)·|AB|·d=eq \f(1,2)×4eq \r(6)×eq \f(\r(2),2)=2eq \r(3),
即△FAB的面积为2eq \r(3).
[解] (ⅰ)∵抛物线的焦点为(1,0),
∴eq \f(p,2)=1,解得p=2.
∴抛物线E的方程为y2=4x.
(ⅱ)设A(x1,y1),B(x2,y2),x1≠x2,
则yeq \o\al(2,1)=4x1,
①
yeq \o\al(2,2)=4x2,
②
且y1+y2=2,
由②-①得(y1+y2)(y2-y1)=4(x2-x1),∴eq \f(y2-y1,x2-x1)=2,
∴直线AB的方程为y-1=2(x-2),
即2x-y-3=0.
[解] (1)由题意,得抛物线的方程为x2=2y,
则焦点Feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(1,2))),直线AB的斜率存在且不为零.
设直线AB的方程为y=kx+eq \f(1,2),A(x1,y1),B(x2,y2),
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+\f(1,2),,x2=2y,))得x2-2kx-1=0,
∴x1+x2=2k,
∴Meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(k,k2+\f(1,2))),同理Neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,k),\f(1,k2)+\f(1,2))),
∴S△FMN=eq \f(1,2)|FM|·|FN|
=eq \f(1,2)
eq \r(k2+k4)·eq \r(\f(1,k2)+\f(1,k4))
=eq \f(1,2)
eq \r(2+k2+\f(1,k2))≥1.
当且仅当k=±1时,△FMN的面积取最小值1.
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4),直线AB的方程为y=kx+eq \f(1,2),
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+\f(1,2),,x2=2y))得x2-2kx-1=0,
∴x1x2=-1,同理,x3x4=-1,
故kAC+4kBD=eq \f(y1-y3,x1-x3)+4·eq \f(y2-y4,x2-x4)
=2,1)eq \f(\f(1,2)(x-xeq \o\al(2,3)),x1-x3)
+4·2,2)eq \f(\f(1,2)(x-xeq \o\al(2,4)),x2-x4)
=eq \f(1,2)(x1+x3)+2(x2+x4)
=eq \f(1,2)(x1+x3)-2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,x1)+\f(1,x3)))
=(x1+x3)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)-\f(2,x1x3)))=0.
注意到点A,C在第一象限,x1+x3≠0,故x1x3=4,
直线AC的方程为y-2,1)eq \f(x,2)
=eq \f(x1+x3,2)(x-x1),
化简得y=eq \f(x1+x3,2)x-eq \f(x1x3,2),即y=eq \f(x1+x3,2)x-2.
∴直线AC恒过定点(0,-2).
解析 设椭圆的方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n),则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(9,25)m+16n=1,,\f(16,25)m+9n=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(m=1,,n=\f(1,25),))∴椭圆的方程为x2+eq \f(y2,25)=1.故选A.
1.以两条坐标轴为对称轴的椭圆过点Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,5),-4))和Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(4,5),3)),则此椭圆的方程是( )
A.x2+eq \f(y2,25)=1
B.eq \f(x2,25)+y2=1
C.eq \f(x2,25)+y2=1或x2+eq \f(y2,25)=1
D.以上都不对
解析 由|BF2|=|F1F2|=2,得a=2,2c=2,即c=1,所以b2=a2-c2=4-1=3,所以该椭圆的方程为eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1.故选A.
2.设椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,上顶点为B,若|BF2|=|F1F2|=2,则该椭圆的方程为( )
A.eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1
B.eq \f(x2,3)+y2=1
C.eq \f(x2,2)+y2=1
D.eq \f(x2,4)+y2=1
解析 设椭圆的另一个焦点为F2,因为椭圆eq \f(x2,25)+eq \f(y2,9)=1上一点M到焦点F1的距离为2,即|MF1|=2,又|MF1|+|MF2|=2a=10,所以|MF2|=8.因为N是MF1的中点,O是F1F2的中点,所以|ON|=eq \f(1,2)|MF2|=4.
3.椭圆eq \f(x2,25)+eq \f(y2,9)=1上一点M到焦点F1的距离为2,N是MF1的中点,则|ON|=( )
A.2
B.4
C.6
D.eq \f(3,2)
解析 椭圆9x2+4y2=36可化为标准方程eq \f(y2,9)+eq \f(x2,4)=1,可知焦点在y轴上,焦点坐标为(0,±eq \r(5)),故可设所求椭圆方程为eq \f(y2,a2)+eq \f(x2,b2)=1(a>b>0),则c=eq \r(5).又2b=2,即b=1,所以a2=b2+c2=6,故所求椭圆的标准方程为eq \f(y2,6)+x2=1.
4.与椭圆9x2+4y2=36有相同焦点,且短轴长为2的椭圆的标准方程为( )
A.eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1
B.eq \f(y2,6)+x2=1
C.eq \f(x2,6)+y2=1
D.eq \f(x2,8)+eq \f(y2,5)=1
解析 由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=x-1,,2x2+y2=4))消去y,得2x2+(x-1)2=4,即3x2-2x-3=0,∴弦的中点的横坐标是x=eq \f(1,2)×eq \f(2,3)=eq \f(1,3),代入直线方程y=x-1中,得y=-eq \f(2,3),∴弦的中点坐标是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3),-\f(2,3))).故选A.
5.直线y=x-1被椭圆2x2+y2=4所截得的弦的中点坐标是( )
A.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,3),-\f(2,3)))
B.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(2,3),\f(1,3)))
C.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2),-\f(1,3)))
D.eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(1,3),\f(1,2)))
解析 设A(x0,y0),B(-x0,-y0),P(x,y),∴kPA·kPB=eq \f(y-y0,x-x0)·eq \f(y+y0,x+x0)=2,0)eq \f(y2-y,x2-xeq \o\al(2,0))
=2,0)eq \f(4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x2,9)-1))-4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(x,9)-1)),x2-xeq \o\al(2,0))
=2,0)eq \f(\f(4,9)(x2-x),x2-xeq \o\al(2,0))
=eq \f(4,9).
6.已知直线y=eq \f(1,2)x与双曲线eq \f(x2,9)-eq \f(y2,4)=1交于A,B两点,P为双曲线上不同于A,B的点,当直线PA,PB的斜率kPA,kPB存在时,kPA·kPB=( )
A.eq \f(4,9)
B.eq \f(1,2)
C.eq \f(2,3)
D.与点P的位置有关
解析 如图所示,因为a=3,b=4,c=5,所以F1(-5,0),F2(5,0),因为|PN|≥|PF2|-|NF2|,所以-|PN|≤-|PF2|+|NF2|,又|PF1|-|PF2|=2a=6,|PM|≤|PF1|+|MF1|,所以|PM|-|PN|≤|PF1|+|MF1|-|PF2|+|NF2|=6+2+1=9.
7.P是双曲线eq \f(x2,9)-eq \f(y2,16)=1的右支上一点,M,N分别是圆(x+5)2+y2=4和(x-5)2+y2=1上的点,则|PM|-|PN|的最大值为( )
A.6
B.7
C.8
D.9
解析 设所求双曲线的标准方程为eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0),则由已知得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=b,,a2+b2=36,))解得a2=b2=18,所以所求双曲线的标准方程为eq \f(x2,18)-eq \f(y2,18)=1.
8.等轴双曲线的一个焦点是F1(-6,0),则其标准方程为( )
A.eq \f(x2,9)-eq \f(y2,9)=1
B.eq \f(y2,9)-eq \f(x2,9)=1
C.eq \f(y2,18)-eq \f(x2,18)=1
D.eq \f(x2,18)-eq \f(y2,18)=1
解析 解法一:设动点P的坐标为(x,y),由题意得,eq \r((x-1)2+(y-1)2)=eq \f(|3x+y-4|,\r(10)),整理得x-3y+2=0,∴动点P的轨迹为直线.故选D.
解法二:∵点F(1,1)在直线3x+y-4=0上,∴动点P的轨迹为过点F且垂直于直线l:3x+y-4=0的直线.故选D.
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),将y=x+b代入y=eq \f(1,2)x2,化简可得x2-2x-2b=0,故x1+x2=2,x1x2=-2b,所以y1y2=x1x2+b(x1+x2)+b2=b2.又OA⊥OB,所以x1x2+y1y2=0,即-2b+b2=0,则b=2或b=0,经检验,b=0时,不满足OA⊥OB,故b=2.
10.直线y=x+b交抛物线y=eq \f(1,2)x2于A,B两点,O为抛物线的顶点,OA⊥OB,则b的值为( )
A.-1
B.0
C.1
D.2
$$