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
[基础达标练]
1.若直线y=kx+2与椭圆x
2
3 +
y2
2 =1
相切,则斜率k的值是 ( )
A.63 B.-
6
3
C.± 63 D.±
3
3
2.无论k为何值,直线y=kx+2和曲线
x2
9+
y2
4=1
交点情况满足 ( )
A.没有公共点 B.一个公共点
C.两个公共点 D.有公共点
3.已知直线y=kx-k及抛物线y2=2px
(p>0),则 ( )
A.直线与抛物线有一个公共点
B.直线与抛物线有两个公共点
C.直线与抛物线有一个或两个公共点
D.直线与抛物线可能没有公共点
4.已知双曲线x
2
a2
-y
2
b2
=1(a>0,b>0)与
直线y=2x有交点,则双曲线的离心率
的取值范围是 ( )
A.(1,5)
B.(1,5)∪(5,+∞)
C.(5,+∞)
D.[5,+∞)
5.(多选)过点(-2,1)作直线l,与抛物线
y2=4x只有一个公共点,则下列直线l
的方程满足条件的是 ( )
A.y=1 B.x+2y=0
C.x+y+1=0 D.x-2y+4=0
6.已知直线l:y=kx+t与圆:x2+(y+
1)2=1相切,且与抛物线C:x2=4y交
于不同的两点M,N,则实数t的取值范
围是 .
7.斜率存在的直线l过点(0,-1)并与双
曲线C:y
2
4-x
2=1有且只有一个公共
点,则直线l斜率为 .
8.若直线y=kx+1(k∈R)与椭圆x
2
5+
y2
m
=1 恒 有 公 共 点,求 实 数 m 的 取 值
范围.
[能力提升练]
9.(2023新课标Ⅱ卷)已知椭圆C:x
2
3+
y2=1的左、右焦点分别为F1,F2,直线
y=x+m 与 C 交 于 A,B 两 点,若
△F1AB 面积是△F2AB 面积的2倍,
则m= ( )
A.23 B.
2
3
C.- 23 D.-
2
3
313
第二章 圆锥曲线
10.若直线l:y=kx+2与双曲线C:x2-
y2=4的左、右两支各有一个交点,则
实数k的取值范围是 ( )
A.(- 2,-1) B.(1,2)
C.(- 2,2) D.(-1,1)
11.椭圆x
2
16+
y2
12=1
上的点到直线x-2y
-12=0的距离的最大值为 ,
取得 最 大 值 时 对 应 的 点 的 坐 标 为
.
12.已知中心在原点的双曲线C 的右焦点
为(2,0),右顶点为(3,0).
(1)求双曲线C的方程;
(2)若直线l:y=kx+ 2与双曲线C恒
有两个不同的交点 A 和B,且OA
→
OB
→
>2,其中 O 为原点,求k 的取值
范围.
[素养培优练]
13.阿基米德(公元前287年—公元前212
年)是古希腊伟大的物理学家、数学
家、天文学家,不仅在物理学方面贡献
巨大,还享有“数学之神”的称号.抛物
线上任意两点 A,B 处的切线交于点
P,称△PAB 为“阿基米德三角形”,当
线段 AB 经 过 抛 物 线 焦 点 F 时,
△PAB 具有以下特征:(1)P 点必在
抛物线的准线上;(2)△PAB 为直角
三角形,且PA⊥PB;(3)PF⊥AB.已
知过抛物线x2=16y焦点的直线l与
抛物线交于A,B 两点,过点A,B 处的
切线交于点P,若点P 的横坐标为2,
则直线AB 的方程为 ( )
A.x+2y-8=0
B.x-2y+8=0
C.x-4y+16=0
D.x+4y-16=0
14.在平面直角坐标系xOy中,点 M 到点
F(1,0)的距离比它到y 轴的距离多
1.记点 M 的轨迹为C.
(1)求轨迹C的方程;
(2)设斜率为k的直线l过定点P(-2,
1).求直线l与轨迹C 恰好有一个公
共点、两个公共点、三个公共点时k的
相应取值范围.
413
选择性必修第一册
7.解析:设抛物线的方程为y2=2px(p>0),则
f=p2.
设A(x0,y0),因为θ=
2π
3
,所以|AF|=x0+p2=
2 p2-x0( ) ,所以x0=
p
6
,
所以y0=
3
3p
,所以d=2y0=
2 3
3 p
,故其焦径比f
d =
p
2
2 3
3 p
= 34.
答案:3
4
8.解:设所求抛物线的标准方程为x2=2py(p>0),
A(x0,y0),由题知 M 0,-p2( ).
∵|AF|=3,∴y0+p2=3.∵|AM|= 17
,
∴x20+ y0+p2( )
2
=17,
∴x20=8,代入方程x20=2py0,得8=2p 3-p2( ) ,解得p
=2或p=4.∴所求抛物线的标准方程为x2=4y或x2
=8y.
9.A [由题意,设P 在抛物线准线的投影为P′,抛物线的
焦点为F,则F(12
,0),根据抛物线的定义可知点P 到
该抛物线的准线的距离为|PP′|=|PF|,则点 P 到点
(0,2)的距 离 与 点 P 到 该 抛 物 线 准 线 的 距 离 之 和d=
|PF|+|PA|≥|AF|= (12
)2+22= 172 .
]
10.B [若 使 吸 收 太 阳 光 的 效
果最好,容器灶圈应在抛物
面对 应 轴 截 面 的 抛 物 线 的
焦点 处,如 图,画 出 抛 物 面
的轴 截 面,并 建 立 坐 标 系,
设抛物线方程x2=2py(p>
0),将集光板端点A(1,0.25)代入抛物线方程可得2p
=4,所以抛物线方程x2=4y,故焦点坐标是F(0,1).
所以容器灶圈应距离集光板顶点1m.]
11.D [据题意知,△FPM 为等边三角形,|PF|=|PM|
=|FM|,∴PM⊥抛物线的准线.设 P m
2
4
,m( ) ,则 M
(-1,m),等边三角形边长为1+m
2
4.
又由F(1,0),|PM|
=|FM|,得1+m
2
4 =
(1+1)2+m2,得 m2=12,∴等
边三角形的边长为4,其面积为4 3.]
12.解析:由已知及抛物线的定义得点A 到准线的距离为
4,因此有3+p2=4
,解得p=2,故抛物线方程为y2=
4x,从而A(3,2 3).当△PAF 的周长最小即|PA|+
|PF|的 值 最 小,设 F 关 于 准 线 的 对 称 点 为 F1,则
F1(-3,0),连接AF1,则AF1 与准线的交点即为使得
|PA|+ |PF| 的 值 最 小 的 点 P,此 时 可 求 得
P -1,2 33
æ
è
ç
ö
ø
÷.又因为kAF =
2 3-0
3-1 = 3
,所以直线AF
的方程为y-0= 3(x-1),即 3x-y- 3=0,故点P到直
线AF的距离d=
- 3-2 33 - 3
(3)2+1
=4 33 .
答案:4 3
3
13.D [因为抛物线C:y2=8x 的焦点F(2,0),准线方程
为x=-2,点 M 在C 上,
所以 M 到准线x=-2的距离为|MF|,
又 M 到直线x=-3的距离为5,
所以|MF|+1=5,故|MF|=4.]
14.解析:设桥拱所在抛物线方程x2=-2py(p>0),由题
图可知,曲线经过(20,-5),
代入方程202=-2p×(-5),解得:p=40,所以桥拱所
在抛物线方程x2=-80y;
四个溢流孔轮廓线相同,所以从右往左看,设第一个抛
物线C1:(x-14)2=-2p′y(p′>0),
由题 图 抛 物 线 C1 经 过 点 (20,-5),则 (20-14)2 =
-2p′×(-5),解得p′=185
,
所以C1:(x-14)2=-
36
5y
,
点A 即桥拱所在抛物线x2=-80y与C1:(x-14)2=
-365y
的交点坐标,
设A(x,y),7<x<14,由
x2=-80y,
(x-14)2=-365y
,
7<x<14,
{
解得:x=14013
,所以点A 的横坐标为14013.
答案:(x-14)2=-365y
140
13
§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
1.C [由
y=kx+2,
x2
3+
y2
2=1
,{ 消去y,得(3k2+2)x2+12kx+6
=0,
由题意知Δ=144k2-24(3k2+2)=0,解得k=± 63.
]
2.D [因为y=kx+2过定点(0,2),且椭圆x
2
9+
y2
4=1
的
上顶点也为(0,2),所以当直线的斜率为0时,此时直线
与椭圆相切,仅有一个公共点,当直线的斜率不为零时,
此时直线与椭圆有两个交点,所以无法确定直线与椭圆
的公共点是一个还是两个.]
3.C [∵直线y=kx-k=k(x-1),∴直线过点(1,0),又
点(1,0)在抛物线y2=2px的内部,
∴当k=0时,直线与抛物线有一个公共点;当k≠0时,
直线与抛物线有两个公共点.]
4.C [双曲线的一、三象限渐近线的斜率k=ba
,
要使双曲线x
2
a2
-y
2
b2
=1和直线y=2x有交点,只要满足
b
a >2
即可,∴ c
2-a2
a >2
,∴ e2-1>2,∴e> 5.]
5.ACD [由题意知直线l的斜率存在,设其方程为y-1
=k(x+2),
由方程组 y-1=k(x+2),
y2=4x,{ (∗)可得ky
2-4y+4(2k+
1)=0.①
当k=0时,由方程①得y=1,把y=1代入y2=4x,得x
=14
,这时,直线l与抛物线只有一个公共点 14
,1( ) ,
此时直线l的方程为y=1.
当k≠0时,方程①的判别式为Δ=-16(2k2+k-1).
当Δ=0时,即2k2+k-1=0,解得k=-1或k=12
,方
程①只有一个解,从而方程组(∗)只有一个解,这时直
线l与抛物线只有一个公共点.
此时直线l的方程为y-1=-1(x+2)或y-1=12
(x+2),
即x+y+1=0或x-2y+4=0.]
893
选择性必修第一册
6.解析:由 题 意 知 k≠0.因 为 直 线l 与 圆 相 切,所 以
|t+1|
1+k2
=1,即k2=t2+2t.由k2>0,得t>0或t<-2.
再把直线l的方程代入抛物线方程并整理,得x2-4kx
-4t=0,于是由Δ=16k2+16t=16(t2+2t)+16t>0,得
t>0或t<-3.综上,实数t的取值范围是(-∞,-3)∪
(0,+∞).
答案:(-∞,-3)∪(0,+∞)
7.解析:由题意,设直线l的方程为y=kx-1,代入双曲线
方程化简可得(k2-4)x2-2kx-3=0,
当k2=4即k=±2时,(k2-4)x2-2kx-3=0只有一
解,满足直线l与双曲线有且只有一个公共点;当k≠±
2时,令Δ=4k2+12(k2-4)=0,解得k=± 3,此时方
程有两个相等实数根,满足直线l与双曲线有且只有一
个公共点;所以k=±2或k=± 3.
答案:± 3或± 2
8.解:因为y=kx+1(k∈R)恒过点(0,1),则点(0,1)在椭
圆x
2
5+
y2
m=1
内或椭圆上时,直线与椭圆恒有公共点,
所以1
2
m≤1
,即m≥1.
当m=5时,x
2
5+
y2
m =1
不是椭圆,它是以原点为圆心,
半径为 5的圆.因此,m 的取值范围为[1,5)∪(5,+∞).
9.C [将直线y=x+m 与椭圆联立
y=x+m
x2
3+y
2=1{ ,消去y
可得4x2+6mx+3m2-3=0,则Δ=36m2-4×4(3m2-
3)>0,解得-2<m<2,
由题意可知S△F1AB =2S△F2AB ,设椭圆
x2
3+y
2=1的左、
右焦点分别为 F1,F2,到直线y=x+m 的距离分别为
d1、d2,所以有
1
2
|AB|d1=2×
1
2
|AB|d2,即
d1=2d2,将d1=
|- 2+m|
2
,d2=
|2+m|
2
代入上式,解
得m=- 23
或-3 2(舍去).]
10.D [当直线l:y=kx+2与双曲线C:x2-y2=4的渐
近线y=±x平行时,k=±1,
此时直线与双曲线的左支或右支只有一个交点,如图
所示:
因为直线l:y=kx+2与双曲线C:x2-y2=4的左、右
两支各有一个交点,
所以k的取值范围为(-1,1).]
11.解析:易知直线x-2y-12=0与椭圆x
2
16+
y2
12=1
相
离.设与椭圆相切的直线l平行于直线x-2y-12=0,
则直线l的方程为y=12x+t.
由方程组
y=12x+t
,
x2
16+
y2
12=1
,
ì
î
í
ïï
ï
消去y,得x2+tx+t2-12=0,
由Δ=0,得t=4或t=-4,
当t=4时,直线l与直线x-2y-12=0的距离最大,
此时l的方程为y=12x+4
,即x-2y+8=0,此时直线
l与直线x-2y-12=0的距离d=4 5.所以距离的最大
值为4 5.
当t=4时,由方程组得到的一元二次方程为x2+4x+
4=0,得x=-2,即直线l与椭圆x
2
16+
y2
12=1
相切,得
到的切点坐标为(-2,3).
答案:4 5 (-2,3)
12.解:(1)设双曲线C的方程为x
2
a2
-y
2
b2
=1(a>0,b>0),由已
知得a= 3,c=2.又因为a2+b2=c2,所以b2=1,故双曲
线C的方程为x
2
3-y
2=1.
(2)将y=kx+ 2代入x
2
3-y
2=1中,得(1-3k2)x2-
6 2kx-9=0,
由直线l与双曲线交于不同的两点得:
1-3k2≠0,
Δ=(-6 2k)2+36(1-3k2)>0,{
即k2≠13
且k2<1.①
设A(xA,yA),B(xB,yB),则xA+xB=
6 2k
1-3k2
,
xAxB=
-9
1-3k2
,
由OA
→
OB
→
>2得xAxB+yAyB>2,
而xAxB+yAyB=xAxB+(kxA+ 2)(kxB+ 2)=(k2+
1)xAxB+ 2k(xA+xB)+2
=(k2+1) -9
1-3k2
+ 2k
6 2k
1-3k2
+2=3k
2+7
3k2-1
,
于是3k
2+7
3k2-1
>2,解此不等式得 13<k
2<3.② 由①②得
1
3<k
2<1.
故k的取值范围是 -1,- 33
æ
è
ç
ö
ø
÷∪ 3
3
,1
æ
è
ç
ö
ø
÷.
13.C [抛物线x2=16y的焦点F 的坐标为(0,4),准线方
程为y=-4,
由题意知,△PAB 为“阿基米德三角形”,可得 P 点必
在抛物线的准线上,
所以点P(2,-4),直线PF 的斜率为4-
(-4)
0-2 =-4
,
又因为PF⊥AB,所以直线AB 的斜率为14
,
所以 直 线 AB 的 方 程 为y= 14x+4
,即 x-4y+16
=0.]
14.解:(1)设点 M(x,y),依题意得|MF|=|x|+1,
即 (x-1)2+y2=|x|+1,化简整理得y2=2(|x|+x).
故点 M 的轨迹C 的方程为y2= 4x
,x≥0
0,x<0.{
(2)在点M 的轨迹C中,记C1:y2=4x,C2:y=0(x<0).
依题意,可设直线l的方程为y-1=k(x+2).
由方程组 y-1=k(x+2),
y2=4x,{ 可得ky
2-4y+4(2k+1)=0.①
(ⅰ)当k=0时,此时y=1.把y=1代入轨迹C 的方
程,得x=14.
故此时 直 线l∶y=1 与 轨 迹 C 恰 好 有 一 个 公 共
点 1
4
,1( ).
(ⅱ)当k≠0时,方程①的判别式为Δ=-16(2k2+k-1).
②
设直线l与x 轴的交点为(x0,0),则
993
参考答案
由y-1=k(x+2),令y=0,得x0=-
2k+1
k . ③
(a)若 Δ<0
,
x0<0,{ 由②③解得k<-1,或k>
1
2.
即当k∈(-∞,-1)∪ 12
,+∞( ) 时,直线l与C1 没
有公共点,与C2 有一个公共点,故此时直线l与轨迹C
恰好有一个公共点.
(b)若 Δ=0
,
x0<0,{ 或
Δ>0,
x0≥0,{
由②③解得k∈ -1,12{ },或-
1
2≤k<0.
即当k∈ -1,12{ } 时,直线l与C1 只有一个公共点,
与C2 有一个公共点.
当k∈ -12
,0[ ) 时,直线l与C1 有两个公共点,与C2
没有公共点.
故当k∈ -12
,0[ ) ∪ -1,12{ }时,直线l与轨迹C 恰
好有两个公共点.
(c)若 Δ>0
,
x0<0,{ 由 ②③ 解 得 -1<k< -
1
2
,或 0<k
<12.
即当k∈ -1,-12( ) ∪ 0,
1
2( ) 时,直线l与C1 有两
个公共点,与C2 有一个公共点,
故此时直线l与轨迹C 恰好有三个公共点.
综合(ⅰ)(ⅱ)可知,当k∈(-∞,-1)∪ 12
,+∞( ) ∪
{0}时,直线l与轨迹C 恰好有一个公共点;
当k∈ -12
,0[ ) ∪ -1,12{ }时,直线l与轨迹C 恰好
有两个公共点;
当k∈ -1,-12( ) ∪ 0,
1
2( ) 时,直线l与轨迹C 恰好
有三个公共点.
4.2 直线与圆锥曲线的综合问题
1.B [由抛物线y2=8x的焦点为(2,0),得直线的方程为
y=x-2.
代入y2=8x,得(x-2)2=8x,即x2-12x+4=0.∴x1
+x2=12,弦长l=x1+x2+p=12+4=16.]
2.A [∵
1
2
c-1=1
,∴c=32
,令A(x1,y1),B(x2,y2),则
x2
a2
+y
2
b2
=1,
∴
(x1+x2)(x1-x2)
a2
+
(y1+y2)(y1-y2)
b2
=0,2
a2
+-1
b2
=0,∴a2= 92
,b2= 94.∴
椭圆方程为2x
2
9 +
4y2
9
=1.]
3.C [设椭圆与直线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点.
由 x
2+4y2=4,
y=x+t,{ 消去y,得5x
2+8tx+4(t2-1)=0.
则有x1+x2=-
8
5t
,x1x2=
4(t2-1)
5 .
∴|AB|= 1+k2|x1-x2|
= 2 -85t( )
2
-4×4
(t2-1)
5 =
4 2
5 5-t
2,
当t=0时,|AB|max=
4 10
5 .
]
4.A [由 y=1-x
,
mx2+ny2=1,{ 消去y,得(m+n)x
2-2nx+n-
1=0.
设 M(x1,y1),N(x2,y2),MN 的中点P(x0,y0),则x0=
x1+x2
2 =
n
m+n
,
y0=1-x0=1-
n
m+n=
m
m+n.∴kOP=
y0
x0
=mn =
2
2.
]
5.ABC [如图所示:作 AC 垂直
准线于C,AM⊥x 轴于 M,BE
垂直准线于E.
直线的斜率为 3,故tan∠AFM
= 3,∠AFM= π3
,|AF|=4,
故|MF|=2,
|AM|=2 3.
A p2+2
,2 3( ) ,代 入 抛 物 线
得到p=2;|NF|=|FM|=2,
故 △AMF≌ △DNF,故 F 为
AD 中点;∠BDE=π6
,
故|DB|=2|BE|=2|BF|;|BD|=2|BF|,|BD|+|BF|=
|DF|=|AF|=4,故|BF|=43.
]
6.解析:椭圆关于原点和坐标轴对称,从而与直线y=3x+
2关于原点和坐标轴对称的直线被椭圆截得的弦长也为
8,直线y=3x+2关于原点对称的直线为y=3x-2,关
于x轴对称的直线为y=-3x-2,关于y轴对称的直线
为y=-3x+2,故应填①③④.
答案:①③④
7.解析:由x-my+1=0恒过定点(-1,0),
又C(1,0),S△ABC=
1
2×2×|yB|=
8
5
,
所以|yB|=
8
5
,代入圆的方程得xB=
11
5
或xB=-
1
5
,所以B 115
,8
5( ) 或B
11
5
,-85( ) 或
B -15
,8
5( ) 或 B -
1
5
,-85( ) 代 入 直 线 方 程 解 得
m=±2或m=±12.
(任写一个即可)
答案:±2或±12
(任写一个即可)
8.解:(1)由已知得b=1,ca =
3
2
,解得a=2,c= 3,所以椭
圆方程为x
2
4+y
2=1.椭圆的右焦点为(3,0),
此时直线l的方程为y=- 33x+1
,代入椭圆方程化简
得7x2-8 3x=0,
解得x1=0,x2=
8 3
7
,代入直线l的方程得y1=1,
y2=-
1
7
,
所 以 点 D 的 坐 标 为 8 3
7
,-17
æ
è
ç
ö
ø
÷.故 |CD| =
8 3
7 -0
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
+ -17-1( )
2
=167.
(2)证明:当直线l与x 轴垂直时与题意不符.
设直线l的方程为y=kx+1 k≠0且k≠12( ) ,代入椭
圆方程化简得(4k2+1)x2+8kx=0,
解得x1=0,x2=
-8k
4k2+1
,代入直线l的方程得y1=1,y2
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选择性必修第一册