内容正文:
第一节 直线的倾斜角与斜率、直线的方程
课标要求
三年考情
1.在平面直角坐标系中,结合具体图形,探索确定直线位置的几何要素.
2.理解直线的倾斜角和斜率的概念,经历用代数方法刻画直线斜率的过程,掌握过两点的直线斜率的计算公式.
3.掌握直线方程的几种形式(点斜式、两点式及一般式),了解斜截式与一次函数的关系.
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2023
2024
全国Ⅰ卷
T6
全国Ⅱ卷
重点提示:直线的倾斜角和斜率、直线的方程
回|归|教|材
1.直线的方向向量
设A,B为直线上的两点,则就是这条直线的方向向量.
2.直线的倾斜角
(1)定义:当直线l与x轴相交时,我们以x轴为基准,x轴正向与直线l________的方向之间所成的角α叫做直线l的倾斜角.
(2)规定:当直线l与x轴平行或重合时,规定它的倾斜角为________.
(3)取值范围:直线的倾斜角α的取值范围为________________.
3.直线的斜率
(1)定义:我们把一条直线的倾斜角α的________叫做这条直线的斜率,斜率常用小写字母k表示,即k=________,.
(2)计算公式
①经过两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)(x1≠x2)的直线的斜率k=________.
②设P1(x1,y1),P2(x2,y2)(其中x1≠x2)是直线l上的两点,则向量=(x2-x1,y2-y1)以及与它平行的非零向量都是直线的________.若直线l的斜率为k,它的一个方向向量的坐标为(x,y),则k=________.
微提醒
如果y2=y1 且x2≠x1,则直线与x 轴平行或重合,斜率等于0;如果y2≠y1 且x2=x1,则直线与x 轴垂直,倾斜角等于90°,斜率不存在.
4.直线方程的五种形式
名称
几何条件
方程
适用条件
斜截式
纵截距、斜率
____________
与x轴不垂直的直线
点斜式
过一点、斜率
________________
两点式
过两点
________________
与两坐标轴均不垂直的直线
截距式
纵、横截距
________________
不过原点且与两坐标轴均不垂直的直线
一般式
________________
所有直线
微提醒
识记几种特殊位置的直线方程
(1)x轴:y=0.
(2)y轴:x=0.
(3)平行于x轴的直线:y=b(b≠0).
(4)平行于y轴的直线:x=a(a≠0).
(5)过原点且斜率存在的直线:y=kx.
【常用结论】
1.直线的倾斜角α和斜率k之间的对应关系:
α
0
0<α<
<α<π
k
0
k>0
不存在
k<0
牢记口诀:“斜率变化分两段,90°是分界线;遇到斜率要谨记,存在与否要讨论”.
2.直线Ax+By+C=0(其中A,B不同时为0)的一个法向量v=(A,B),一个方向向量a=(-B,A).
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)若直线的倾斜角为α,则0°≤α≤180°.( )
(2)若两直线的倾斜角相等,则它们的斜率也一定相等.( )
(3)直线3x+y-2=0在y轴上的截距为-2.( )
(4)截距不可以为负值.( )
2.(人A选一P58T7改编)若过点M(-2,m),N(m,4)的直线的斜率等于1,则m=( )
A. 1 B. 4
C. 1或3 D. 1或4
3.(人A选一P67T7改编)已知直线l过点(1,2),且在y轴上的截距为在x轴上的截距的两倍,则直线l的方程为( )
A.2x-y=0
B. 2x+y-4=0
C.2x-y=0或x+2y-2=0
D. 2x-y=0或2x+y-4=0
4.过点(1,2)且方向向量的坐标为(-1,2)的直线的方程为( )
A.2x+y-4=0 B. x+y-3=0
C. x-2y+3=0 D. x-2y-3=0
考点一
直线的倾斜角与斜率
【例1】 (1)已知直线l的方程为:y=-x+2,则直线l的倾斜角为( )
A. B. C. D.
(2)已知经过A(2,c),B(4,3)两点的直线的方向向量为,则c=( )
A.-1 B.-2 C.2 D.
(3)已知点A(2,-3),B(-3,-2),若过点(1,1)的直线与线段AB相交,则该直线斜率的取值范围是( )
A.∪[4,+∞)
B.
C.∪
D.
[规律方法] (1)斜率的三种求法:定义法、斜率公式法、方向向量法.
(2)倾斜角和斜率范围求法:①图形观察(数形结合);②充分利用函数k=tan α的单调性.
【训练1】 (1) (2025·潍坊模拟)若图中的直线l1,l2,l3的斜率分别为k1,k2,k3,则( )
A.k1<k2<k3 B.k3<k1<k2
C.k3<k2<k1 D.k1<k3<k2
(2)若经过点P(1-a,1+a)和Q(3,2a)的直线的倾斜角为锐角,则实数a的取值范围是__________________________.
考点二
求直线的方程
【例2】 求符合下列条件的直线方程:
(1)直线过点A(-1,-3),且斜率为-;
(2)直线经过点M(2,4),N(3,2);
(3)经过点A(-1,-3),倾斜角等于直线y=3x的倾斜角的2倍;
(4)直线过点(2,1),且横截距为纵截距的两倍.
[规律方法] 求直线方程的两种方法
【训练2】 (1)经过点(1,1),且方向向量为(1,2)的直线方程是( )
A.2x-y-1=0 B.2x+y-3=0
C.x-2y+1=0 D.x+2y-3=0
(2)已知点M是直线l:2x-y-4=0与x轴的交点,将直线l绕点M按逆时针方向旋转45°,得到的直线方程是( )
A.x+y-3=0 B.x-3y-2=0
C.3x-y+6=0 D.3x+y-6=0
【微点拓展】
直线系方程
直线系方程有以下三种:
(1)平行直线系方程:与直线Ax+By+C=0平行的直线系方程是Ax+By+λ=0(λ≠C,λ是参数).
(2)垂直直线系方程:与直线Ax+By+C=0(A≠0,B≠0)垂直的直线系方程是Bx-Ay+λ=0(λ为参数).
(3)共点直线系方程:经过两直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0交点的直线系方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0,其中A1B2-A2B1≠0,待定系数λ∈R.(它不能表示直线l2)
【典例】 (1)过点A(2,3)且与直线l:2x-4y+7=0平行的直线方程是( )
A.x-2y+4=0 B.x-2y-4=0
C.2x-y+1=0 D.x+2y-8=0
(2)经过点A(2,1)且与直线2x+y-10=0垂直的直线l的方程为____________.
(3)过直线2x-y+2=0和x+y+1=0的交点,且斜率为3的直线方程为______________.
【微练】 (1)已知直线l过点(0,7),且与直线y=-4x+2平行,则直线l的方程为( )
A.y=-4x-7 B.y=4x-7
C.y=4x+7 D.y=-4x+7
(2)过点P(4,-1)且与直线3x-4y+6=0垂直的直线方程是( )
A.4x+3y-13=0 B.4x-3y-19=0
C.3x-4y-16=0 D.3x+4y-8=0
(3)已知直线l经过直线2x+y-5=0与x-2y=0的交点,若点A(5,0)在直线l上,则直线l的方程为________________.
考点三
直线方程的综合运用
角度1 直线方程与不等式的结合
【例3】 已知直线l过点M(2,1),且分别与x轴的正半轴、y轴的正半轴交于A,B两点,O为原点,当△AOB面积最小时,直线l的方程为____________.
[规律方法] 直线方程与不等式相结合问题处理方法
(1)建立目标函数;
(2)根据其结构求最值,如不等式的性质、基本不等式等.
角度2 直线方程与函数的结合
【例4】 为了绿化城市,拟在矩形区域ABCD内建一个矩形草坪(如图),另外△EFA内部有一文物保护区不能占用,经测量AB=100 m,BC=80 m,AE=30 m,AF=20 m,应如何设计才能使草坪面积最大?
[规律方法] 直线方程与函数相结合的问题,一般是利用直线方程中x,y的关系,将问题转化为关于x(或y)或某一变量的函数,借助函数的性质解题.
【对点练】
1.(角度1)过点P(1,3)的直线与x轴、y轴正半轴分别交于点A,B,则|OA|+|OB|的可能取值是( )
A.7 B.7.4
C.4+2 D.7.8
2.(角度2)已知直线l1:ax-2y=2a-4,l2:2x+a2y=2a2+4.当0<a<2时,直线l1,l2与两坐标轴围成一个四边形,当四边形的面积最小时,则实数a=________.
第二节 直线的交点坐标与距离公式
课标要求
三年考情
1.能根据斜率判定两条直线的平行或垂直.
2.能用解方程组的方法求两条直线的交点坐标.
3.掌握平面上两点间的距离公式、点到直线的距离公式,会求两条平行直线间的距离.
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全国Ⅱ卷
重点提示:两条直线的位置关系——平行、垂直、相交,距离公式
回|归|教|材
1.两条直线的位置关系
方程
条件(l1∥l2)
斜率存在
斜率不存在
斜截式
l1:y=k1x+b1,
l2:y=k2x+b2
k1=k2,
且b1≠b2
两直线均与x轴垂直且不重合
一般式
l1:A1x+B1y+C1=0,
l2:A2x+B2y+C2=0
=≠
B1=B2=0且≠
A1B2-A2B1=0,且B1C2-B2C1≠0或A1C2-A2C1≠0
方程
条件(l1⊥l2)
斜率存在
斜率不存在
斜截式
l1:y=k1x+b1,
l2:y=k2x+b2
k1k2=-1
一条直线斜率不存在,同时另一条直线斜率等于0
一般式
l1:A1x+B1y+C1=0,
l2:A2x+B2y+C2=0
·=-1
或
A1A2+B1B2=0
2.直线的交点与方程组解的关系
(1)两直线的交点
点P的坐标既满足直线l1的方程A1x+B1y+C1=0,也满足直线l2的方程A2x+B2y+C2=0,即点P的坐标是方程组的解,解这个方程组就可以得到这两条直线的__________坐标.
(2)两直线的位置关系与方程组解的关系
方程组的解
一组
无数组
____
直线l1与l2的公共点的个数
一个
______
零个
直线l1与l2的位置关系
____
重合
____
3.三种距离公式
点点距
点P1(x1,y1),P2(x2,y2)之间的距离
|P1P2|=________________
点线距
点P(x0,y0)到直线l:Ax+By+C=0的距离
d=______________
线线距
两条平行线Ax+By+C1=0与Ax+By+C2=0间的距离
d=__________
微提醒
(1)求距离时,必须先化直线方程为一般式.
(2)求两平行线之间的距离时,要注意x,y的系数对应相等.
【常用结论】
常见的五种对称
1.点(x,y)关于原点(0,0)的对称点为(-x,-y).
2.点(x,y)关于x轴的对称点为(x,-y),关于y轴的对称点为(-x,y).
3.点(x,y)关于直线y=x的对称点为(y,x),关于直线y=-x的对称点为(-y,-x).
4.点(x,y)关于直线x=a的对称点为(2a-x,y),关于直线y=b的对称点为(x,2b-y).
5.点(x,y)关于点(a,b)的对称点为(2a-x,2b-y).
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)若两直线相交,则交点坐标一定是两直线方程所组成的二元一次方程组的解.( )
(2)若两条直线l1与l2垂直,则它们的斜率之积一定等于-1.( )
(3)若两直线的方程组成的方程组有解,则两直线相交.( )
(4)点P1(0,a)和点P2(b,0)之间的距离为a-b.( )
2.(人A选一P102T2改编)若直线2x+my+1=0与直线3x+6y-1=0平行,则m=( )
A.4 B.-4 C.1 D.-1
3.(人A选一P77T3改编)已知点P(-1,2)到直线l:4x-3y+C=0的距离为1,则C=________.
4.点P(2,5)关于直线x+y=1的对称点的坐标为__________.
考点一
两条直线的位置关系
【例1】 (1)下列直线l1与l2是平行位置关系的是( )
A.l1:2x+y+3=0,l2:x-2y-1=0
B.l1:x+3y-1=0,l2:2x+6y-2=0
C.l1:6x-2y+3=0,l2:3x-y+2=0
D.l1:x+2y+1=0,l2:2x-y=0
(2)“m=4”是“直线(m-2)x+(m+1)y+3=0与直线(2m+2)x-my+2=0垂直”的( )
A.充分不必要条件
B.必要不充分条件
C.充要条件
D.既不充分也不必要条件
[规律方法] 判定两直线平行与垂直的两种思路
(1)若直线l1和l2有斜截式方程l1:y=k1x+b1,l2:y=k2x+b2,则直线l1∥l2⇔l1⊥l2的充要条件是k1·k2=-1.
(2)设l1:A1x+B1y+C1=0(A1,B1不同时为0),l2:A2x+B2y+C2=0(A2,B2不同时为0),则l1∥l2的必要条件是A1B2=A2B1;l1⊥l2⇔A1A2+B1B2=0.
【训练1】 已知两直线l1:(m-1)x-6y-2=0,l2:mx+y+1=0,若l1⊥l2,则m=________;若l1∥l2,则m=________.
考点二
两条直线的交点与距离问题
角度1 交点问题
【例2】 (1)直线3x+2y-18=0和-2x+5y-7=0的交点坐标为( )
A.(-4,-3) B.(4,3)
C.(-4,3) D.(3,4)
(2)过两条直线l1:x+2y-4=0,l2:2x-y-3=0的交点,且与直线x+3y+1=0垂直的直线的方程为( )
A.3x-y-5=0 B.6x-2y-3=0
C.x-3y+3=0 D.3x+y-7=0
[规律方法] 求过两条直线交点的直线方程的方法
(1)列方程组解出交点,根据条件求出直线方程.
(2)采用过交点的直线系方程求解.
角度2 距离问题
【例3】 (1)已知直线l1:2x-y=0与l2:x+y-3=0交于点P,点P到直线x-y-1=0的距离为( )
A.1 B.2 C. D.
(2)若直线l1:x+ay+9=0与l2:(a-2)x+3y+3a=0平行,则直线l1,l2间的距离是( )
A. B. C.4 D.2
[规律方法] 两种距离的求解思路
(1)点到直线的距离:可直接利用点到直线的距离公式来求解,但要注意此时直线方程必须为一般式.
(2)两平行直线间的距离:①利用“转化法”将两条平行线间的距离转化为一条直线上任意一点到另一条直线的距离;②利用两平行线间的距离公式(利用公式前需把两平行线方程化为x,y的系数对应相等的一般式方程).
【对点练】
1.(角度1)经过两直线l1:2x-y+3=0与l2:x+2y-1=0的交点,且平行于直线3x+2y+7=0的直线方程是( )
A.2x-3y+5=0 B.2x+3y-1=0
C.3x+2y-2=0 D.3x+2y+1=0
2.(角度2)(2025·河北石家庄模拟)已知直线l1:2x-y-4=0,l2:x+y-5=0相交于点P,则P到直线l:x+2y+3=0的距离为( )
A.2 B. C. D.
考点三
对称问题
角度1 点关于线对称
【例4】 一条光线从点P(-1,5)射出,经直线x-3y+1=0反射后经过点(2,3),则反射光线所在直线的方程为( )
A.2x-y-1=0 B.3x-y-3=0
C.x-2=0 D.4x-y-5=0
[规律方法] 点关于线的对称解题方法
点与对称点的中点在已知直线上,点与对称点连线的斜率是已知直线斜率的负倒数(仅指斜率存在且不为0的情况,斜率不存在或斜率为0时较简单).
角度2 点(或线)关于点对称
【例5】 直线l:4x+3y-2=0关于点A(1,1)对称的直线方程为( )
A.4x+3y-4=0 B. 4x+3y-12=0
C. 4x-3y-4=0 D. 4x-3y-12=0
[规律方法] 点(或线)关于点的对称解题方法
(1)若点P(x,y)关于点Q(a,b)的对称点为P′(x′,y′),则
(2)直线关于点的对称问题可转化为点关于点的对称问题来解决.
角度3 线关于线对称
【例6】 直线2x-y+3=0关于直线y=x+1对称的直线方程是____________.
[规律方法] 线关于线的对称解题方法
一般要在线上取点,可在所求直线上任取一点,也可在已知直线上取特殊点对称.
【对点练】
1.(角度1)点P(-3,4)关于直线4x-y-1=0的对称点的坐标是________.
2.(角度2)直线x-2y-3=0关于点M(-2,1)对称的直线方程是______________.
3.(角度3)已知直线l:2x-3y+1=0,直线m:3x-2y-6=0关于直线l的对称直线m′的方程为________.
考点四
对称问题的应用
【例7】 (1)若点(m,n)在直线l:3x+4y-13=0上,则(m-1)2+n2的最小值为( )
A.3 B.4 C.2 D.6
(2)唐代诗人李颀的诗《古从军行》开头两句为“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河”,其中隐含了一个有趣的数学问题——“将军饮马”,即将军在白天观望烽火台之后黄昏时从山脚下某处出发,先到河边饮马再回到军营,怎样走才能使总路程最短?在平面直角坐标系中,已知军营所在的位置为B(-2,0),若将军从山脚下的点A处出发,河岸线所在直线方程为x+2y=3,则“将军饮马”的最短总路程为( )
A. B.5 C. D.
[规律方法] 解决直线上动点到两定点距离之和或差的取值范围的问题,关键是要能够通过对称变换,充分利用数形结合、转化等思想,借助直线及三角形的相关知识解决问题.
【训练2】 已知直线l:3x-y-1=0及点A(4,1),B(0,4),点Q在l上,当|AQ|-|BQ|的值最大时,点Q的坐标为________,|AQ|-|BQ|的最大值为________.
第三节 圆的方程
课标要求
三年考情
1.理解确定圆的几何要素,在平面直角坐标系中,掌握圆的标准方程与一般方程.
2.能根据圆的方程解决一些简单的数学问题与实际问题.
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2024
全国Ⅰ卷
全国Ⅱ卷
重点提示:圆的方程
回|归|教|材
1.圆的定义和圆的方程
定义
圆是平面上到定点的距离等于______的点的集合
标准方程
(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)
圆心C(a,b)
半径为r
一般方程
x2+y2+Dx+Ey+F=0 (D2+E2-4F>0)
充要条件:______________
圆心坐标:______________
半径r=
微提醒
方程x2+y2+Dx+Ey+F=0,当D2+E2-4F>0时,表示圆心为,半径r=的圆;当D2+E2-4F=0时,表示一个点;当D2+E2-4F<0时,不表示任何图形.
2.点与圆的位置关系
平面上的一点M(x0,y0)与圆C:(x-a)2+(y-b)2=r2之间存在着下列关系:
(1)|MC|>r⇔M在________,即(x0-a)2+(y0-b)2>r2.
(2)|MC|=r⇔M在________,即(x0-a)2+(y0-b)2=r2.
(3)|MC|<r⇔M在________,即(x0-a)2+(y0-b)2<r2.
【常用结论】
1.以A(x1,y1),B(x2,y2)为直径端点的圆的方程为(x-x1)(x-x2)+(y-y1)(y-y2)=0.
2.圆心在过切点且与切线垂直的直线上.
3.圆心在任一弦的垂直平分线上.
4.平面内到两定点的距离之比为定值(不等于1)的点的轨迹是圆.
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)确定圆的几何要素是圆心与半径.( )
(2)方程x2+y2=a2表示半径为a的圆.( )
(3)方程x2+y2+4mx-2y+5m=0表示圆.( )
(4)方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0表示圆的充要条件是A=C≠0,B=0,D2+E2-4AF>0.( )
2.(人A选一P85T1改编)以原点为圆心,2为半径的圆的标准方程是( )
A.x2+y2=2
B.x2+y2=4
C.(x-2)2+(y-2)2=8
D.x2+y2=
3.(人A选一P85T2改编)下列各点中,在圆(x-1)2+(y+2)2=25的外部的是( )
A.(0,2) B.(3,3)
C.(-2,2) D.(4,1)
4.(人A选一P84例3改编)已知圆C的圆心在x轴上,且过A(-1,1)和B(1,3)两点,则圆C的标准方程是________________.
考点一
圆的方程
【例1】 (1)以(1,-2)为圆心,为半径的圆的方程是( )
A.(x-1)2+(y+2)2=2
B.(x+1)2+(y-2)2=2
C.(x-1)2+(y+2)2=
D.(x+1)2+(y-2)2=
(2)(2022·全国甲卷)设点M 在直线2x+y-1=0 上,点(3,0)和(0,1)均在⊙M 上,则⊙M 的方程为____________________.
[规律方法] 求圆的方程有两种方法
(1)几何法:通过研究圆的性质,求得圆的基本量(圆心、半径),圆的方程.
(2)待定系数法:
①根据题意选择方程的形式——标准形式或一般形式;
②利用条件列出关于a,b,r或D,E,F的方程组;
③解出a,b,r或D,E,F,代入标准方程或一般方程.
【训练1】 (1)已知圆M与直线3x-4y=0及3x-4y+10=0都相切,圆心在直线y=-x-4上,则圆M的方程为________________________________________________________________________.
(2)(2025·郑州模拟)已知点A(-2,1),B(-1,0),C(2,3),M(a,2)四点共圆,则a=________.
考点二
与圆有关的轨迹问题
【例2】 (2025·宜昌模拟)已知定点M(1,0),N(2,0),动点P满足|PN|=|PM|.
(1)求动点P的轨迹C的方程;
(2)已知点B(6,0),点A在轨迹C上运动,求线段AB上靠近点B的三等分点Q的轨迹方程.
[规律方法] 求与圆有关的轨迹问题的方法
(1)直接法:直接根据题目提供的条件列出方程.
(2)定义法:根据圆、直线等定义列方程.
(3)几何法:利用圆的几何性质列方程.
(4)代入法:找到要求点与已知点的关系,代入已知点满足的关系式等.
【训练2】 (1)在平面直角坐标系xOy中,已知点A(0,-2),若动点M满足=,则点M的轨迹方程是( )
A.x2+(y+2)2=2
B.x2+(y-2)2=2
C.x2+(y+2)2=8
D.x2+(y-2)2=8
(2)已知曲线C:x2+y2=1,设曲线C上任意一点A与定点B(3,0)连线的中点为P,则动点P的轨迹方程为( )
A.2+y2=
B.2+y2=
C.2+y2=
D.2+y2=
(3)设定点M(-3,4),动点N在圆x2+y2=4上运动,以OM,ON为邻边作平行四边形MONP,求点P的轨迹方程.
考点三
与圆有关的最值问题
角度1 利用几何性质求最值
【例3】 已知点(x,y)在圆x2+y2-4x+1=0上.求下列代数式的最值:
(1);
(2)y-x;
(3)x2+y2.
[规律方法] 与圆有关的最值问题的三种几何转化法
角度2 利用函数关系求最值
【例4】 (2025·湘潭质检)设点P(x,y)是圆x2+(y-3)2=1上的动点,定点A(2,0),B(-2,0).则·的最大值为________.
[规律方法] 根据题目条件列出关于所求目标式子的函数关系式,然后根据关系式的特征选用参数法、配方法、判别式法等,利用基本不等式求最值是比较常用的.
角度3 利用对称性求最值
【例5】 已知A(0,2),点P在直线x+y+2=0上,点Q在圆C:x2+y2-4x-2y=0上,则|PA|+|PQ|的最小值是________.
[规律方法] 求解形如|PM|+|PN|(其中P,N均为动点)且与圆C有关的折线段的最值问题的基本思路:①动化定:把与圆上动点的距离转化为与圆心的距离;②曲化直:将折线段之和转化为同一直线上的两线段之和.
【对点练】
1.(角度1)已知P是过O(0,0),M1(-1,3),M2(-3,-1)三点的圆上的动点,则|PO|的最大值为( )
A. B.2 C.5 D.20
2.(角度2)设点P(x,y)是圆(x-3)2+y2=4上的动点,定点A(0,2),B(0,-2),则|+|的最大值为________.
3.(角度3)已知圆C1:(x+2)2+(y-1)2=1,圆C2:(x-3)2+(y-4)2=9,M,N分别是圆C1,C2上的动点,P为x轴上的动点,则|PM|+|PN|的最小值为( )
A.6-2 B.-1
C.5-4 D.
【微点拓展】
圆的参数方程及其应用
圆(x-a)2+(y-b)2=r2(r>0)的参数方程为其中θ为参数.
【典例】 已知实数x,y满足(x-2)2+(y-3)2=3,则y-2x的最小值为________.
【微练】 (2025·泉州模拟)已知实数x,y满足方程x2+y2-4x+1=0.则x2+y2的最大值和最小值的和为________.
第四节 直线与圆、圆与圆的位置关系
课标要求
三年考情
1.能根据给定直线、圆的方程,判断直线与圆、圆与圆的位置关系.
2.能用直线和圆的方程解决一些简单的数学问题与实际问题.
2022
2023
2024
全国Ⅰ卷
T14
T6
全国Ⅱ卷
T15
T15
T10
重点提示:直线与圆、圆与圆的位置关系,弦长问题
回|归|教|材
1.直线与圆的位置关系(圆心到直线的距离为d,圆的半径为r)
相离
相切
相交
图形
量化
方程观点
Δ____0
Δ____0
Δ____0
几何观点
d____r
d____r
d____r
2.圆与圆位置关系的判定
(1)几何法:若两圆的半径分别为r1,r2,两圆的圆心距为d,则两圆的位置关系的判断方法如下.
位置关系
图示
d 与r1,r2 的关系
外离
d____r1+r2
外切
d____r1+r2
相交
|r1-r2|____d____r1+r2
内切
d=________(r1≠r2)
内含
0____d________|r1-r2|
(r1≠r2)
(2)代数法:通过两圆方程组成的方程组的公共解的个数进行判断.
微提醒
两圆相切应注意是内切还是外切.
3.直线被圆截得的弦长
(1)几何法:弦心距d、半径r和弦长|AB|的一半构成直角三角形,弦长|AB|=2.
(2)代数法:设直线y=kx+m与圆x2+y2+Dx+Ey+F=0相交于点M,N,将直线方程代入圆的方程中,消去y,得关于x的一元二次方程,则|MN|=·.
【常用结论】
1.圆的切线方程常用结论
(1)过圆x2+y2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为x0x+y0y=r2.
(2)过圆(x-a)2+(y-b)2=r2上一点P(x0,y0)的圆的切线方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
(3)过圆x2+y2=r2外一点M(x0,y0)作圆的两条切线,则两切点所在的直线方程为x0x+y0y=r2.
2.设圆C1:x2+y2+D1x+E1y+F1=0,
圆C2:x2+y2+D2x+E2y+F2=0,
(1)若两圆相交,两式相减,得(D1-D2)x+(E1-E2)y+F1-F2=0,该方程表示圆C1与C2的公共弦所在的直线方程.
(2)若两圆相切,两式相减,得(D1-D2)x+(E1-E2)y+F1-F2=0,该方程表示圆C1与C2的公共切线所在的直线方程.
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)若两圆没有公共点,则两圆一定外离.( )
(2)若两圆相切,则有且只有一条公切线.( )
(3)过圆外一点作圆的切线有两条.( )
(4)若圆心到直线的距离大于半径,则直线与圆的方程联立消元后得到的一元二次方程无解.( )
2.(人A选一P98练习T1改编)圆C1:x2+y2=4与圆C2:x2+y2-8x-6y+16=0的位置关系是( )
A.外切 B.相交 C.外离 D.内切
3.(人A选一P93T3改编)直线x-2y+5=0与圆x2+y2=8相交于A,B两点,则|AB|=( )
A. B.2 C. D.2
4.过点M(2,4)向圆(x-1)2+(y+3)2=1引切线,则切线方程为________________________.
考点一
直线与圆的位置关系
【例1】 直线kx-y+2-k=0 与圆x2+y2-2x-8=0 的位置关系为( )
A.相切 B.相交或相切
C.相交 D.相交、相切或相离
[规律方法] 判断直线与圆的位置关系的方法
(1)几何法:由圆心到直线的距离d与半径r的大小关系来判断.
(2)代数法:联立直线与圆的方程,消元后得到关于x(或y)的一元二次方程,根据一元二次方程的解的个数(也就是方程组的解的个数)来判断.
(3)点与圆的位置关系法:若直线恒过定点且定点在圆内,可判断直线与圆相交.
【训练1】 (1)直线3x+4y-25=0与圆x2+y2=4的位置关系是( )
A.相交且直线过圆心
B.相交但直线不过圆心
C.相切
D.相离
(2)直线y=x+b与曲线x=恰有1个交点,则实数b的取值范围是( )
A.-1<b≤1
B.-≤b≤1
C.-<b≤-1
D.-1<b≤1或b=-
考点二
圆的弦长、切线问题
角度1 圆的弦长问题 教考衔接⑭
教材题
[题源] (人A选一P98T3)求直线l:3x-y-6=0被圆C:x2+y2-2x-4y=0截得的弦AB的长.
高考题
(2024·全国甲卷)已知b是a,c的等差中项,直线ax+by+c=0与圆x2+y2+4y-1=0交于A,B两点,则|AB|的最小值为( )
A.1 B.2 C.4 D.2
[规律方法] 圆的弦长的求法
(1)代数法:将直线和圆的方程联立,消元后得到一个一元二次方程.在判别式Δ>0的前提下,利用根与系数的关系,根据弦长公式求弦长.
(2)几何法:若弦心距为d,圆的半径长为r,则弦长l=2.
角度2 圆的切线问题
【例2】 (1)已知圆C:x2+y2-2x=0,则过点P(3,0)的圆C的切线方程是( )
A.y=±(x-3) B.y=±2(x-3)
C.y=±(x-3) D.y=±(x-3)
(2)过直线l:x+y-4=0上一点P作圆O:x2+y2=4的两条切线,切点分别为A,B.若∠APB=,则点P的坐标为( )
A.
B.(2,-2)或(0,4)
C.(,1)
D.(+,1-3)或(-,1+3)
[规律方法] 圆的切线方程的求法
(1)几何法:设切线方程为y-y0=k(x-x0),利用点到直线的距离公式表示出圆心到切线的距离d,然后令d=r,进而求出k.
(2)代数法:设切线方程为y-y0=k(x-x0),与圆的方程组成方程组,消元后得到一个一元二次方程,然后令判别式Δ=0,进而求出k.
注意检验切线斜率不存在的情况.
角度3 与圆有关的最值问题
【例3】 (1)(2023·全国乙卷)已知实数x,y满足x2+y2-4x-2y-4=0,则x-y的最大值是( )
A.1+ B.4
C.1+3 D.7
(2)已知P是直线l:x+y-1=0上一点,M,N分别是圆C1:(x-1)2+(y-8)2=1和C2:(x-5)2+(y-5)2=9上的动点,则|PM|+|PN|的最小值是( )
A.7 B.8 C.9 D.10
[规律方法] 与圆有关的最值问题解题策略
结合圆的几何性质,利用切线的性质构造直角三角形,或者数形结合,转化所求线段,最终求出线段长度的范围(或最值).
【对点练】
1.(角度2)已知直线l:x+ay-1=0是圆C:x2+y2-6x-2y+1=0的对称轴,过点A(-1,a)作圆C的一条切线,切点为B,则|AB|=________.
2.(角度1)已知过点P(0,1)的直线l与圆x2+y2+2x-6y+6=0相交于A,B两点,则当|AB|=2时,直线l的方程为__________________________.
3.(角度3)已知直线l:3x-4y-15=0与圆O:x2+y2-2x-4y+1=0,P为直线l上一动点,直线AP与圆O相切于点A,则线段AP长度的最小值为________.
考点三
圆与圆的位置关系
【例4】 (1)(2025·齐齐哈尔模拟)已知圆M:x2+y2-4y=0与圆N:x2+y2-2x-3=0,则圆M与圆N的位置关系为( )
A.内含 B.相交
C.外切 D.外离
(2)圆C1:x2+y2-2x+10y-24=0与圆C2:x2+y2+2x+2y-8=0的公共弦所在直线的方程为______________,公共弦长为________.
[规律方法] 圆与圆的位置关系的求解策略
(1)判断两圆的位置关系时常用几何法,即利用两圆圆心之间的距离与两圆半径之间的关系,一般不采用代数法.
(2)若两圆相交,则两圆公共弦所在直线的方程可由两圆的方程作差,消去x2,y2项得到.
【训练2】 (1)已知圆O1:(x-1)2+y2=4与圆O2:x2+y2-4x+2y+3=0交于A,B两点,则|AB|=( )
A. B.2 C.3 D.4
(2)(2025·武汉质检)若圆x2+y2+6x=0与圆x2+y2-2my+m2-16=0外离,则实数m的取值范围是__________________________.
1.(2023·新课标Ⅰ卷)过点(0,-2)与圆x2+y2-4x-1=0相切的两条直线的夹角为α,则sin α=( )
A.1 B. C. D.
2.(2023·新课标Ⅱ卷)已知直线l:x-my+1=0与⊙C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,写出满足 “△ABC面积为”的m的一个值________.
3.(2022·新课标Ⅱ卷)设点A(-2,3),B(0,a),若直线AB关于y=a对称的直线与圆(x+3)2+(y+2)2=1有公共点,则a的取值范围是________.
4.(2022·新课标Ⅰ卷)写出与圆x2+y2=1和(x-3)2+(y-4)2=16都相切的一条直线的方程________________________________.
第五节 椭圆
课标要求
三年考情
1.了解椭圆的实际背景,感受椭圆在刻画现实世界和解决实际问题中的作用.
2.经历从具体情境中抽象出椭圆的过程,掌握椭圆的定义、标准方程及简单几何性质.
3.通过椭圆与方程的学习,进一步体会数形结合的思想.
4.了解椭圆的简单应用.
2022
2023
2024
全国Ⅰ卷
T16
T5
T16
全国Ⅱ卷
T16
T5
T5
重点提示:椭圆的标准方程、几何性质、弦长公式、中点弦
第1课时 椭圆及其简单几何性质
回|归|教|材
1.椭圆的概念
平面内与两个定点F1,F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做________.这两个定点叫做椭圆的________,两焦点间的距离叫做椭圆的________.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c,其中a>0,c>0,且a,c为常数,当________时,则集合P表示椭圆.
微提醒
(1)当动点M满足|MF1|+|MF2|=常数>|F1F2|时,动点M的轨迹为椭圆.
(2)当动点M满足|MF1|+|MF2|=常数=|F1F2|时,动点M的轨迹为以F1,F2为两端点的线段.
(3)当动点M满足|MF1|+|MF2|=常数<|F1F2|时,动点M的轨迹不存在.
2.椭圆的标准方程和几何性质
标准
方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
图形
性质
范围
____≤x≤____
≤y≤____
____≤x≤____
≤y≤____
对称性
对称轴:坐标轴
对称中心:原点
顶点
A1(-a,0),A2(a,0)
B1(0,-b),B2(0,b)
A1(0,-a),A2(0,a)
B1(-b,0),B2(b,0)
轴
长轴A1A2的长为____;短轴B1B2的长为____
焦距
|F1F2|=____
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
离心率
e=____∈________
a,b,c的关系
c2=________
微提醒
焦点在x 轴上⇔ 标准方程中x2 项的分母较大;焦点在y 轴上⇔ 标准方程中y2 项的分母较大.
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)椭圆的两种标准形式中,虽然焦点位置不同,但都满足a2=b2+c2.( )
(2)椭圆是轴对称图形,也是中心对称图形.( )
(3)方程mx2+ny2=1(m>0,n>0)表示的曲线是椭圆.( )
(4)椭圆的离心率e越大,椭圆就越圆.( )
2.(人A选一P109T1改编)若椭圆+=1上一点P与焦点F1的距离为4,则点P与另一个焦点F2的距离为( )
A.6 B.3 C.4 D.2
3.(人A选一P116T12改编)若椭圆C:+=1,则该椭圆上的点到焦点距离的最大值为( )
A.3 B.2+
C.2 D.+1
4.若方程+=1表示椭圆,则实数k的取值范围是____________.
考点一
椭圆的定义及应用
【例1】 (1) 如图,圆O的半径为定长r,A是圆O内一个定点,P是圆O上任意一点.线段AP的垂直平分线l和半径OP相交于点Q,当点P在圆上运动时,点Q的轨迹是( )
A.椭圆 B.双曲线
C.抛物线 D.圆
(2)(2023·全国甲卷)设F1,F2为椭圆C:+y2=1的两个焦点,点P在C上,若·=0,则|PF1|·|PF2|=( )
A.1 B.2 C.4 D.5
[规律方法] 椭圆的定义及应用
(1)求椭圆的标准方程,求焦点三角形的周长、面积及弦长、最值和离心率等.
(2)椭圆上一点P与椭圆的两焦点组成的三角形通常称为“焦点三角形”,利用定义可求其周长;利用定义和余弦定理可求|PF1|·|PF2|;通过整体代入可求其面积等.
【训练1】 (1)已知F1,F2为椭圆C:+=1的两个焦点,P是椭圆上第一象限的点,若cos∠F1PF2=,则|PF1|·|PF2|=( )
A. B. C. D.
(2)(2025·郑州模拟)若F为椭圆C:+=1的右焦点,A,B为C上两动点,则△ABF周长的最大值为________.
考点二
椭圆的标准方程及应用 教考衔接⑮
教材题
[题源] (人A选一P108例2)如图,在圆x2+y2=4上任取一点P,过点P作x轴的垂线段PD,D为垂足.当点P在圆上运动时,线段PD的中点M的轨迹是什么?为什么?(当点P经过圆与x轴的交点时,规定点M与点P重合.)
高考题
(2024·新课标Ⅱ卷)已知曲线C:x2+y2=16(y>0),从C上任意一点P向x轴作垂线段PP′,P′为垂足,则线段PP′的中点M的轨迹方程为( )
A.+=1(y>0) B.+=1(y>0)
C.+=1(y>0) D.+=1(y>0)
【例2】 分别求满足下列条件的椭圆的标准方程:
(1)长轴是短轴的3倍且经过点A(3,0);
(2)两个焦点分别是F1(0,-4),F2(0,4),并且椭圆经过点(,-);
(3)过点(-3,2)且与+=1有相同焦点的椭圆的方程;
(4)经过点P,Q.
[规律方法] 求椭圆方程的方法
(1)定义法:根据题目所给条件确定动点的轨迹是否满足椭圆的定义.
(2)待定系数法:根据题目所给的条件确定椭圆中的a,b.当不知焦点在哪一个坐标轴上时,一般可设所求椭圆的方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n),不必考虑焦点位置,用待定系数法求出m,n的值即可.
【训练2】 (1)动点M(x,y)与定点F(4,0)的距离和M到定直线l:x=的距离的比是常数,则动点M的轨迹方程是( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
(2)已知M、N两点的坐标分别为(-2,0),(2,0).直线MK、NK相交于点K,且它们的斜率之和是3,则点K的轨迹方程为( )
A.3x2-2xy-12=0(x≠±2)
B.3y2-2yx-12=0(x≠±2)
C.+=1(x≠±2)
D.-=1(x≠±2)
考点三
椭圆的简单几何性质
角度1 椭圆的长轴、短轴、焦距
【例3】 (1)已知椭圆+=1,则椭圆的焦点坐标为( )
A.(±3,0) B.(±4,0)
C.(0,±4) D.(0,±3)
(2)(2023·全国甲卷)设O为坐标原点,F1,F2为椭圆C:+=1的两个焦点,点P在C上,cos∠F1PF2=,则|OP|=( )
A. B. C. D.
[规律方法] 求解与椭圆几何性质有关的问题时,要理清顶点、焦点、长轴长、短轴长、焦距等基本量的内在联系.
角度2 椭圆的离心率
【例4】 (1)(2023·新课标Ⅰ卷)设椭圆C1:+y2=1(a>1),C2:+y2=1的离心率分别为e1,e2,若e2=e1,则a=( )
A. B. C. D.
(2)已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,若椭圆上存在点P使得|PF1|=2|PF2|,则椭圆离心率的取值范围是( )
A. B.
C. D.
[规律方法] 求椭圆离心率或其范围的方法
(1)直接求出a,c,利用离心率公式e=求解.
(2)由a与b的关系求离心率,利用变形公式e=求解.
(3)构造a,c的方程.可以不求出a,c的具体值,而是得出a与c的关系,从而求得e.
角度3 与椭圆几何性质有关的最值(范围)问题
【例5】 (1)已知F是椭圆5x2+9y2=45的左焦点,P是此椭圆上的动点,A(1,1)是一定点.则|PA|+|PF|的最大值与最小值的和为( )
A.12 B.6+
C.6- D.2
(2)(2021·全国乙卷)设B是椭圆C:+y2=1的上顶点,点P在C上,则|PB|的最大值为( )
A. B. C. D.2
[规律方法] 与椭圆有关的最值或范围问题的求解策略
【对点练】
1.(角度2)椭圆+y2=1(a>1)的离心率为,则a=( )
A. B. C. D.2
2.(角度1)设P为椭圆+=1上的任意一点,F1,F2为其上、下焦点,则|PF1|·|PF2|的最大值是( )
A.4 B.6 C.9 D.12
3.(角度3)若点O和点F分别为椭圆+=1的中心和左焦点,点P为椭圆上的任意一点,则·的最大值为( )
A.2 B.3 C.6 D.8
第2课时 直线与椭圆的位置关系
回|归|教|材
1.点与椭圆的位置关系
已知点P(x0,y0),椭圆+=1(a>b>0),则
(1)点P(x0,y0)在椭圆内⇔____________.
(2)点P(x0,y0)在椭圆上⇔____________.
(3)点P(x0,y0)在椭圆外⇔____________.
2.直线与椭圆位置关系的判断
已知直线y=kx+m,椭圆+=1,联立得(b2+a2k2)x2+2a2kmx+a2m2-a2b2=0,
若该一元二次方程的判别式为Δ,则
Δ>0⇔有________交点⇔相交;
Δ=0⇔有________交点⇔相切;
Δ<0⇔________交点⇔相离.
3.弦长公式
设直线与椭圆的交点坐标为A(x1,y1),B(x2,y2),
则|AB|=|x1-x2|
=
或|AB|=|y1-y2|
=,
k为直线的斜率且k≠0.
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)过点的直线一定与椭圆+y2=1相交.( )
(2)直线-y=1被椭圆+y2=1截得的弦长为.( )
(3)若直线的斜率一定,则当直线过椭圆的中心时,弦长最大.( )
(4)无论k为何值,直线y=kx+2和椭圆+=1都有一个交点.( )
2.(人A选一P114例7改编)直线y=kx+2与椭圆+=1有且只有一个交点,则k的值是( )
A. B.- C.± D.±
3.(人A选一P108例3改编)椭圆C:+=1的左、右顶点分别为M,N,点P在C上,且直线PN的斜率为-,则直线PM的斜率为( )
A. B.3 C.- D.-3
4.设椭圆的方程为+=1,斜率为k的直线不经过原点O,且与椭圆相交于A,B两点,M(1,1)为线段AB的中点.则直线AB的方程为________________.
考点一
直线与椭圆的位置关系
【例1】 (2024·新课标Ⅰ卷)已知A(0,3)和P为椭圆C:+=1(a>b>0)上两点.
(1)求C的离心率;
(2)若过P的直线l交C于另一点B,且△ABP的面积为9,求l的方程.
【规范解答】 (1)由题意得解得
思维点1:利用待定系数法将方程组表达出来.
所以椭圆的离心率e===.
(2)由(1)知椭圆C的方程为+=1.
当直线l的斜率不存在时,
思维点2:分类讨论,讨论斜率不存在的特殊情况.
直线l的方程为x=3,B,|PB|=3,点A到直线PB的距离为3,此时S△ABP=×3×3=≠9,不满足条件,
当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y-=k(x-3),
思维点3:讨论直线l斜率存在的情况.
联立直线l与椭圆C的方程,得消去y可得(4k2+3)x2-(24k2-12k)x+36k2-36k-27=0.
设点B(x0,y0),则
所以|PB|=|x0-3|=·=.
又点A到直线l的距离d=,
思维点4:求解△APB底边PB长度及高的表达式.
所以△ABP的面积
S=··=9,
思维点5:构造△APB的面积,列出方程.
解得k=或k=.
所以直线l的方程为y=x或y=x-3,
即x-2y=0或3x-2y-6=0.
本题以直线与椭圆的位置关系为载体,考查求直线方程,体现了综合性.通过将面积问题转化为距离问题考查学生分析、推理和表达的逻辑思维能力.通过联立直线与椭圆的方程将几何条件代数化,考查学生函数与方程思想、转化与化归思想.通过方程(组)的求解,考查学生的运算求解能力.
【训练1】 (1)直线y=kx-k+1(k∈R)与焦点在x轴上的椭圆+=1总有公共点,则m的取值范围是________.
(2)已知点P(x,y)是椭圆+=1上任意一点,则点P到直线l:y=x+2的最大距离为________.
考点二
弦长问题
【例2】 (1)已知点F1、F2分别为椭圆+y2=1的左、右焦点,过F2作倾斜角为的直线交椭圆于A、B两点,则弦AB的长为________.
(2)(2022·新课标Ⅰ卷)已知椭圆C:+=1(a>b>0),C的上顶点为A,两个焦点为F1,F2,离心率为.过F1且垂直于AF2的直线与C交于D,E两点,|DE|=6,则△ADE的周长是________.
[规律方法] 弦长的求解方法
(1)当弦的两端点坐标易求时,可直接利用两点间的距离公式求解.
(2)当直线的斜率存在时,斜率为k的直线l与椭圆相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两个不同的点,则弦长公式的常见形式有如下两种:
①|AB|=|x1-x2|=.
②|AB|=|y1-y2|=(k≠0).
【训练2】 (1)已知直线l:mx-y+1=0与椭圆C:+y2=1交于A,B两点,当|AB|取最大值时m的值为( )
A.± B.± C.± D.±
(2)(2023·新课标Ⅱ卷)已知椭圆C:+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. B. C.- D.-
考点三
中点弦问题
【例3】 (1)已知M(4,2)是直线l被椭圆x2+4y2=36所截得的线段AB的中点,则直线l的方程为( )
A.2x+y-8=0 B.x+2y-8=0
C.x-2y-8=0 D.2x-y-8=0
(2)(2022·新课标Ⅱ卷)已知直线l与椭圆+=1在第一象限交于A,B两点,l与x轴、y轴分别交于M,N两点,且|MA|=|NB|,|MN|=2,则l的方程为________________________.
[规律方法] 解决椭圆“中点弦”问题的方法
(1)根与系数的关系法:联立直线与椭圆的方程得到方程组,消元得到一元二次方程后,由根与系数的关系及中点坐标公式求解.
(2)点差法:设直线与椭圆的交点(弦的端点)坐标为A(x1,y1),B(x2,y2),将这两点坐标分别代入椭圆的方程,并对所得两式作差,得到一个与弦AB的中点和直线AB的斜率有关的式子,可以大大减少计算量.
【训练3】 (1)直线x+4y+m=0交椭圆+y2=1于A,B两点,若线段AB中点的横坐标为1,则m等于( )
A.-2 B.-1 C.1 D.2
(2)(2025·安徽芜湖模拟)已知椭圆+=1,一组斜率为的平行直线与椭圆相交,则这些直线被椭圆截得的线段的中点所在的直线方程为( )
A.y=x B.y=-2x
C.y=-x D.y=2x
【微点拓展】
椭圆的常用结论及应用
(1)椭圆上的点P(x0,y0)与两焦点构成的△PF1F2叫做焦点三角形,∠F1PF2=θ.
①当P为短轴端点时,θ最大,S△F1PF2最大.
②|PF1|max=a+c,|PF1|min=a-c.
③|PF1|·|PF2|≤2=a2.
④4c2=|PF1|2+|PF2|2-2|PF1||PF2|cos θ.
⑤焦点三角形的周长为2(a+c).
⑥S=|PF1||PF2|sin θ=b2tan=c|y0|,当|y0|=b时,即点P为短轴端点时,S取最大值,最大值为bc.
(2)椭圆周角定理的推广:已知A,B为椭圆+=1(a>b>0)上关于原点对称的两点,P为椭圆上异于A,B的任一点,若直线PA,PB的斜率存在且不为零,则kPA·kPB=-.
【典例】 已知椭圆C:+=1(a>b>0),其左、右焦点分别为F1,F2,其离心率e=,点P为该椭圆上一点,且满足∠F1PF2=,已知△F1PF2的内切圆半径为r=,则该椭圆的长轴长为( )
A.2 B.4 C.6 D.12
【微练】 设椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,上、下顶点分别为A,B,直线AF2与该椭圆交于A,M两点,若∠F1AF2=90°,则直线BM的斜率为________.
1.(2022·全国甲卷)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,A1,A2分别为C的左、右顶点,B为C的上顶点.若·=-1,则C的方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+y2=1
2.(2022·全国甲卷)椭圆C:+=1(a>b>0)的左顶点为A,点P,Q均在C上,且关于y轴对称.若直线AP,AQ的斜率之积为,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
3.(2024·全国甲卷)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的右焦点为F,点M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.
第六节 双曲线
课标要求
三年考情
1.了解双曲线的定义、几何图形和标准方程.
2.掌握双曲线的几何性质(范围、对称性、顶点、离心率、渐近线).
3.了解双曲线的简单应用.
2022
2023
2024
全国Ⅰ卷
T21
T16
T12
全国Ⅱ卷
T21
T21
T19
重点提示:双曲线的标准方程、几何性质、直线与双曲线
第1课时 双曲线及其简单几何性质
回|归|教|材
1.双曲线的定义
(1)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|)的点的轨迹叫做________.这两个定点叫做双曲线的________,两焦点间的距离叫做双曲线的________.
(2)其数学表达式:集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,其中a,c为常数且a>0,c>0.
①若________,则集合P表示双曲线.
②若________,则集合P表示两条射线.
③若________,则集合P为空集.
2.双曲线的标准方程和几何性质
标准方程
-=1
(a>0,b>0)
-=1
(a>0,b>0)
图形
性质
范围
x≥a或x≤-a,y∈R
__________________
对称性
对称轴:________;对称中心:________
顶点
________________
A1(0,-a),A2(0,a)
渐近线
±=0
____________
离心率
e=______,e∈(1,+∞)
性质
实虚轴
线段A1A2叫做双曲线的实轴,它的长等于2a,a叫做双曲线的实半轴长;线段B1B2叫做双曲线的虚轴,它的长等于2b,b叫做双曲线的虚半轴长
a,b,c的关系
c2=________
微提醒
①实轴和虚轴等长的双曲线叫做等轴双曲线,其渐近线方程为y=±x,离心率为e=;②若焦点在x 轴上,渐近线斜率为±;若焦点在y 轴上,渐近线斜率为±.
【常用结论】
1.双曲线的焦点到其渐近线的距离为b.
2.若P是双曲线-=1(a>0,b>0)右支上一点,F1,F2分别为双曲线的左、右焦点,则|PF1|min=a+c,|PF2|min=c-a.
3.同支的焦点弦中最短的为通径(过焦点且垂直于实轴的弦),其长为;异支的弦中最短的为实轴,其长为2a.
4.设P,A,B是双曲线上的三个不同的点,其中A,B关于原点对称,直线PA,PB斜率存在且不为0,则直线PA与PB的斜率之积为(焦点在x轴)或(焦点在y轴).
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)平面内到两定点的距离的差等于常数(小于两定点间的距离)的点的轨迹是双曲线.( )
(2)平面内到点F1(0,4),F2(0,-4)距离之差等于6的点的轨迹是双曲线.( )
(3)双曲线有四个顶点,分别是双曲线与其实轴及虚轴的交点.( )
(4)若双曲线的离心率e=,则该双曲线一定为等轴双曲线.( )
2.(人A选一P120例1改编)已知平面内两定点A(-5,0),B(5,0),动点M满足|MA|-|MB|=6,则点M 的轨迹方程是( )
A.-=1 B.-=1(x≥4)
C.-=1 D.-=1(x≥3)
3.(人A选一P121T3改编)已知曲线C的方程为+=1(k∈R),若曲线C是焦点在y轴上的双曲线,则实数k的取值范围是( )
A.(-1,5)
B.(5,+∞)
C.(-∞,-1)
D.(-∞,-1)∪(-1,5)∪(5,+∞)
4.若双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为2,则双曲线C的渐近线的斜率为( )
A.±1 B.±
C.± D.±
考点一
双曲线的定义及应用
【例1】 (1)已知定点A(0,-3),B(0,3),动点P满足|PA|-|PB|=4,则动点P的轨迹为( )
A.双曲线的上支 B.双曲线的下支
C.双曲线的左支 D.y轴负半轴上的射线
(2)(2025·济南模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为,F1,F2分别为C的左、右焦点,过F1的直线与C的左支交于A,B两点,若|AB|的最小值为4,则△ABF2周长的最小值为( )
A.8 B.12 C.16 D.24
[规律方法] 利用定义求动点的轨迹方程注意点
(1)距离之差的绝对值.
(2)2a<|F1F2|.
(3)焦点所在坐标轴的位置.
【训练1】 (1)已知定点F1(-2,0),F2(2,0),N是圆O:x2+y2=1上任意一点,点F1关于点N的对称点为M,线段F1M的中垂线与直线F2M相交于点P,则点P的轨迹是( )
A.椭圆 B.双曲线
C.抛物线 D.圆
(2)设F1,F2为双曲线-y2=1的两个焦点,点P是双曲线上的一点,且∠F1PF2=90°,则△F1PF2的面积为________.
【微点拓展】
双曲线的第二定义
平面内到一个定点和相应一条定直线l的距离之比为常数e(e>1)的点的轨迹为双曲线.
①定点为焦点,定直线l叫准线,左焦点对应左准线,右焦点对应右准线.
②焦点在x轴上的双曲线的准线方程为x=±.
【典例】 双曲线x2-=1的右支上一点P到左焦点F1与右焦点F2的距离之比为2∶1,则点P的坐标为________.
【微练】 已知双曲线-=1的右焦点为F2,M是双曲线右支上一点,定点A(9,2),则|MA|+|MF2|的最小值为________.
考点二
双曲线的标准方程
【例2】 求适合下列条件的双曲线的标准方程.
(1)两焦点坐标为(0,-6),(0,6),且经过点(2,-5);
(2)焦距为20,离心率为,顶点在x轴上;
(3)经过点P(-3,2)和Q(-6,-7);
(4)与双曲线-=1共渐近线,且经过点(-5,2).
[规律方法] 求双曲线方程常用方法
(1)定义法:由题目条件判断出动点轨迹是双曲线,由双曲线定义,确定2a,2b或2c,从而求出a2,b2,写出双曲线方程.
(2)待定系数法:先确定焦点在x轴还是y轴上,设出标准方程,再由条件确定a2,b2的值,即“先定型,再定量”,如果焦点位置不好确定,可将双曲线方程设为Ax2+By2=1(AB<0),根据条件确定A,B即可.特别地,①与双曲线-=1共渐近线的双曲线方程可设为-=λ(λ≠0);②与双曲线-=1共焦点的双曲线方程可设为-=1(-b2<k<a2).
【训练2】 (1)与椭圆C:+=1共焦点且过点(1,)的双曲线的标准方程为( )
A.x2-=1 B.y2-2x2=1
C.-=1 D.-x2=1
(2)双曲线的一个焦点为(0,6),渐近线方程为y=±x,则其标准方程为________.
考点三
双曲线的几何性质
角度1 双曲线的实轴、虚轴、焦距
【例3】 (1)(多选题)已知F是双曲线-=1的右焦点,P为其左支上一点,点A(0,-6),则( )
A.双曲线的焦距为6
B.点F到渐近线的距离为2
C.|PA|+|PF|的最小值为3+4
D.若|PF|=8,则△OPF的面积为3
(2)(多选题)已知双曲线C:-y2=1的焦点在x轴上,且实轴长是虚轴长的3倍,则下列说法正确的是( )
A.双曲线C的实轴长为6
B.双曲线C的虚轴长为2
C.双曲线C的焦距为2
D.双曲线C的离心率为
[规律方法] 求解与双曲线几何性质有关的问题时,要理清顶点、焦点、实轴长、虚轴长、焦距等基本量的内在联系.
角度2 渐近线
【例4】 (1)(2025·八省联考)双曲线x2-=1的渐近线方程为( )
A.y=±x B.y=±2x
C.y=±3x D.y=±4x
(2)(2022·全国甲卷)若双曲线y2-=1(m>0) 的渐近线与圆x2+y2-4y+3=0相切,则m=________.
[规律方法] 求双曲线的渐近线方法
(1)先判断焦点位置.
(2)令-=0,即得两渐近线方程±=0.
角度3 离心率
【例5】 (1)(2024·全国甲卷)已知双曲线的两个焦点分别为(0,4),(0,-4),点(-6,4)在该双曲线上,则该双曲线的离心率为( )
A.4 B.3 C.2 D.
(2)(2024·新课标Ⅰ卷)设双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过F2作平行于y轴的直线交C于A,B两点.若|F1A|=13,|AB|=10,则C的离心率为________.
[规律方法] 求双曲线的离心率的步骤
(1)将双曲线的几何关系转化为关于双曲线基本量a,b,c的方程或不等式.
(2)利用c2=a2+b2和e=转化为关于e的方程(或不等式).
(3)通过解方程(或不等式)求得离心率的值(或范围).
【对点练】
1.(角度1)方程|-|=4的化简结果为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
2.(角度2)已知双曲线C与椭圆D:+y2=1的焦距相等,且其中一个顶点坐标为(-2,0),则C的渐近线方程为________.
3.(角度3)设双曲线C:-=1(a>0,b>0),M,N是双曲线C上关于坐标原点对称的两点,P为双曲线C上的一动点,若kPM·kPN=4,则双曲线C的离心率为( )
A.2 B. C. D.5
第2课时 直线与双曲线的位置关系
回|归|教|材
1.直线与双曲线的位置关系
设直线l:y=kx+m(m≠0), ①
双曲线C:-=1(a>0,b>0), ②
把①代入②得(b2-a2k2)x2-2a2mkx-a2m2-a2b2=0.
(1)当b2-a2k2=0,即k=±时,直线l与双曲线C的渐近线________,直线与双曲线____________.
(2)当b2-a2k2≠0,即k≠±时,Δ=(-2a2mk)2-4(b2-a2k2)(-a2m2-a2b2).
Δ>0⇒直线与双曲线有________个公共点;
Δ=0⇒直线与双曲线有________个公共点;
Δ<0⇒直线与双曲线有________个公共点.
2.直线与双曲线的相交弦
设直线y=kx+m交双曲线-=1(a>0,b>0)于P1(x1,y1),P2(x2,y2)两点,则
|P1P2|=
=
=|x1-x2|,
同理可得|P1P2|=|y1-y2|(k≠0).
这里|x1-x2|,|y1-y2|的求法通常使用根与系数的关系,需作以下变形:
|x1-x2|=,
|y1-y2|=.
3.双曲线的中点弦问题
遇到中点弦问题常用“根与系数的关系”或“点差法”求解.
在双曲线-=1(a>0,b>0)中,以P(x0,y0)为中点的弦所在直线的斜率k=.
【常用结论】
1.与双曲线只有一个公共点的直线有两种:一种是与渐近线平行且与双曲线交于一点的直线;另一种是与双曲线相切的直线.
2.当直线经过双曲线的焦点且与实轴垂直时,此时的弦是双曲线的通径,长为,是所有的同支的焦点弦中最短的弦.
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)与双曲线渐近线平行的直线一定与双曲线有公共点.( )
(2)直线与双曲线有唯一公共点,则直线与双曲线相切.( )
(3)存在过点P(1,1)的直线l与双曲线x2-=1相交于A、B两点,且P为线段AB的中点.( )
(4)直线y=x-1被双曲线-y2=1截得的弦长为.( )
2.过点P(-1,2)的直线与双曲线-y2=1的公共点只有1个,则满足条件的直线有( )
A.2条 B.3条
C.4条 D.5条
3.(人A选一P128T13改编)已知点A,B是双曲线C:-=1上的两点,线段AB的中点是M(3,2),则直线AB的斜率为( )
A. B.
C. D.
4.(人A选一P127T8改编)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)满足=,且与椭圆+=1有公共焦点,则双曲线C的方程为( )
A.-=1 B. -=1
C. -=1 D.-=1
考点一
直线与双曲线的位置关系
【例1】 (1)过双曲线C:x2-=1左焦点F和点A(0,2)的直线l与双曲线C的交点个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
(2)(2022·全国甲卷)记双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为e,写出满足条件“直线y=2x与C无公共点”的e的一个值______________.
[规律方法] 直线与双曲线位置关系的解题策略
(1)研究直线与双曲线位置关系问题的通法:将直线方程代入双曲线方程,消元,得关于x或y的方程.当二次项系数等于0时,直线与双曲线相交于某支上一点,这时直线平行于一条渐近线;当二次项系数不等于0时,用判别式Δ来判定.
(2)直线与双曲线的两个交点的位置都在左支上⇔x1+x2<0,x1x2>0;都在右支上⇔x1+x2>0,x1x2>0;在两支上⇔x1x2<0.双曲线焦点在y轴上时,可类似讨论.
【训练1】 (1)已知点F是双曲线C:x2-y2=1的一个焦点,直线l:y=kx,则“点F到直线l的距离大于1”是“直线l与双曲线C没有公共点”的( )
A.充分不必要条件 B.必要不充分条件
C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件
(2)若直线y=2x与双曲线-=1(a>0,b>0)有公共点,则双曲线离心率的取值范围为( )
A.(1,) B.(1,]
C.[,+∞) D.(,+∞)
考点二
弦长问题
【例2】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的实轴长为2,右焦点为(,0).
(1)求双曲线C的方程;
(2)已知直线y=x+2与双曲线C交于不同的两点A,B,求|AB|.
[规律方法]
若直线l:y=kx+b(k≠0)与双曲线C:-=1(a>0,b>0)交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则|AB|=·|x1-x2|=·或|AB|=·|y1-y2|=·.
【训练2】 (1)已知F是双曲线C:x2-=1的左焦点,过点F的直线与C交于A,B两点(点A,B在C的同一支上),且|BF|=2|AF|,则|AB|=( )
A.6 B.8 C. D.
(2)(2025·四川内江模拟)已知双曲线C的方程为5x2-y2=1,过点P(0,-1)作直线l与双曲线左右两支分别交于点M,N.若=2,则直线l的方程为( )
A.y=x-1
B.y=x-1或y=-x-1
C.y=x-1或y=-x-1
D.y=x-1
考点三
中点弦问题
【例3】 (1)(2023·全国乙卷)设A,B为双曲线x2-=1上两点,下列四个点中,可以为线段AB中点的是( )
A.(1,1) B.(-1,2)
C.(1,3) D.(-1,-4)
(2)已知双曲线C:2x2-y2=2,过点P(1,2)的直线l与双曲线C交于M、N两点,若P为线段MN的中点,则弦长|MN|=________.
[规律方法] 中点弦问题的解决方法
(1)根与系数的关系:直线与双曲线方程联立,消元,利用根与系数关系表示中点.
(2)点差法:利用弦两端点适合双曲线方程,作差构造中点、斜率间的关系.若已知弦的中点坐标,可求弦所在直线的斜率.
【训练3】 (1)已知双曲线E的中心为原点,F(3,0)是E的焦点,过F的直线l与E相交于A,B两点,且AB的中点为M(-12,-15),则E的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
(2)(2025·江苏苏州模拟)在平面直角坐标系xOy中,过点P(-3,0)的直线l与双曲线C:-=1(a>0,b>0)的两条渐近线相交于A,B两点,若线段AB的中点是M(1,3),则C的离心率为( )
A. B. C. D.
【微点拓展】
双曲线的常用结论及应用
设双曲线-=1(a>0,b>0),左、右焦点分别为F1(-c,0),F2(c,0),则
(1)双曲线的焦点到其渐近线的距离为b.
(2)若P是双曲线右支上一点,则|PF1|min=a+c,|PF2|min=c-a.
(3)若P是双曲线上不同于实轴两端点的任意一点,则S△PF1F2=,其中θ为∠F1PF2.
(4)双曲线周角定理的推广:已知A,B为双曲线-=1(a>0,b>0)上关于原点对称的两点,P为双曲线上异于A,B的任一点,若直线PA,PB的斜率存在且不为零,则kPA·kPB=.
【典例】 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
【微练】 已知F1,F2为双曲线C:x2-y2=2的左、右焦点,点P在C上,∠F1PF2=60°,则△F1PF2的面积为________.
考点四
双曲线中的最值(范围)问题
【例4】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)过点(2,1),渐近线方程为y=±x,直线l是双曲线C右支的一条切线,且与C的渐近线交于A,B两点.
(1)求双曲线C的标准方程;
(2)设点A,B的中点为M,求点M到y轴的距离的最小值.
[规律方法] 求双曲线的最值(范围)问题的方法
(1)几何法:如果题中给出的条件有明显的几何特征,那么可以考虑用图形的性质来求解,特别是用双曲线的定义和平面几何的有关结论来求解.
(2)代数法:若题中给出的条件和结论的几何特征不明显,则可以建立目标函数,将双曲线的最值(或范围)问题转化为二次函数或三角函数等函数的最值(或范围)问题,然后利用配方法、判别式法、基本不等式法、函数的单调性及三角函数的有界性等求解.
【训练4】 (2025·江苏南通模拟)已知双曲线C:-y2=1,直线l:x-y+1=0. 双曲线C上的点P到直线l的距离最小,则点P的横坐标为( )
A. B.
C.- D.-
1.(2023·全国甲卷)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的离心率为,C的一条渐近线与圆(x-2)2+(y-3)2=1交于A,B两点,则|AB|=( )
A. B.
C. D.
2.(2023· 新课标Ⅰ卷)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2.点A在C上,点B在y轴上,⊥,=-,则C的离心率为________.
3.(2022·新课标Ⅰ卷)已知点A(2,1)在双曲线C:-=1(a>1)上,直线l交C于P,Q两点,直线AP,AQ的斜率之和为0.
(1)求l的斜率;
(2)若tan∠PAQ=2,求△PAQ的面积.
4.(2022·新课标Ⅱ卷)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F(2,0),渐近线方程为y=±x.
(1)求C的方程;
(2)过F的直线与C的两条渐近线分别交于A,B两点,点P(x1,y1),Q(x2,y2)在C上,且x1>x2>0,y1>0.过P且斜率为-的直线与过Q且斜率为的直线交于点M.从下面①②③中选取两个作为条件,证明另外一个成立.
①M在AB上;②PQ∥AB;③|MA|=|MB|.
注:若选择不同的组合分别解答,则按第一个解答计分.
第七节 抛物线
课标要求
三年考情
1.掌握抛物线的定义、几何图形、标准方程.
2.掌握抛物线的简单几何性质(范围、对称性、顶点、离心率).
3.了解抛物线的简单应用.
2022
2023
2024
全国Ⅰ卷
T11
全国Ⅱ卷
T10
T10
T10
重点提示:抛物线的定义、标准方程、几何性质、直线与抛物线
第1课时 抛物线及其简单几何性质
回|归|教|材
1.抛物线的概念
把平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)的距离________的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的________,直线l叫做抛物线的________.
微提醒
当定点F在定直线l上时,轨迹为过定点F 与定直线l 垂直的一条直线.
2.抛物线的标准方程和简单几何性质
标准
方程
y2=2px
(p>0)
y2=-2px
(p>0)
x2=2py
(p>0)
x2=-2py
(p>0)
图形
范围
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
焦点
准线
方程
x=-
x=
y=-
y=
对称轴
________
________
顶点
__________
离心率
e=________
微提醒
四种不同抛物线方程的共同点:①原点都在抛物线上;②焦点都在坐标轴上;③准线与焦点所在坐标轴垂直,垂足与焦点关于原点对称,它们与原点的距离都等于一次项系数的绝对值的,即=.
【常用结论】
1.通径:过焦点且垂直于对称轴的弦长等于2p,通径是过焦点最短的弦.
2.抛物线y2=2px(p>0)上一点P(x0,y0)到焦点F的距离|PF|=x0+,也称为抛物线的焦半径.
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)直线与抛物线相交,则有2个公共点.( )
(2)P(x,y)到F(3,0)的距离与到直线x-y-3=0的距离相等,则动点P的轨迹是抛物线.( )
(3)过抛物线的焦点且垂直于对称轴的弦长为p.( )
(4)以(0,1)为焦点的抛物线的标准方程为x2=4y.( )
2.(人A选一P132 例1(1)改编)抛物线y=x2的焦点坐标为( )
A. B.
C. D.
3.(人A选一P135例4改编)过抛物线y2=4x的焦点的直线l交抛物线于P(x1,y1),Q(x2,y2)两点,如果x1+x2=6,则|PQ|=( )
A.9 B.8 C.7 D.6
4.(人A选一P138习题T4改编)顶点在原点,且过点P(-2,3)的抛物线的标准方程是__________________________.
考点一
抛物线的定义及应用
【例1】 (1)动点P到直线x-2=0的距离比它到点M(-4,0)的距离小2,则点P的轨迹是( )
A.直线 B.椭圆
C.双曲线 D.抛物线
(2)(2022·全国乙卷)设F为抛物线C:y2=4x的焦点,点A在C上,点B(3,0),若|AF|=|BF|,则|AB|=( )
A.2 B.2
C.3 D.3
[规律方法] 抛物线定义的应用策略
【训练1】 (1)设圆O:x2+y2=4与y轴交于A,B两点(A在B的上方),过点B作圆O的切线l,若动点P到A的距离等于P到l的距离,则动点P的轨迹方程为( )
A.x2=8y B.x2=16y
C.y2=8x D.y2=16x
(2)已知抛物线y=mx2(m>0)上的点(x0,2)到该抛物线焦点F的距离为,则m=( )
A. 4 B. 3 C. D.
考点二
抛物线的标准方程
【例2】 (1)(多选题)经过点P(4,-2)的抛物线的标准方程为( )
A.y2=x B.x2=8y
C.x2=-8y D.y2=-8x
(2) 如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线依次交抛物线及准线于点A,B,C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则抛物线的方程为( )
A.y2=x B.y2=9x
C.y2=x D.y2=3x
[规律方法] 求抛物线的标准方程的方法
(1)定义法:确定p的值,再结合焦点位置,求出抛物线方程.
(2)待定系数法:焦点在x轴上的抛物线的标准方程可统一设为y2=ax(a≠0);焦点在y轴上的抛物线的标准方程可设为x2=ay(a≠0),a的正负由题设来定.
【训练2】 (1)已知P(m,2)为抛物线C:y2=-2px(p>0)上一点,点P到C的焦点的距离为2,则C的焦点坐标为( )
A. B.
C.(-1,0) D.
(2)已知点F为抛物线y2=2px(p>0)的焦点,点P在抛物线上且横坐标为8,O为坐标原点,若△OFP的面积为2,则该抛物线的标准方程为________.
考点三
抛物线的几何性质及应用
【例3】 (1)(2023·全国乙卷)已知点A(1,)在抛物线C:y2=2px上,则A到C的准线的距离为________.
(2)已知F是抛物线y2=16x的焦点,M是抛物线上一点,FM的延长线交y轴于点N,若3=2,则|NF|=________.
[规律方法] 抛物线性质的应用技巧
(1)应用抛物线的性质时,关键是将抛物线方程化成标准方程.
(2)要结合图形分析,灵活运用平面图形的性质简化运算.
【训练3】 (1)(2025·武汉调研)设抛物线y2=6x的焦点为F,准线为l,P是抛物线上位于第一象限内的一点,过P作l的垂线,垂足为Q,若直线QF的倾斜角为120°,则|PF|=( )
A.3 B.6 C.9 D.12
(2)设O为坐标原点,直线x=2与抛物线C:y2=2px(p>0)交于D,E两点.若OD⊥OE,则C的焦点坐标为( )
A.(1,0) B.(2,0) C. D.
考点四
与抛物线有关的最值问题
【例4】 (1)已知圆x2+y2=1与抛物线y2=2px(p>0)交于A,B两点,与抛物线的准线交于C,D两点,若四边形ABCD是矩形,则p=( )
A. B. C. D.
(2)已知F是抛物线y2=4x的焦点,P是抛物线上一动点,点A(1,3),P到直线x=-1的距离为d,则d+|PA|的最小值是________.
[规律方法] 与抛物线有关的最值问题的策略
(1)将抛物线上的点到准线的距离转化为该点到焦点的距离,构造出“两点之间线段最短”“三角形两边之和大于第三边”,使问题得以解决.
(2)将抛物线上的点到焦点的距离转化为到准线的距离,利用“与直线上所有点的连线中垂线段最短”原理解决.
【训练4】 (1)已知抛物线E:x2=4y,圆C:x2+(y-3)2=1,P为E上一点,Q为C上一点,则|PQ|的最小值为( )
A.2 B.2-1
C.2 D.3
(2)已知点M(1,m)在抛物线C:y2=2px(p>0)上,且|MF|=2(F为焦点),若P为C上的一个动点,设点Q的坐标为(3,0),则|PQ|的最小值为________.
第2课时 直线与抛物线的位置关系
回|归|教|材
1.直线与抛物线的位置关系
已知直线l:y=kx+m,抛物线y2=2px(p>0),联立得k2x2+2(mk-p)x+m2=0.
(1)直线l与抛物线相______:k≠0,Δ=0;
(2)直线l与抛物线相______:k≠0,Δ>0或k=0;
(3)直线l与抛物线相______:k≠0,Δ<0.
微提醒
直线与抛物线只有一个交点是直线与抛物线相切的必要不充分条件.
2.弦长问题
设直线与抛物线交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则|AB|==·或|AB|==·(k为直线的斜率,k≠0).
3.抛物线的焦点弦问题
若MN为抛物线y2=2px(p>0)的焦点弦(过焦点的弦),则焦点弦长为|MN|=__________(x1,x2分别为M,N的横坐标).
设过抛物线焦点的弦的端点为A(x1,y1),B(x2,y2),则四种标准方程形式下的弦长公式如下表.
标准方程
弦长公式
y2=2px(p>0)
|AB|=x1+x2+p
y2=-2px(p>0)
|AB|=p-(x1+x2)
x2=2py(p>0)
|AB|=y1+y2+p
x2=-2py(p>0)
|AB|=p-(y1+y2)
4.抛物线的切线
(1)过抛物线y2=2px(p>0)上的点P(x1,y1)的切线方程是y1y=p(x+x1).
(2)抛物线y2=2px(p>0)的斜率为k的切线方程是y=kx+(k≠0).
基|础|自|测
1.思考辨析(对的打“√”,错的打“×”)
(1)已知过抛物线C:y2=x的焦点F的直线l与C交于A,B两点,若直线l垂直于x轴,则|AB|=1.( )
(2)抛物线y2=2px(p>0)上任意一点的横坐标的取值范围是x≥0.( )
(3)直线与抛物线有唯一公共点,是直线与抛物线相切的必要不充分条件.( )
(4)点M在抛物线y2=2x上,则OM的中点的轨迹是抛物线.( )
2.(人A选一P136T3改编)已知直线l:y=x-1与抛物线y2=4x交于A,B两点,则线段AB的长是( )
A.2 B.4 C.8 D.16
3.(人A选一P138习题T5改编)过抛物线y2=4x的焦点F的直线交该抛物线于A,B两点,若|AF|=3,则|BF|=________.
考点一
直线与抛物线的位置关系 教考衔接⑯
教材题
[题源] (人A选一P136例5)经过抛物线焦点F的直线交抛物线于A,B两点,经过点A和抛物线顶点的直线交抛物线的准线于点D,求证:直线DB平行于抛物线的对称轴.
高考题
(多选题)(2023·新课标Ⅱ卷)设O为坐标原点,直线y=-(x-1)过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,且与C交于M,N两点,l为C的准线,则( )
A.p=2
B. |MN|=
C.以MN为直径的圆与l相切
D.△OMN为等腰三角形
[规律方法] 直线与抛物线只有一个交点包含直线与抛物线相切、直线与抛物线的对称轴平行(或重合).
【训练1】 (1)已知抛物线的方程为y2=8x,若过点Q(-2,0)的直线l与抛物线有公共点,则直线l的斜率的取值范围是( )
A.[-1,1]
B.[-1,0)∪(0,1]
C.(-∞,-1]∪[1,+∞)
D.(-∞,-1)∪(1,+∞)
(2)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,直线l与抛物线C相交于A,B两点,且与y轴相交于点P,若|PA|=3|PB|,|AF|=8,|BF|=4,则p=( )
A.1 B.2 C.3 D.4
考点二
抛物线的切线问题
【例1】 (1)抛物线y2=9x在点(1,3)处的切线的斜率为( )
A.-1 B.- C. D.1
(2)(2025·安徽模拟)造纸术是中国四大发明之一,彰显了古代人民的智慧.根据史料记载盛唐时期折纸艺术开始流行,19世纪折纸与数学研究相结合,发展成为折纸几何学.在一次数学探究课上,学生们研究了圆锥曲线的包络线折法.如图,在一张矩形纸片上取一点P,记矩形一边所在直线为l,将点P折叠到l上(即P′),不断重复这个操作,就可以得到由这些折痕包围形成的抛物线,这些折痕就是抛物线的包络线.在抛物线C:x2=4y的所有包络线中,恰好过点A(2,1)的包络线所在的直线方程为____________.
[规律方法] 求抛物线切线方程的方法
(1)首先设出切线方程,然后与抛物线方程联立,利用判别式求解.
(2)首先求导得出切线的斜率,然后由点斜式得出切线方程.
【训练2】 (1)已知抛物线x2=4y,P为直线y=-1上一点,过P作抛物线的两条切线,切点分别为A,B,则·的值为( )
A.0 B.1 C.-2 D.-1
(2)已知点A(0,1)和抛物线C:y2=4x,则过点A且与抛物线C相切的直线的方程为__________________.
考点三
抛物线的弦长问题
角度1 焦点弦问题
【例2】 (1)(2024·陕西西安三模)设抛物线E:x2=2py(p>0)的焦点为F,过点P(0,3)的直线与抛物线E相交于A,B两点,|AF|=2,|BF|=10,则p=( )
A.1 B.2 C.4 D.22
(2)设F为抛物线C:y2=3x的焦点,过点F且倾斜角为30°的直线交C于A,B两点,O为坐标原点,则△OAB的面积为( )
A. B. C. D.
[规律方法] 求抛物线焦点弦长的方法
(1)设直线方程时应注意讨论是否存在斜率.任何两点的弦长都可以用弦长公式求.
(2)抛物线y2=2px(p>0)的焦点弦的弦长可选用更简捷的弦长公式|AB|=x1+x2+p.
角度2 中点弦问题
【例3】 (1)已知直线y=x+1与抛物线x2=4y交于A,B两点,则弦AB的中点到准线的距离为( )
A.4 B. C.8 D.
(2)(2025·河南模拟)过抛物线y2=8x的焦点的直线交抛物线于A,B两点,若AB中点的横坐标为4,则|AB|=( )
A.16 B.12 C.10 D.8
[规律方法] 求抛物线“中点弦”问题的方法
(1)根与系数的关系法:联立直线和抛物线的方程得到方程组,消元得到一元二次方程后,由根与系数的关系及中点坐标公式求解.
(2)点差法:设直线与抛物线的交点(弦的端点)坐标为A(x1,y1),B(x2,y2),将这两点坐标分别代入抛物线的方程,并对所得两式作差,得到一个与弦AB的中点和直线AB的斜率有关的式子,可以大大减少计算量.
【对点练】
1.(角度1)已知抛物线y2=6x,直线l过抛物线的焦点,直线l与抛物线交于A,B两点,弦AB长为12,则直线l的方程为( )
A.y=x-或y=-x+
B.y=x-或y=-x+
C.y=x-或y=-x+
D.y=2x-或y=-2x+
2.(角度2)直线x-y-2=0与抛物线y2=2px(p>0)交于A,B两点,若线段AB被点M(4,2)平分,则抛物线的准线方程为________.
【微点拓展】
抛物线的常用结论及应用
设AB是过抛物线y2=2px(p>0)焦点F的弦,若A(x1,y1),B(x2,y2),则
(1)x1·x2=,y1y2=-p2.
(2)若A在第一象限,B在第四象限,则|AF|=,|BF|=,弦长|AB|=x1+x2+p=,S△AOB=(α为弦AB的倾斜角).
(3)+=.
(4)以弦AB为直径的圆与准线相切.
(5)以AF或BF为直径的圆与y轴相切.
(6)过焦点弦的端点的切线互相垂直且交点在准线上.
(7)通径:过焦点与对称轴垂直的弦长等于2p.
【典例】 过抛物线y2=4x的焦点F的直线l与抛物线交于A,B两点,若|AF|=2|BF|,则|AB|等于( )
A.4 B. C.5 D.6
【微练】 (1)直线y=x-1过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点F,且与C交于A,B两点,则|AB|=( )
A.2 B.4 C.6 D.8
(2)已知抛物线C:y2=16x,倾斜角为的直线l过焦点F且交抛物线于A,B两点,O为坐标原点,则△ABO的面积为________.
1.(多选题)(2024·新课标Ⅱ卷)抛物线C:y2=4x的准线为l,P为C上的动点.过P作⊙A:x2+(y-4)2=1的一条切线,Q为切点.过P作l的垂线,垂足为B,则( )
A.l与⊙A相切
B.当P,A,B三点共线时,|PQ|=
C.当|PB|=2时,PA⊥AB
D.满足|PA|=|PB|的点P有且仅有2个
2.(多选题)(2022·新课标Ⅱ卷)已知O为坐标原点,过抛物线C:y2=2px(p>0)焦点F的直线与C交于A,B两点,其中A在第一象限,点M(p,0),若|AF|=|AM|,则( )
A.直线AB的斜率为2
B.|OB|=|OF|
C.|AB|>4|OF|
D.∠OAM+∠OBM<180°
3.(多选题)(2022·新课标Ⅰ卷)已知O为坐标原点,点A(1,1)在抛物线C:x2=2py(p>0)上,过点B(0,-1)的直线交C于P,Q两点,则( )
A.C的准线为y=-1
B.直线AB与C相切
C.|OP|·|OQ|>|OA|2
D.|BP|·|BQ|>|BA|2
4.(2022·全国甲卷)设抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,点D(p,0),过F的直线交C于M,N两点.当直线MD垂直于x轴时,|MF|=3.
(1)求C的方程;
(2)设直线MD,ND与C的另一个交点分别为A,B,记直线MN,AB的倾斜角分别为α,β.当α-β取得最大值时,求直线AB的方程.
第八节 圆锥曲线的综合问题
第1课时 求值、定值问题
考点一
求几何图形的面积
【例1】 已知椭圆C的焦点分别为F1(-2,0),F2(2,0),长轴长为6,设直线y=x+2交椭圆C于A,B两点.
(1)求线段 AB的中点坐标;
(2)求△OAB的面积.
[规律方法] 圆锥曲线中几何图形的面积问题
(1)利用三角形面积公式(如果是其他凸多边形,可分割成若干个三角形分别求解),把要探求的几何图形的面积表示出来.
(2)利用题中的条件得到几何图形的面积表达式中的相关量之间的关系式,把这个关系式代入几何图形的面积表达式中,化简即可.
【训练1】 设动点P(x,y)与点F(,0)之间的距离和点P到直线l:x=的距离的比值为,记点P的轨迹为曲线C.
(1)求曲线C的方程;
(2)若O为坐标原点,直线y=x+1交曲线C于A,B两点,求△OAB的面积.
考点二
求斜率或代数式的值
【例2】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)经过点(3,-2),且C的一条渐近线的方程为y=x.
(1)求C的标准方程;
(2)若点P是C的左顶点,M(m,n)是C上与顶点不重合的动点,从下面两个条件中选一个,求直线PM与PN的斜率之积.
①M,N关于原点对称;②M,N关于y轴对称.
注:若选择多个条件分别解答,按第一个解答计分.
[规律方法] 参数法解决圆锥曲线中定值问题的步骤
【训练2】 在平面直角坐标系xOy中,动点P到点F(4,0)的距离等于点P到直线x+4=0的距离.
(1)求动点P的轨迹方程;
(2)记动点P的轨迹为曲线C,过点F的直线l与曲线C交于A,B两点,M(-4,0),直线AM的斜率为k1,直线BM的斜率为k2.证明:k1+k2为定值.
第2课时 定点、定直线问题
考点一
定点问题
【例1】 (2023·全国乙卷)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,点A(-2,0)在C上.
(1)求C的方程;
(2)过点(-2,3)的直线交C于点P,Q两点,直线AP,AQ与y轴的交点分别为M,N,证明:线段MN的中点为定点.
[规律方法] 求解直线或曲线过定点问题的基本思路
(1)把直线或曲线方程中的变量x,y当作常数看待,把方程一端化为零,既然是过定点,那么这个方程就要对任意参数都成立,这时参数的系数就要全部等于零,这样就得到一个关于x,y的方程组,这个方程组的解所确定的点就是直线或曲线所过的定点.
(2)由直线方程确定其过定点时,若得到了直线方程的点斜式y-y0=k(x-x0),则直线必过定点(x0,y0);若得到了直线方程的斜截式y=kx+m,则直线必过定点(0,m).
【训练1】 设A,B为曲线C:y2=4x上两点,A与B的横坐标之和为4.
(1)若A与B的纵坐标之和为4,求直线AB的方程;
(2)证明:线段AB的垂直平分线过定点.
考点二
定直线问题
【例2】 (2023·新课标Ⅱ卷)已知双曲线C的中心为坐标原点,左焦点为(-2,0),离心率为.
(1)求C的方程;
(2)记C的左、右顶点分别为A1,A2,过点(-4,0)的直线与C的左支交于M,N两点,M在第二象限,直线MA1与NA2交于点P.证明:点P在定直线上.
[规律方法] 定直线问题解题策略
定直线问题是指因图形变化或点的移动而产生的动点在定直线上的问题.证明动点在定直线上是圆锥曲线的常规题型,解决这类问题的核心在于确定定点的轨迹,其解题步骤一般是:
(1)联立方程消去参数.
(2)挖掘图形的对称性,解出动点的横坐标或纵坐标.
(3)将横、纵坐标分别用参数表示,再消参.
(4)设点,对方程变形解得定直线.
【训练2】 (2025·郑州调研)已知椭圆C:+=1.A1,A2分别为椭圆C的左、右顶点.直线l:x=my+1与椭圆C交于P,Q两点,直线A1P与A2Q交于点S.当直线l变化时,点S是否恒在一条定直线上?若是,求此定直线方程;若不是,请说明理由.
第3课时 最值、范围问题
考点一
最值问题
【例1】 已知动点P与平面上两定点A(-1,0),B(1,0)连线的斜率的积为定值-2.
(1)试求动点P的轨迹方程C;
(2)设直线l:y=2x+1与曲线C交于M,N两点,在曲线C上求一点P使△PMN的面积最大.
[规律方法] 圆锥曲线中最值问题的常见解法
(1)几何法,若题目的条件和结论能明显体现几何特征和意义,则考虑利用几何法来解决.
(2)代数法,若题目的条件和结论能体现某种明确的函数关系,将问题转化为二次函数或三角函数的最值问题,然后利用基本不等式、函数的单调性或三角函数的有界性等求最值.
【训练1】 (2023·全国甲卷)已知直线x-2y+1=0与抛物线C:y2=2px(p>0)交于A,B两点,且|AB|=4.
(1)求p;
(2)设F为C的焦点,M,N为C上两点,·=0,求△MFN面积的最小值.
考点二
范围问题
【例2】 已知椭圆的一个顶点A(0,-1),焦点在x轴上,离心率为.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设直线y=kx+m(k≠0)与椭圆交于不同的两点M,N.当|AM|=|AN|时,求m的取值范围.
[规律方法] 圆锥曲线取值范围问题的解题方法
(1)利用圆锥曲线的几何性质或判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围.
(2)利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系.
(3)利用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围.
(4)利用已知的不等关系构造不等式,从而求出参数的取值范围.
(5)利用求函数的值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从而确定参数的取值范围.
【训练2】 (2024·西安模拟)已知P为抛物线C:y2=2px(p>0)上的一点,直线x=my+n交C于A,B两点,且直线PA,PB的斜率之积为2.
(1)求C的准线方程;
(2)求m的最小值.
微突破十四
以圆锥曲线为载体的创新题
解决圆锥曲线创新题的关键在于理解试题的本质,把新情境下的概念、法则、运算转化到常规的数学背景中,运用相关的数学公式、定理、性质进行解答.
【例1】 加斯帕尔·蒙日(图①)是18~19世纪法国著名的几何学家,他在研究圆锥曲线时发现:椭圆的任意两条互相垂直的切线的交点都在同一个圆上,其圆心是椭圆的中心,这个圆被称为“蒙日圆”(图②).则椭圆C:+=1的蒙日圆的半径为____________.
[规律方法] 蒙日圆是一种重要的圆.本题也可直接运用二级结论求解.过椭圆+=1(a>b>0)上任意不同两点A,B作圆的切线,如果切线垂直且相交于P,则动点P的轨迹为圆x2+y2=a2+b2.
【例2】 (多选题)(2024·陕西榆林三模)在平面直角坐标系xOy中,把到定点F1(-a,0),F2(a,0)距离之积等于a2(a>0)的点的轨迹称为双纽线.若a=2,点P(x0,y0)为双纽线C上任意一点,则下列结论正确的是( )
A.C关于x轴不对称
B.C关于y轴对称
C.直线y=x与C只有一个交点
D.C上存在点P,使得|PF1|=|PF2|
[规律方法] 双纽线的相关概念
(1)概念:设两定点F1,F2之间的距离为2a,则到两定点距离之积为定值a2的点的轨迹就叫做双纽线.
(2)方程:以F1F2的中点为原点,建立坐标系,则点P的轨迹方程为(x2+y2)2=2a2(x2-y2).
【例3】 阿基米德(公元前287年~公元前212年)不仅是著名的物理学家,也是著名的数学家,他利用“逼近法”得到椭圆的面积除以圆周率等于椭圆的长半轴长与短半轴长的乘积.若椭圆C的对称轴为坐标轴,焦点在y轴上,且椭圆C的离心率为,面积为12π,则椭圆C的方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
[规律方法] 椭圆的面积
椭圆面积的计算公式是s=πab,其中s表示椭圆的面积,a是椭圆的长半轴长,b是短半轴长,π代表圆周率.椭圆的面积可以理解为将圆的面积通过拉伸变换得到.
【例4】 (2025·四川模拟)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,过点F的直线与C相交于点A,B,△AOB面积的最小值为(O为坐标原点).按照如下方式依次构造点Fn(n∈N*):F1的坐标为(p,0),直线AFn,BFn与C的另一个交点分别为An,Bn,直线AnBn与x轴的交点为Fn+1,设点Fn的横坐标为xn.
(1)求p的值;
(2)求数列{xn}的通项公式;
(3)数列{xn}中,是否存在连续三项(按原顺序)构成等差数列?若存在,指出所有这样的连续三项;若不存在,请说明理由.
[规律方法] 解决此类问题的步骤
(1)设直线AB:x=ty+与相关点的坐标,然后联立抛物线和直线方程,利用根与系数的关系,计算出需要的值,最后表示出面积,计算其最值,求出p=1即可.
(2)利用抛物线中点弦定理,求出相关直线方程,然后表示出xn,xn+1,找到两者之间的关系,最后利用其关系求得通项公式即可.
(3)利用等差中项的判断方式,判断数列{xn}不可能存在连续三项是等差数列.
增|分|训|练
1.(2024·河南二模)从椭圆C:+=1(a>b>0)外一点P(x0,y0)向椭圆引两条切线,切点分别为A,B,则直线AB称作点P关于椭圆C的极线,其方程为+=1.现有如图所示的两个椭圆C1,C2,离心率分别为e1,e2,C2内含于C1,椭圆C1上的任意一点M关于C2的极线为l,若原点O到直线l的距离为1,则e-e的最大值为( )
A. B. C. D.
2.(2025·浙江模拟)阿基米德螺线广泛存在于自然界中,具有重要作用.如图,在平面直角坐标系xOy中,螺线与坐标轴依次交于点A1(-1,0),A2(0,-2),A3(3,0),A4(0,4),A5(-5,0),A6(0,-6),A7(7,0),A8(0,8),并按这样的规律继续下去.
(1)求|A3A4|,|AnAn+4|(n∈N*);
(2)求证:不存在正整数n,使得三角形AnAn+1An+2的面积为2 026;
(3)求证:对于任意正整数n,三角形AnAn+1An+2为锐角三角形.
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