第八章 重难突破二 突破7 圆锥曲线中的探索与综合创新性问题(教师用书Word)-【正禾一本通】2026年新高考数学高三一轮总复习高效讲义(湘教版)
2025-12-03
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 数学 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 教案-讲义 |
| 知识点 | 圆锥曲线综合 |
| 使用场景 | 高考复习-一轮复习 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | DOCX |
| 文件大小 | 259 KB |
| 发布时间 | 2025-12-03 |
| 更新时间 | 2025-12-03 |
| 作者 | 山东正禾大教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 正禾一本通·高考一轮总复习高效讲义 |
| 审核时间 | 2025-12-03 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/55205923.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
该高中数学高考复习讲义聚焦圆锥曲线中的探索与综合创新性问题,涵盖存在性探究、新定义曲线、性质综合应用等核心考点,按题型分角度构建知识体系,通过考点梳理、方法总结、真题精讲、分层练习四个环节,帮助学生建立解题框架,突破思维难点。
讲义采用“假设-推证-验证”探究模式,如在点线存在性问题中引导学生用待定系数法列方程推证,培养数学思维与逻辑推理能力。设置基础巩固与综合创新分层训练,结合2024年新课标真题解析,助力学生高效掌握解题策略,为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供系统支持。
内容正文:
突破7 圆锥曲线中的探索与综合创新性问题
探究、存在性问题:先假设存在,用待定系数法设出,列出关于待定系数的方程组,推证满足条件的结论,若方程组有实数解,则元素(点、直线、曲线或参数)存在;否则,元素(点、直线、曲线或参数)不存在.要注意的是:(1)当条件和结论不唯一时要分类讨论;(2)当给出结论而要推导出存在的条件时,先假设成立,再推出条件;(3)当条件和结论都不知,按常规方法解题很难时,要开放思维,采取另外合适的方法.
圆锥曲线中的综合创新问题的一般解题步骤:(1)明确新定义:首先仔细阅读题目,明确新定义的内容、符号及其含义;(2)联系常规知识:将新定义与圆锥曲线的第一、第二定义或标准方程等常规知识联系起来,找出它们的相似之处或转换关系;(3)建立数学模型:根据新定义,建立相应的数学模型或方程,利用解析几何或代数方法进行求解;(4)验证与推理:在求解过程中,注意验证每一步推理的正确性,确保最终答案符合题目要求;(5)灵活应用:对于复杂问题,可能需要综合运用多种数学知识和方法,灵活应对.
题型一 探索性问题
角度1 点、线的存在性问题
已知椭圆C:9x2+y2=m2(m>0),直线l不过原点O且不平行于坐标轴,l与C有两个交点A,B,线段AB的中点为M.
(1)证明:直线OM的斜率与l的斜率的乘积为定值;
(2)若l过点,延长线段OM与C交于点P,四边形OAPB能否为平行四边形?若能,求此时l的斜率;若不能,说明理由.
解:(1)证明:设直线l:y=kx+b(k≠0,b≠0),A(x1,y1),B(x2,y2),M(xM,yM).
将y=kx+b代入9x2+y2=m2,得(k2+9)x2+2kbx+b2-m2=0,Δ>0,
故xM==,yM=kxM+b=.
于是直线OM的斜率kOM==-,即kOM·k=-9.
所以直线OM的斜率与l的斜率的乘积为定值.
(2)四边形OAPB能为平行四边形.
因为直线l过点,所以l不过原点且与C有两个交点的充要条件是k>0,k≠3.
由(1)得OM的方程为y=-x.
设点P的横坐标为xP.
由得=,即xP=.
将点的坐标代入直线l的方程得b=,因此xM=.
四边形OAPB为平行四边形,当且仅当线段AB与线段OP互相平分,即xP=2xM.
于是=2×,解得k1=4-,k2=4+.
所以当直线l的斜率为4-或4+时,四边形OAPB为平行四边形.
点、线存在性问题的求解方法
1.解决存在性问题通常采用“肯定顺推法”,将不确定性问题明朗化.一般步骤如下:
第一步:假设满足条件的曲线(直线或点等)存在,用待定系数法设出;
第二步:列出关于待定系数的方程(组);
第三步:若方程(组)有实数解,则曲线(直线或点等)存在,否则不存在.
2.反证法与验证法也是求解存在性问题常用的方法.
角度2 含参数的存在性问题
如图,椭圆C:+=1(a>b>0)经过点P,离心率e=,直线l的方程为x=4.
(1)求椭圆C的方程;
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(2)AB是经过右焦点F的任一弦(不经过点P),设直线AB与直线l相交于点M,记PA,PB,PM的斜率分别为k1,k2,k3.问:是否存在常数λ,使得k1+k2=λk3?若存在,求λ的值;若不存在,说明理由.
解:(1)由椭圆C:+=1(a>b>0)经过点P,可得+=1(a>b>0),①
由离心率e=得=,即a=2c,则b2=3c2,②
代入①解得c=1,a=2,b=,
故椭圆的方程为+=1.
(2)法一:由题意可设AB的斜率为k,则直线AB的方程为y=k(x-1),③
代入椭圆方程+=1并整理得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=,x1x2=,④
在方程③中,令x=4得,M的坐标为(4,3k),
从而k1=,k2=,k3==k-,
注意到A,F,B共线,则有k=kAF=kBF,即有==k,
所以k1+k2=+
=+-
=2k-×,⑤
④代入⑤得k1+k2=2k-×=2k-1,
又k3=k-,所以k1+k2=2k3,
故存在常数λ=2符合题意.
法二:设B(x0,y0)(x0≠1),则直线FB的方程为y=(x-1),
令x=4,求得M,
从而直线PM的斜率为k3=,
联立得A,
则直线PA的斜率k1=,直线PB的斜率为k2=,
所以k1+k2=+=2×=2k3,
故存在常数λ=2符合题意.
含参数的存在性问题的求解方法
求解含参数的存在性问题时,通常的方法是首先假设满足条件的参数值存在,然后利用这些条件并结合题目的其他已知条件进行推理与计算,若不出现矛盾,并且得到了相应的参数值,就说明满足条件的参数值存在;若在推理与计算中出现了矛盾,则说明满足条件的参数值不存在,同时推理与计算的过程就是说明理由的过程.
对点练.已知中心在坐标原点O的椭圆C经过点A(2,3),且点F(2,0)为其右焦点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)是否存在平行于OA的直线l,使得直线l与椭圆C有公共点,且直线OA与l的距离等于4?若存在,求出直线l的方程;若不存在,请说明理由.
解:(1)依题意,可设椭圆C的方程为+=1(a>b>0),且可知左焦点F'的坐标为(-2,0),
所以解得
又a2=b2+c2,所以b2=12,
所以椭圆C的方程为+=1.
(2)假设存在符合题意的直线l,其方程为y=x+t(t≠0).
由消去y,整理得3x2+3tx+t2-12=0.
因为直线l与椭圆C有公共点,
所以Δ=(3t)2-4×3(t2-12)≥0,
解得-4≤t≤4,且t≠0.
又因为直线OA与l的距离d=4,得=4,
解得t=±2.
因为±2∉[-4,0)∪(0,4],
所以符合题意的直线l不存在.
题型二 圆锥曲线的综合性问题
角度1 定义新曲线
(多选)(2024·新课标Ⅰ卷)设计一条美丽的丝带,其造型可以看作图中的曲线C的一部分.已知C过坐标原点O.且C上的点满足横坐标大于-2,到点F(2,0)的距离与到定直线x=a(a<0)的距离之积为4,则( )
A.a=-2
B.点(2,0)在C上
C.C在第一象限的点的纵坐标的最大值为1
D.当点在C上时,y0≤
答案:ABD
解析:对于A,设曲线上的动点P,则x>-2且×=4,因为曲线过坐标原点,故×=4,解得a=-2,故A正确;对于B,又曲线方程为×=4,而x>-2,故×=4.当x=2,y=0时,×=8-4=4,故在曲线上,故B正确;对于C,由曲线的方程可得y2=-,取x=,则y2=-,而--1=-=>0,故此时y2>1,故曲线C在第一象限的点的纵坐标的最大值大于1,故C错误;对于D,当点在曲线上时,由C的分析可得=-≤,故-≤y0≤,故D正确.故选ABD.
(2024·山东青岛三模)在平面内,若直线l将多边形分为两部分,多边形在l两侧的顶点到直线l的距离之和相等,则称l为多边形的一条“等线”,已知O为坐标原点,双曲线E:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,E的离心率为2,点P为E右支上一动点,直线m与曲线E相切于点P,且与E的渐近线交于A,B两点,当PF2⊥x轴时,直线y=1为△PF1F2的等线.
(1)求E的方程;
(2)若y=x是四边形AF1BF2的等线,求四边形AF1BF2的面积.
解:(1)由题意知F1,F2,显然点P在直线y=1的上方,故P,
因为直线y=1为△PF1F2的等线,所以-1=2,e==2,c2=a2+b2,
解得a=1,b=,所以E的方程为x2-=1.
(2)设P(x0,y0),当m的斜率存在时,设切线m:y-y0=k,代入x2-=1得,
x2+2kx-(k2+-2kx0y0+3)=0,
故[2k(kx0-y0)]2+4(3-k2)(k2+-2kx0y0+3)=0,
该式可以看作关于k的一元二次方程k2-2x0y0k++3=0,
所以k===,即m的方程为x0x-=1(*).
当m的斜率不存在时,也成立.
渐近线方程为y=±x,不妨设A在B上方,
联立得xA=,xB=,故xA+xB=+=2x0,
所以P是线段AB的中点,因为F1,F2到过O的直线距离相等,
则过O点的等线必定满足:A,B到该等线距离相等,
且分居两侧,所以该等线必过点P,即OP的方程为y=x,
由解得故P.
所以yA=xA===+3,
所以yB=-xB=-==-3,
所以=6,所以=·=2=12.
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角度2 定义新性质
(2024·江西新余二模)通过研究,已知对任意平面向量=,把绕其起点A沿逆时针方向旋转θ角得到向量=(xcos θ-ysin θ,xsin θ+ycos θ),叫做把点B绕点A逆时针方向旋转θ角得到点P.
(1)已知平面内点A,点B,把点B绕点A逆时针旋转得到点P,求点P的坐标;
(2)已知二次方程x2+y2-xy=1的图形是由平面直角坐标系下某标准椭圆+=1绕原点O逆时针旋转所得的斜椭圆C.
(ⅰ)求斜椭圆C的离心率;
(ⅱ)过点Q作与两坐标轴都不平行的直线l1交斜椭圆C于点M,N,过原点O作直线l2与直线l1垂直,直线l2交斜椭圆C于点G,H,判断+是否为定值,若是,请求出定值,若不是,请说明理由.
解:(1)由已知可得=,则=,
设P=,则=(x0+,y0-2)=,
所以x0=6,y0=3,即点P的坐标为.
(2)(ⅰ)由y=x与x2+y2-xy=1交点为和,则a2=2,
由y=-x与x2+y2-xy=1交点为和,
则b2=,所以c2=,e==.
(ⅱ)+是定值.理由如下:
设直线l1:y-=k,M,N(x2,y2),
与斜椭圆x2+y2-xy=1联立:
有x2+x+-1=0,
因为x1+x2=·,
x1x2=·,
所以=
==,
设直线l2:y=-x,代入斜椭圆x2+y2-xy=1,
有x2+x2+x2=1,
所以x2=,
所以=,
故+=+=2.
角度3 知识创新融合
(2024·新课标Ⅱ卷)已知双曲线C:x2-y2=m,点P1在C上,k为常数,0<k<1.按照如下方式依次构造点Pn:过Pn-1作斜率为k的直线与C的左支交于点Qn-1,令Pn为Qn-1关于y轴的对称点.记Pn的坐标为.
(1)若k=,求x2,y2;
(2)证明:数列是公比为的等比数列;
(3)设Sn为△PnPn+1Pn+2的面积,证明:对任意的正整数n,Sn=Sn+1.
解:(1)由已知有m=52-42=9,故C的方程为x2-y2=9.
当k=时,过P1且斜率为的直线为y=,与x2-y2=9联立得到x2-=9.
解得x=-3或x=5,所以该直线与C的不同于P1的交点为Q1,该点显然在C的左支上.
故P2,从而x2=3,y2=0.
(2)证明:由于过Pn且斜率为k的直线为y=k+yn,与x2-y2=9联立,得到方程x2-[k+yn]2=9,
化简即得x2-2kx--9=0,由于Pn是直线y=k+yn和x2-y2=9的公共点,故方程必有一根x=xn.
从而根据韦达定理,另一根x=-xn=,相应的y=k+ yn=.
所以该直线与C的不同于Pn的交点为Qn,而注意到Qn的横坐标亦可通过韦达定理表示为,故Qn一定在C的左支上.
所以Pn+1.
这就得到xn+1=,yn+1=.
所以xn+1-yn+1=-
=-==.
再由-=9,就知道x1-y1≠0,所以数列是公比为的等比数列.
(3)证明:法一:先证明一个结论:对平面上三个点U,V,W,若==,则S△UVW=.(若U,V,W在同一条直线上,约定S△UVW=0)
证明:S△UVW=·sin<>
=·
=·
=
=
=
==
=.
证毕,回到原题.
由于上一小问已经得到xn+1=,yn+1=,
故xn+1+yn+1=+==.
再由-=9,就知道x1+y1≠0,所以数列是公比为的等比数列.
所以对任意的正整数m,都有
xnyn+m-ynxn+m
=[(xnxn+m-ynyn+m)+(xnyn+m-ynxn+m)]-[(xnxn+m-ynyn+m)-(xnyn+m-ynxn+m)]
=(xn-yn)(xn+m+yn+m)-(xn+yn)(xn+m-yn+m)
=-(xn+yn)(xn-yn)
=
=.
而又有= = ,
故利用前面已经证明的结论即得
Sn=S△PnPn+1Pn+2=|-(xn+1-xn)(yn+2-yn+1)+(yn+1-yn)(xn+2-xn+1)|
=|(xn+1-xn)(yn+2-yn+1)-(yn+1-yn)(xn+2-xn+1)|
=|(xn+1yn+2-yn+1xn+2)+(xnyn+1-ynxn+1)-(xnyn+2-ynxn+2)|
=.
这就表明Sn的取值是与n无关的定值,所以Sn=Sn+1.
法二:由于上一小问已经得到xn+1=,yn+1=,
故xn+1+yn+1=+==.
再由-=9,就知道x1+y1≠0,所以数列是公比为的等比数列.
所以对任意的正整数m,都有
xnyn+m-ynxn+m
=[(xnxn+m-ynyn+m)+(xnyn+m-ynxn+m)]-[-]
=-(xn+yn)(xn+m-yn+m)
=-(xn+yn)(xn-yn)
=
=.
这就得到xn+2yn+3-yn+2xn+3==xnyn+1-ynxn+1,
以及xn+1yn+3-yn+1xn+3==xnyn+2-ynxn+2.
两式相减,即得-(xn+1yn+3-yn+1xn+3)=(xnyn+1-ynxn+1)-(xnyn+2-ynxn+2),
移项得到xn+2yn+3-ynxn+2-xn+1yn+3+ynxn+1=yn+2xn+3-xnyn+2-yn+1xn+3+xnyn+1.
故=(yn+2-yn+1)(xn+3-xn).
而==,
所以和平行,这就得到=,即Sn=Sn+1.
课时测评74 圆锥曲线中的探索与综合创新性问题
(时间:60分钟 满分:100分)
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
(每小题8分,共24分)
1.已知抛物线C:y2=4x,O为原点,过A(4,0)的任意直线l,与抛物线C交于点M,N两点,则△MON为( )
A.钝角三角形
B.直角三角形
C.锐角三角形
D.钝角、直角、锐角三角形均有可能
答案:B
解析:设直线l的方程为x=my+4.联立方程所以y2-4my-16=0,令M(x1,y1),N(x2,y2).所以y1+y2=4m,y1y2=-16.又·=x1x2+y1y2=·(my2+4)+y1y2=m2y1y2+4m(y1+y2)+16+ y1y2=0.所以OM⊥ON,故△MON为直角三角形.故选B.
2.(多选)已知F1,F2为椭圆E:+=1的左、右焦点,P在E上,下列说法正确的是( )
A.△F1PF2的周长为6
B.·=-
C.存在点P,使得|PF1|=2
D.存在点P,使得PF1⊥PF2
答案:AC
解析:根据题意得a=2,b=,c2=a2-b2=1,F1(-1,0),F2(1,0),对于A,△F1PF2的周长为|PF1|+|PF2|+|F1F2|=2a+2c=6,故A正确;对于B,设P(x,y),所以+=1,则·= ·==≠-,故B错误;对于C,设P(x,y),要存在点P,使得|PF1|=2,则=2,即(x+1)2+y2=4,即(x+1)2+3=4,解得x=0(x=-8舍去),所以存在点P,使得|PF1|=2,故C正确;对于D,要使存在点P,使得PF1⊥PF2,即·=0,则点P在以F1F2为直径的圆上,且|F1F2|=2,所以点P为以F1F2为直径的圆与椭圆的交点,而椭圆的短半轴长为>r==1,所以不存在点P,故D错误.故选AC.
3.若双曲线x2-=1上存在两个点关于直线l:y=kx+4(k>0)对称,则实数k的取值范围为 .
答案:∪
解析:依题意,双曲线上两点A(x1,y1),B(x2,y2),若点A,B关于直线l:y=kx+4(k>0)对称,则设直线AB的方程是x=-ky+n,代入双曲线方程x2-=1,化简得(3k2-1)y2-6kny+3n2-3=0,则Δ=36k2n2-4(3k2-1)(3n2-3)>0,且3k2-1≠0,解得3k2-1+n2>0,且3k2-1≠0.又y1+y2=,设AB的中点是D(x0,y0),所以y0==,x0=-ky0+n=-.因为AB的中点D在直线l:y=kx+4(k>0)上,
所以=k·+4,所以nk=3k2-1.
又3k2-1≠0,所以nk≠0,即k≠0,n≠0,所以n=,所以3k2-1+>0,整理得(3k2-1)(4k2-1)>0,解得0<k<或k>,所以实数k的取值范围为∪.
4.(18分)(2024·山东日照模拟)已知抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点为F,E为C上的动点,EQ垂直于动直线y=t(t<0),垂足为Q,当△EQF为等边三角形时,其面积为4.
(1)求C的方程;(6分)
(2)设O为原点,过点E的直线l与C相切,且与椭圆+=1交于A,B两点,直线OQ与AB交于点M,试问:是否存在t,使得|AM|=|BM|?若存在,求t的值;若不存在,请说明理由.(12分)
解: (1)因为△EQF为等边三角形时,其面积为4,
所以×|EQ|2sin=4,解得|EQ|=4,
根据|EF|=|EQ|和抛物线的定义可知,Q落在准线上,即y=t=-,
设准线和y轴交点为H,易证∠HFQ=,
于是|FQ|cos=2=|FH|=p,
所以C的方程为x2=4y;
(2)假设存在t,使得|AM|=|BM|,则M为线段AB的中点,
设E,依题意得Q(x0,t),则kOQ=,由y=可得y'=,
所以切线l的斜率为kl=x0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB的中点M,
由可得+=0,
所以+=0,
整理可得:·=-,
即kl·kOM=-,所以x0·kOM=-,
可得kOM=-,又因为kOQ=kOM=,
所以当t=-1时,kOQ=kOM=-,此时O,M,Q三点共线,满足M为AB的中点.当x0=0时,结论亦成立.综上,存在t=-1,使得|AM|=|BM|.
5.(18分)(2025·河南南阳一模)在椭圆(双曲线)中,任意两条互相垂直的切线的交点都在同一个圆上,该圆的圆心是椭圆(双曲线)的中心,半径等于椭圆(双曲线)长半轴(实半轴)与短半轴(虚半轴)平方和(差)的算术平方根,则这个圆叫蒙日圆.已知椭圆E:+=1(a>b>0)的蒙日圆的面积为13π,该椭圆的上顶点和下顶点分别为P1,P2,且=2,设过点Q的直线l1与椭圆E交于A,B两点(不与P1,P2两点重合)且直线l2:x+2y-6=0.
(1)证明:AP1,BP2的交点P在直线y=2上;(6分)
(2)求直线AP1,BP1,l2围成的三角形面积的最小值.(12分)
解:(1)证明:根据题意,蒙日圆的半径为,所以a2+b2=13.
因为=2,可知b=1,则a=2,
所以椭圆E的标准方程为+y2=1,
因为直线l1过点Q,可知直线l1的斜率存在,且直线l1与椭圆必相交,
可设直线l1:y=kx+,A,B,
联立方程消去y可得x2+12kx-9=0,
由根与系数的关系可得,x1+x2=-,x1x2=- .
因为P1,P2,可得直线AP1:y=x+1,直线BP2:y=x-1,
所以=====
=
==,
即=,解得y=2,
所以直线AP1,BP2的交点P在直线y=2上.
(2)设直线l2与直线AP1,BP1的交点分别为C,D,
则由(1)可知:直线AP1:y=x+1,直线BP1:y=x+1.
联立方程和
解得x3=,x4= ,
因为===,
又因为点P1到直线l2的距离d==,
可得S=|CD|·d=|CD|,只需求的最小值.
由弦长公式可得==
=2×=2×
=×.
令3k+1=t,则k=,
可得×=×=× ≥×=,
当且仅当=,即k=时等号成立.
即的最小值为,可得△P1CD面积的最小值为.
故直线AP1,BP1,l2围成的三角形面积的最小值为.
6.(20分)已知A(x1,y1),B(x2,y2)是抛物线C:x2=2py(p>0)上不同两点.
(1)若抛物线C的焦点为F,D(x0,y0)为AB的中点,且|AF|+|BF|=4+2y0,求抛物线C的方程;(6分)
(2)若直线AB与x轴交于点P,与y轴的正半轴交于点Q,且y1y2=,是否存在直线AB,使得+=?若存在,求出直线AB的方程;若不存在,请说明理由.(14分)
解:(1)由抛物线的定义得|AF|+|BF|=y1+y2+p=2y0+p=4+2y0,所以p=4,
所以所求抛物线C的方程为x2=8y.
(2)假设存在直线AB,使得+=.由题意得AB的斜率存在,设AB:y=kx+m(k≠0,m>0),则点Q(0,m),
联立方程组得x2-2pkx-2pm=0,
所以x1+x2=2pk,x1x2=-2pm,
所以y1y2=m2=,所以m=,y1+y2=k(x1+x2)+2m=2pk2+2m,
作AA'⊥x轴,BB'⊥x轴,垂足分别为A',B',如图.
因为+=,
所以+=3,所以+=3,
所以+=====3.
所以k2=,所以k=±,
所以存在直线AB:y=±x+符合题意.
7.(20分)(2025·河南信阳模拟)在空间解析几何中,可以定义曲面(含平面)S的方程,若曲面S和三元方程F=0之间满足:①曲面S上任意一点的坐标均为三元方程F=0的解;②以三元方程F=0的任意解为坐标的点均在曲面S上,则称曲面S的方程为F=0,方程F=0的曲面为S.已知空间中某单叶双曲面C的方程为+-=1,双曲面C可视为平面xOz中某双曲线的一支绕z轴旋转一周所得的旋转面,已知直线l过C上一点Q,且以d=为方向向量.
(1)指出xOy平面截曲面C所得交线是什么曲线,并说明理由;(4分)
(2)证明:直线l在曲面C上;(5分)
(3)若过曲面C上任意一点,有且仅有两条直线,使得它们均在曲面C上.设直线l'在曲面C上,且过点T,求异面直线l与l'所成角的余弦值.(11分)
解:(1)根据坐标平面xOy内点的坐标的特征可知,坐标平面xOy的方程为z=0,
已知曲面C的方程为+-=1,
当z=0时,xOy平面截曲面C所得交线上的点M(x,y,0)满足x2+y2=1,
即=1,
也即M在平面xOy上到原点距离为定值1,
从而xOy平面截曲面C所得交线是平面xOy上,以原点O为圆心,1为半径的圆.
(2)证明:设P是直线l上任意一点,
由d=均为直线l的方向向量,有∥d,
从而存在实数λ,使得=λd,即=λ,
则解得
所以点P的坐标为(1-2λ,1,2-4λ),
于是+-=1-4λ+4λ2+1-(1-4λ+4λ2)=1,
因此点P的坐标总是满足曲面C的方程,且Q在曲面C上,从而直线l在曲面C上.
(3)直线l'在曲面C上,且过点T,
设M是直线l'上任意一点,直线l'的方向向量为d'=(a,b,c),
由d',均为直线l'的方向向量,有∥d',
从而存在实数t,使得=td',即(x1-,y1,z1-2)=t,
则解得
所以点M的坐标为(+at,bt,2+ct),
因为M在曲面C上,所以+-=1,
整理得t2+t=0,
由题意,对任意的t,有t2+(2a-c)t=0恒成立,
所以a2+b2-=0,且2a-c=0,
所以c=2a,b=a,或c=2a,b=-a,
不妨取a=-,则c=-4,b=-,或c=-4,b=,
所以d'=(-,-,-4),或d'=(-,-4),
又直线l的方向向量为d=(-2,0,-4),
则异面直线l与l'所成角的余弦值均为==.
学生用书⬇第256页
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