内容正文:
第9节 圆锥曲线的综合问题
第四课时 定值问题
第二章 解析几何
关键能力 进阶突破
提升
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[例] (2025·临沂模拟)已知点F是抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点,点P(4,m)(m>p)在抛物线C上,且|PF|=5.
(1)求抛物线C的方程;
(2)过点F作两条互相垂直的直线l1,l2,l1交抛物线C于A,B两点,l2交C于M,N两点.求证: eq \f(1,|AB|)+ eq \f(1,|MN|)为定值.
(1)解:抛物线C的准线方程为y=- eq \f(p,2),
依题意 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(42=2pm,,m+\f(p,2)=5,))解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(p=2,,m=4))或 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(p=8,,m=1,))
而m>p,则p=2,
所以抛物线C的方程为x2=4y.
(2)证明:由(1)知F(0,1),直线l1,l2的斜率均存在,
不妨设直线l1的方程为y=kx+1,点A(x1,y1),B(x2,y2),
由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x2=4y,,y=kx+1,))消去y得x2-4kx-4=0,显然Δ=(-4k)2+16>0,
则x1+x2=4k,y1+y2=k(x1+x2)+2=4k2+2,因此|AB|=|AF|+|BF|=y1+ eq \f(p,2)+y2+ eq \f(p,2)=4k2+4=4(k2+1),
由l1⊥l2,得直线l2的斜率为- eq \f(1,k),
同理得|MN|=4( eq \f(1,k2)+1)= eq \f(4(k2+1),k2),
所以 eq \f(1,|AB|)+ eq \f(1,|MN|)= eq \f(1,4(k2+1))+ eq \f(k2,4(k2+1))= eq \f(1,4).
即 eq \f(1,|AB|)+ eq \f(1,|MN|)为定值.
圆锥曲线中定值问题的常见类型及解题策略
(1)求代数式为定值.依题设条件,得出与代数式参数有关的等式,代入代数式,化简即可得出定值.
(2)求点到直线的距离为定值.利用点到直线的距离公式得出距离的解析式,再利用题设条件化简、变形求得.
(3)求某线段长度为定值.利用长度公式求得解析式,再依据条件对解析式进行化简、变形即可求得.
训练1 (2025·遵义开学考试)已知双曲线C: eq \f(x2,a2)- eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)的离心率为 eq \f(2\r(3),3),实轴长为6,A为双曲线C的左顶点,设直线l过定点B(-2,0),且与双曲线C交于E,F两点.
(1)求双曲线C的方程;
(2)证明:直线AE与AF的斜率之积为定值.
(1)解:因为双曲线的实轴长为6,所以a=3.
因为双曲线的离心率为 eq \f(2\r(3),3),所以 eq \f(c,a)= eq \f(2\r(3),3),
解得c=2 eq \r(3),
由a2+b2=c2,得b= eq \r(3),
则双曲线C的方程为 eq \f(x2,9)- eq \f(y2,3)=1.
(2)证明:设点E(x1,y1),F(x2,y2),因为直线l过定点B(-2,0),显然直线l不垂直于y轴,则设直线l:x=my-2(m≠± eq \r(3)),
联立方程组 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=my-2,,\f(x2,9)-\f(y2,3)=1,))消去x得(m2-3)y2-4my-5=0,
由Δ=16m2+20(m2-3)>0,得m2> eq \f(5,3),
则y1+y2= eq \f(4m,m2-3),y1y2=- eq \f(5,m2-3),
因为A为双曲线C的左顶点,所以A(-3,0),
直线AE的斜率kAE= eq \f(y1,x1+3),直线AF的斜率kAF= eq \f(y2,x2+3),
所以kAE·kAF= eq \f(y1y2,(x1+3)(x2+3))
= eq \f(y1y2,(my1-2+3)(my2-2+3))
= eq \f(y1y2,m2y1y2+m(y1+y2)+1)
= eq \f(-\f(5,m2-3),m2·(-\f(5,m2-3))+m·\f(4m,m2-3)+1)= eq \f(5,3),
即直线AE与AF的斜率之积为定值.
训练2 (2024·贵阳模拟)已知椭圆C: eq \f(x2,a2)+ eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点M(2,1)在C上, eq \o(MF1,\s\up16(→))· eq \o(MF2,\s\up16(→))=-1,过点M作两条斜率互为相反数的直线,分别交C于不同的两点A,B.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)证明:直线AB的斜率为定值,并求出该值.
(1)解:设F1(-c,0),F2(c,0),且c2=a2-b2,
因为 eq \o(MF1,\s\up16(→))=(-c-2,-1), eq \o(MF2,\s\up16(→))=(c-2,-1),
又 eq \o(MF1,\s\up16(→))· eq \o(MF2,\s\up16(→))=-1,
所以(-c-2)(c-2)+1=-1,解得c= eq \r(6).
又点M(2,1)在C上,所以 eq \f(4,a2)+ eq \f(1,b2)=1 ①,又a2-b2=6 ②,联立①②,解得a2=8,b2=2,
所以椭圆C的标准方程为 eq \f(x2,8)+ eq \f(y2,2)=1.
(2)证明:设直线MA的方程为y-1=k(x-2),直线MB的方程为y-1=-k(x-2),
由 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(x2,8)+\f(y2,2)=1,y-1=k(x-2))),消去y得到(1+4k2)x2-8k(2k-1)x+16k2-16k-4=0,
所以xA+2= eq \f(8k(2k-1),1+4k2),
得到xA= eq \f(8k2-8k-2,1+4k2),
所以yA=k( eq \f(8k2-8k-2,1+4k2)-2)+1= eq \f(-4k2-4k+1,1+4k2),
同理可得xB= eq \f(8k2+8k-2,1+4k2),
yB= eq \f(-4k2+4k+1,1+4k2),
所以kAB= eq \f(yB-yA,xB-xA)
= eq \f(\f(-4k2+4k+1,1+4k2)-\f(-4k2-4k+1,1+4k2),\f(8k2+8k-2,1+4k2)-\f(8k2-8k-2,1+4k2))= eq \f(1,2)为定值,
即直线AB的斜率为定值,定值为 eq \f(1,2).
$$