内容正文:
第十节 圆锥曲线中常见结论及应用
[重点解读] 椭圆、双曲线、抛物线是高中数学的重要内容之一,知识的综合性较强,因而解题时需要运用多种基础知识,采用多种数学手段,熟记各种定义、基本公式、法则固然很重要,但要做到迅速、准确地解题,还要掌握一些常用结论,正确灵活地运用这些结论,一些复杂的问题便能迎刃而解.
题型一 椭圆、双曲线的常用结论及其应用
命题点1 焦点三角形
[例1] (2025·临川模拟)已知椭圆C:+=1(a>b>0),其左、右焦点分别为F1,F2,其离心率为e=,点P为该椭圆上一点,且满足∠F1PF2=,已知△F1PF2的面积为(a+c),则该椭圆的长轴长为( )
A.2 B.4
C.6 D.12
答案 D
解析 由e=,得=,即a=2c.①
在△F1PF2中,根据椭圆的定义及焦点三角形的面积公式,知S△F1PF2=b2tan =(a+c),
即b2=(a+c),②
又a2=b2+c2,③
联立①②③得c=3,a=6,b=3,
所以该椭圆的长轴长为2a=2×6=12.
焦点三角形的面积公式:P为椭圆(或双曲线)上异于长(或实)轴端点的一点,F1,F2为其左、右焦点且∠F1PF2=θ,
则椭圆中S△PF1F2=b2·tan ,
双曲线中S△PF1F2=.
[即时训练]
如图,F1,F2是椭圆C1:+y2=1与双曲线C2的公共焦点,A,B分别是C1,C2在第二、四象限的公共点.若四边形AF1BF2为矩形,则C2的离心率是( )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 设双曲线C2的方程为-=1(a2>0,b2>0),
则有a+b=c=c=4-1=3.
设椭圆C1中,a1=2,b1=1,
又四边形AF1BF2为矩形,
所以△AF1F2的面积为btan 45°=,
即b=b=1.
所以a=c-b=3-1=2.
故双曲线C2的离心率e===.
命题点2 周角定理
[例2] (2025·石家庄模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0),过原点O的直线交C于A,B两点(点B在右支上),双曲线右支上一点P(异于点B)满足·=0,直线PA交x轴于点D,若∠ADO=∠AOD,则双曲线C的离心率为( )
A. B.2
C. D.3
答案 A
解析 如图,∵·=0,
∴BA⊥BP,令kAB=k,
∵∠ADO=∠AOD,
∴kAP=-kAB=-k,
又BA⊥BP,∴kPB=-,
依题意,kPB·kPA=,∴-·(-k)=,
∴=1,即e===.
周角定理:已知点P为椭圆(或双曲线)上异于顶点的任一点,A,B为长轴(或实轴)端点,则椭圆中kPA·kPB=-,双曲线中kPA·kPB=.
周角定理的推广:已知A,B两点为椭圆(或双曲线)上关于原点对称的两点,点P为椭圆(或双曲线)上异于A,B的任一点,则椭圆中kPA·kPB=-,双曲线中kPA·kPB=.
[即时训练]
已知直线l:y=kx与椭圆E:+=1(a>b>0)交于A,B两点,M是椭圆上异于A,B的一点.若椭圆E的离心率的取值范围是,则直线MA,MB斜率之积的取值范围是( )
A. B.
C. D.
答案 D
解析 由椭圆中的结论,可得kMA·kMB=-,
由椭圆的离心率的取值范围是,
即<e<⇔<<⇔<<,
所以<<⇒-<-<-,
即-<kMA·kMB<-.
命题点3 切线、切点弦方程
[例3] 椭圆C1:+y2=1,O为坐标原点,点B为C1在第一象限中的任意一点,过B作C1的切线l,l分别与x轴和y轴的正半轴交于C,D两点,则△OCD面积的最小值为( )
A.1 B.
C. D.2
答案 C
解析 设B(x1,y1)(x1>0,y1>0),由题意得,过点B的切线l的方程为+y1y=1,
令y=0,可得C,令x=0,可得D,
所以△OCD的面积S=··=,
又点B在椭圆上,所以+y=1,
所以S===+≥2=,
当且仅当=,即x1=1,y1=时等号成立,
所以△OCD面积的最小值为.
(1)已知点P(x0,y0)为椭圆(或双曲线)上任一点,则过点P与圆锥曲线相切的切线方程为椭圆中+=1,双曲线中-=1.
(2)若点P(x0,y0)是椭圆(或双曲线)外一点,过点P(x0,y0)作椭圆(或双曲线)的两条切线,切点分别为A,B,则切点弦AB的直线方程是椭圆中+=1,双曲线中-=1.
[即时训练]
点P为直线l:y=x+1上一动点,过P作双曲线-y2=1的切线PA,PB,切点分别为A,B,则直线AB过定点________.
答案 (-1,-1)
解析 设P(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),
则PA,PB的方程分别为-y1y=1,-y2y=1,
因为点P在两条直线上,所以-y1y0=1,
-y2y0=1.
这表明,点A,B都在直线-y0y=1上,
即直线AB的方程为-y0y=1.
又y0=+1,代入整理得(x-y)-(y+1)=0,
令解得
即直线AB过定点(-1,-1).
题型二 抛物线的常用结论及其应用
与抛物线的焦点弦有关的二级结论
若倾斜角为α的直线l经过抛物线y2=2px(p>0)的焦点,且与抛物线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)(y1>y2)两点,则
(1)焦半径|AF|=x1+=,
|BF|=x2+=,
(2)焦点弦长|AB|=x1+x2+p=,
(3)S△OAB=(O为坐标原点),
(4)x1x2=,y1y2=-p2,
(5)+=,
(6)以AB为直径的圆与准线相切,以FA为直径的圆与y轴相切.
[例4] (1)已知A,B是过抛物线y2=2px(p>0)焦点F的直线与抛物线的交点,O是坐标原点,且满足=3,S△OAB=|AB|,则|AB|的值为( )
A. B.
C.4 D.2
答案 A
解析 如图,不妨令直线AB的倾斜角为α,α∈,
∵=3,
∴F为AB的三等分点,
令|BF|=t,则|AF|=2t,
由+=,得+=⇒t=p,
∴|AB|=3t=p,
又|AB|=,∴=p⇒sinα=,
又S△OAB=|AB|,∴=|AB|,
即=·p⇒p=2,∴|AB|=.
(2)已知抛物线方程为y2=2px(p>0),O为坐标原点,过抛物线焦点F的直线交抛物线于A,B两点,A,B的纵坐标之积为-8,且|AF|=3|BF|,则△OAB的面积是( )
A.4 B.
C. D.
答案 D
解析 不妨令A(xA,yA)在第一象限,B(xB,yB)在第四象限,则yAyB=-p2=-8,所以p=2.
又因为|AF|=3|BF|,所以=3,
即|yA|=3|yB|,代入yAyB=-8,
可得3y=8,由于B在第四象限,则yB=-,所以yA=2,
所以S△OAB=|OF|·|yA-yB|=.
焦半径公式和焦点弦面积公式容易混淆,用时要注意使用的条件;数形结合求解时,焦点弦的倾斜角可以为锐角、直角或钝角,不能一律当成锐角而漏解.
[即时训练]
(1)斜率为的直线经过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F且与抛物线交于A,B两点,A在第一象限且|AF|=4,则|AB|=________.
答案
解析
直线l的倾斜角α=60°,
由|AF|==4,
得p=4(1-cos α)=2,
∴|AB|===.
(2)已知抛物线y2=4x,过焦点F的直线与抛物线交于A,B两点,则2|AF|+|BF|的最小值为________.
答案 3+2
解析 因为p=2,所以+==1,
所以2|AF|+|BF|
=(2|AF|+|BF|)·
=3++
≥3+2=3+2,
当且仅当|BF|=|AF|,即|AF|=+1,
|BF|=+1时,等号成立,
因此,2|AF|+|BF|的最小值为3+2.
(3)(2025·长沙模拟)已知抛物线C:y2=16x,倾斜角为的直线l过焦点F交抛物线于A,B两点,O为坐标原点,则△ABO的面积为________.
答案 64
解析 依题意,抛物线y2=16x,p=8.
又l的倾斜角α=.
所以S△OAB===64.
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