内容正文:
考点突破 强技能
第53讲 圆锥曲线的综合问题
第1课时 圆锥曲线中的定点、定值问题
复习目标
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.根据解析几何问题和图形的特点,用代数语言把几何问题转化为代数问题.
3.根据对解析几何问题(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,从而达到解决解析几何问题.
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考点一定点问题
【例1】(2023·全国乙卷)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率是,点A(-2,0)在C上.
(1)求C的方程;
(2)过点(-2,3)的直线交C于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.
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【解析】
(1)由题意可得解得
所以椭圆方程为+=1.
(2)由题意可知,直线PQ的斜率存在,设PQ:y=k(x+2)+3,P(x1,y1),Q(x2,y2),
联立方程组消去y得:(4k2+9)x2+8k(2k+3)x+16(k2+3k)=0,
则Δ=64k2(2k+3)2-64(4k2+9)(k2+3k)=-1 728k>0,解得k<0,
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可得x1+x2=-,
x1x2=,
因为A(-2,0),则直线AP:y=(x+2),
令x=0,解得y=,即M(0,),
同理可得N(0,),
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则=+
=
==
==3,
所以线段MN的中点是定点(0,3).
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解题技法
求解直线或曲线过定点问题的基本思路
(1)直线或曲线过定点问题,解法:引入参变量建立直线或曲线方程,再根据其对参变量恒成立,令其系数等于零,得出定点.
(2)由直线方程确定其过定点时,若得到直线的点斜式方程y-y0=k(x-x0),则直线必过定点(x0,y0);若得到直线的斜截式方程y=kx+m,则直线必过定点(0,m).
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【训练1】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)经过点(,1),且渐近线方程为y=±x.
(1)求C的方程;
(2)若抛物线x2=2py(p>0)与C的右支交于点A,B,证明:直线AB过定点.
【解析】(1)因为双曲线C:-=1(a>0,b>0)经过点(,1),且渐近线方程为y=±x,
所以-=1,=1,
解得a=b=,
所以C的方程为-=1.
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(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),
则=2py1,=2py2,
由
可得y2-2py+2=0,
Δ=4p2-8>0,
所以y1+y2=2p,y1y2=2,
所以x1x2=·=2p,
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因为kAB==,
所以直线AB的方程为y-y1=(x-x1),
即y=x-x1+y1=x-=x-,
所以直线AB过定点(0,-).
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考点二定值问题
【例2】已知P是圆C:(x+2)2+y2=12上的一个动点,定点M(2,0),线段PM的垂直平分线n与直线PC交于点T,记点T的轨迹为C'.
(1)求证:点T的轨迹为双曲线.
(2)求C'的方程.
(3)若直线l与曲线C'恰有一个公共点,且l与直线l1:y=x,l2:y=-x分别交于A,B两点,试证明△OAB的面积是定值(O为坐标原点).
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【解析】(1)由C:(x+2)2+y2=12,可知C(-2,0),圆C的半径r=2,
连接TM(图略),因为线段PM的垂直平分线n与直线PC交于点T,
所以|TP|=|TM|,
所以|TM|=|TC|+2或|TC|=|TM|+2,所以||TM|-|TC||=2<|CM|=4,
所以由双曲线的定义可知,点T的轨迹是以(2,0),(-2,0)为焦点的双曲线.
(2)设双曲线方程为-=1(a>0,b>0),
易知2a=2,c=2,
所以a=,c=2,b==1,
所以C'的方程为-y2=1.
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(3)当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y=kx+m,
因为直线l与直线l1:y=x,l2:y=-x分别交于A,B两点,所以k≠±.
由得关于x的方程(1-3k2)x2-6mkx-3m2-3=0,
因为k≠±,
所以1-3k2≠0,
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因为直线l与曲线C'恰有一个公共点,
所以Δ=36m2k2+4(1-3k2)(3m2+3)=0,
即3k2=m2+1.
由
得x=-,
即xA=-.
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同理可得xB=-,
则|AB|=·|xA-xB|=,
又原点O到直线l的距离d=,所以S△OAB=|AB|d=.
因为3k2=m2+1,所以S△OAB=.
当直线l的斜率不存在时,直线l的方程为x=±,又渐近线方程为y=±x,
此时|AB|=2,S△OAB=××2=.
综上,△OAB的面积为定值.
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解题技法
圆锥曲线中的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.
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【训练2】 (1)(2025·南通模拟)在平面直角坐标系xOy中,点P到点F(,0)的距离与到直线l:x=的距离之比为,记动点P的轨迹为W.
①求W的方程;
②过W上两点A,B作斜率均为-的两条直线,与W的另两个交点分别为C,D.若直线AB,CD的斜率分别为k1,k2,求证:k1k2为定值.
【解析】①设P(x,y),由题意可知,=⇒+y2=1,
所以W的方程为+y2=1.
②设A(x0,y0),C(x1,y1),
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所以AC的方程为y=-(x-x0)+y0,代入椭圆方程⇒x2+4[(x2-2x0x+)+-(x-x0)y0]=4,
所以2x2-(2x0+4y0)x++4+4x0y0-4=0,
所以x2-(x0+2y0)x+2x0y0=0,
所以x1x0=2x0y0,
所以x1=2y0,所以C(2y0,),
同理设B(x0',y0'),D(x2,y2),
所以D(2y0',),
所以k1k2=kAB·kCD=·=,为定值.
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(2)(2025·厦门模拟)已知A,B分别是椭圆C:+=1(a>b>0)的右顶点和上顶点,|AB|=,直线AB的斜率为-.
①求椭圆的方程;
②直线l∥AB,与x轴交于点M,与椭圆相交于点C,D,求证:|CM|2+|MD|2为定值.
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【解析】①A,B分别是椭圆C:+=1(a>b>0)的右顶点和上顶点,可得A(a,0),B(0,b),
因为|AB|=,所以|AB|==,
直线AB的斜率为-,
所以=-,解得a=2,b=1,
所以椭圆的方程为+y2=1.
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②设直线l的方程为y=-x+m,
则M(2m,0),
与椭圆方程联立
可得x2-2mx+2m2-2=0,
由Δ=(2m)2-4(2m2-2)=8-4m2>0得-<m<,
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设C(x1,y1),D(x2,y2),
可得x1+x2=2m,x1x2=2m2-2,
|CM|2+|MD|2=(x1-2m)2++(x2-2m)2+=-4mx1+4m2+(-x1+m)2+-4mx2+4m2+
(-x2+m)2=(x1+x2)2-x1x2-5m(x1+x2)+10m2=5m2-(2m2-2)-10m2+10m2=5,
所以|CM|2+|MD|2为定值.
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