内容正文:
衔接教材 夯基固本
落实
第9节 圆锥曲线的综合问题
第二章 解析几何
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1.通过圆锥曲线与方程的学习,进一步体会数形结合的思想.
2.根据几何问题和图形的特点,用代数语言把几何问题转化成为代数问题.
3.通过对几何问题(图形)的分析,探索解决问题的思路,运用代数方法得到结论,给出代数结论合理的几何解释,解决几何问题.
4.能够根据不同的情境,建立平面直线和圆的方程,建立椭圆、抛物线、双曲线的标准方程,能够运用代数的方法研究上述曲线之间的基本关系.
第一课时 证明问题
[例] (2024·全国甲卷)设椭圆C: eq \f(x2,a2)+ eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的右焦点为F,点M(1, eq \f(3,2))在C上,且MF⊥x轴.
(1)求C的方程;
(2)过点P(4,0)的直线交C于A,B两点,N为线段FP的中点,直线NB交直线MF于点Q,证明:AQ⊥y轴.
(1)解:方法一(直接法)
由题意知 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\f(1,a2)+\f(9,4b2)=1,,c=1,,a2=b2+c2,))得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=2,,b=\r(3),,c=1,))
所以椭圆C的方程为 eq \f(x2,4)+ eq \f(y2,3)=1.
方法二 由题意知 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(|MF|=\f(b2,a)=\f(3,2),,c=1,,a2=b2+c2,))得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=2,,b=\r(3),,c=1,))
所以椭圆C的方程为 eq \f(x2,4)+ eq \f(y2,3)=1.
方法三(巧用椭圆的定义)
设F′为C的左焦点,连接MF′,则|MF|= eq \f(3,2),|FF′|=2,
在Rt△MFF′中,|MF′|= eq \r(|MF|2+|FF′|2)= eq \r((\f(3,2))2+22)= eq \f(5,2),
由椭圆的定义知2a=|MF′|+|MF|=4,2c=|FF′|=2,所以a=2,c=1,
又a2=b2+c2,所以b= eq \r(3),
所以椭圆C的方程为 eq \f(x2,4)+ eq \f(y2,3)=1.
(2)证明:由题意可知直线AB的斜率存在.
易知当直线AB的斜率为0时,AQ⊥y轴.
当直线AB的斜率不为0时,设直线AB:x=ty+4(t≠0),A(x1,y1),B(x2,y2),Q(1,n),
联立方程得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=ty+4,,\f(x2,4)+\f(y2,3)=1,))
消去x得(3t2+4)y2+24ty+36=0,Δ>0,
则y1+y2= eq \f(-24t,3t2+4),y1y2= eq \f(36,3t2+4).
因为N为线段FP的中点,F(1,0),所以N( eq \f(5,2),0).
由N,Q,B三点共线,得kBN=kNQ,即 eq \f(y2,x2-\f(5,2))= eq \f(n,1-\f(5,2)),得- eq \f(3,2)y2=n(x2- eq \f(5,2)),得n= eq \f(-3y2,2x2-5),
所以n-y1= eq \f(-3y2,2x2-5)-y1= eq \f(-3y2,2(ty2+4)-5)-y1= eq \f(-2ty1y2-3(y1+y2),2ty2+3)= eq \f(\f(-2t×36,3t2+4)+\f(3×24t,3t2+4),2ty2+3)=0,
所以n=y1,所以AQ⊥y轴.
圆锥曲线证明问题的关键点
树立“转化”意识,证明位置关系,如相切、垂直、过定点等,关键是将位置关系转化为代数关系.
几何性质
代数实现
对边平行
斜率相等或向量平行
对边相等
横(纵)坐标差相等
对角线互相平分
中点重合
两边垂直
数量积为0
训练1 已知椭圆C: eq \f(x2,a2)+ eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左、右顶点分别为A,B,点(1, eq \f(3,2))在该椭圆上,且该椭圆的右焦点F的坐标为(1,0).
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)如图,过点F且斜率为k的直线l与椭圆交于M,N两点,记直线AM的斜率为k1,直线BN的斜率为k2,求证:k1= eq \f(1,3)k2.
(1)解:依题意,可得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a2=b2+1,,\f(1,a2)+\f(9,4b2)=1,))解得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(a=2,,b=\r(3),))
故椭圆C的标准方程为 eq \f(x2,4)+ eq \f(y2,3)=1.
(2)证明:当直线l的斜率k=0时,可得k1=k2=0,显然满足k1= eq \f(1,3)k2;
当k≠0时,不妨设直线l:x=my+1,联立 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=my+1,,\f(x2,4)+\f(y2,3)=1,))消去x,整理得(3m2+4)y2+6my-9=0,
显然Δ=36m2+36(3m2+4)>0.设M为(x1,y1),N为(x2,y2),则由根与系数的关系得 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y1+y2=-\f(6m,3m2+4),,y1y2=-\f(9,3m2+4),))故y1y2= eq \f(3,2m)(y1+y2).
因为A为(-2,0),B为(2,0),则k1= eq \f(y1,x1+2),k2= eq \f(y2,x2-2),
则3k1-k2= eq \f(3y1,x1+2)- eq \f(y2,x2-2)
= eq \f(3y1(x2-2)-y2(x1+2),(x1+2)(x2-2))
= eq \f(3y1(my2-1)-y2(my1+3),(x1+2)(x2-2)),
3y1(my2-1)-y2(my1+3)=2my1y2-3y1-3y2=3(y1+y2)-3(y1+y2)=0,
故得3k1=k2,即k1= eq \f(1,3)k2.
训练2 (2025·郑州模拟)设抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,P(x0,y0)是C上一点,且|PF|2-|PF|=x eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))+x0,直线l经过点Q(-8,0).
(1)求抛物线C的方程;
(2)①若直线l与C相切,且切点在第一象限,求切点的坐标;
②若直线l与C在第一象限内的两个不同交点为A,B,且Q关于原点O的对称点为R,证明:直线AR,BR的倾斜角之和为π.
(1)解:因为|PF|2-|PF|=x eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))+x0,
所以|PF|2-x eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))=|PF|+x0,
所以(|PF|+x0)(|PF|-x0)=|PF|+x0,所以|PF|-x0=1.
又P是C上一点,所以|PF|=x0+ eq \f(p,2),
所以 eq \f(p,2)=1,解得p=2,
所以抛物线C的方程为y2=4x.
(2)①解:设切点的坐标为(t,2 eq \r(t)).
因为y=2 eq \r(x),所以y′= eq \f(1,\r(x)),切线的斜率为 eq \f(1,\r(t)),
所以切线方程为y-2 eq \r(t)= eq \f(1,\r(t))(x-t),
将Q(-8,0)代入上式,得-2 eq \r(t)= eq \f(1,\r(t))(-8-t),
所以t=8,所以切点的坐标为(8,4 eq \r(2)).
②证明:由①得,直线AR,BR的斜率都存在.
要证直线AR,BR的倾斜角之和为π,
只要证明直线AR,BR的斜率之和为0.
设直线l的方程为x+8=ky(k>0),
A为(eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) eq \f(y,4)
,y1),B为(eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)) eq \f(y,4)
,y2),R为(8,0),
则kAR=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) eq \f(y1,\f(y,4)-8)
=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) eq \f(4y1,y-32)
,同理得kBR=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)) eq \f(4y2,y-32)
,
联立 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x+8=ky,,y2=4x,))得y2-4ky+32=0,
所以y1+y2=4k,y1y2=32,Δ=16k2-128>0,
即k>2 eq \r(2),
所以kAR+kBR=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) eq \f(4y1,y-32)
+eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)) eq \f(4y2,y-32)
=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)) eq \f(4(y1+y2)(y1y2-32),(y-32)(y eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))-32))
=0,
即直线AR,BR的倾斜角之和为π.
$$