内容正文:
微练(二十四) 直线与圆锥曲线的位置关系
基础过关练
一、单项选择题
1.若直线y=x-1与椭圆x2+3y2=a有且只有一个公共点,那么a的值为(C)
A. B. C. D.1
解析 因为方程x2+3y2=a表示的曲线为椭圆,则a>0,将直线y=x-1的方程与椭圆的方程联立,得可得4x2-6x+3-a=0,则Δ=36-4×4×(3-a)=16a-12=0,解得a=.
2.已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点到准线的距离为1,若抛物线C上存在关于直线l:x-y-2=0对称的不同两点P和Q,则线段PQ的中点坐标为(A)
A.(1,-1) B.(2,0)
C. D.(1,1)
解析 因为焦点到准线的距离为p,则p=1,所以抛物线方程为y2=2x.设点P(x1,y1),Q(x2,y2),则则(y1-y2)(y1+y2)=2(x1-x2),所以kPQ=.又因为P,Q关于直线l对称.所以kPQ=-1,即y1+y2=-2,所以=-1.又因为PQ的中点一定在直线l上,所以=+2=1.所以线段PQ的中点坐标为(1,-1).
3.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左焦点为F,过点F的直线x-y+=0与椭圆C相交于不同的两点A,B.若P为线段AB的中点,O为坐标原点,直线OP的斜率为-,则椭圆C的方程为(B)
A.+y2=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析 因为直线x-y+=0过点F(-,0),所以c=且kAB=1,可得kAB=-·=-·=1,所以=,即a2=2b2=b2+c2,所以b=c=,a=2,所以椭圆C的方程为+=1.故选B.
4.已知直线l:x-2y-2=0与椭圆C:+=1(a>b>0)相交于A,B两点.若弦AB被直线m:x+2y=0平分,则椭圆C的离心率为(C)
A. B. C. D.
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),因为弦AB被直线m:x+2y=0平分,设中点坐标为(x0,y0),所以+2×=x0+2y0=0 ①,因为点A,B在直线l:x-2y-2=0上,代入可得两式相减可得x1-x2=2(y1-y2) ②,又点A,B在椭圆上,代入可得两式相减可得+=0,代入①②可得+=0,得a2=4b2,又椭圆中a2=b2+c2,所以离心率e===,故选C.
5.(2025·安阳模拟)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,上顶点为P,离心率为.过点F1且垂直于PF2的直线与C交于M,N两点,|MN|=6,则|PM|+|PN|=(D)
A.4 B.5 C.6 D.7
解析
如图,连接PF1,MF2,NF2.因为e==,即a=2c,b2=a2-c2=3c2,因为|PF1|=|PF2|=a=2c=|F1F2|,则△PF1F2为正三角形.又MN⊥PF2,则直线MN为线段PF2的垂直平分线,故|PM|=|MF2|,|PN|=|NF2|,且∠NF1F2=,故直线MN的方程为y=,代入椭圆C的方程+=1,得13x2+8cx-32c2=0.设M(x1,y1),N(x2,y2),则x1+x2=-,x1·x2=-,则|MN|====6,解得c=,则a=2c=,所以|PM|+|PN|=|MF2|+|NF2|=|MF2|+|NF2|+|MF1|+|NF1|-|MN|=4a-6=13-6=7.故选D.
6.(2025·广东二模)从双曲线x2-=1上一点M向该双曲线的两条渐近线作垂线,垂足分别为A,B,已知|MA|+|MB|=2,则|AB|=(A)
A. B. C. D.
解析
根据双曲线具有的对称性,不妨设双曲线上第一象限的点M(m,n),m>0,n>0,则由双曲线可得渐近线方程为y=±x,即y±x=0,所以由点到直线的距离公式可得:|MA|=,|MB|=,由|MA|+|MB|=2,得+=2⇒|n-m|+n+m=4,由双曲线上第一象限的点可知0<n<m,所以上式可变形得2m=4,即m=,则代入双曲线的方程得:2-=1⇒n=1,则过点M作渐近线y=x的垂线可得方程为:y-1=-⇒y=-x+,与渐近线y=x联立解得:即得A,再过点M作渐近线y=-x的垂线可得方程为:y-1=⇒y=x+,与渐近线y=-x联立解得:即得B,所以|AB|==,故选A.
二、多项选择题
7.(2025·广东模拟)已知椭圆C:+y2=1的左、右焦点分别为F1,F2,直线l:y=x+m与C交于A,B两点,其中O为坐标原点,则(BD)
A.C的离心率为
B.△AF1F2的周长为2+2
C.△OAB面积的最大值为
D.若=+,则点Q在定直线上
解析 设椭圆+y2=1的长半轴为a,短半轴为b,半焦距为c,a=,b=1,c==1,所以椭圆C的离心率e==,故A错误;△AF1F2的周长为2a+2c=2+2,故B正确;设A(x1,y1),B(x2,y2),联立整理得3x2+4mx+2m2-2=0,由Δ=16m2-4×3(2m2-2)>0,解得m2<3,此时x1+x2=-,x1x2=,所以|AB|=×=×=,点O到直线l的距离d=,所以△OAB的面积S=××=×≤×=,当且仅当3-m2=m2,即m=±时,△OAB的面积取最大值,故C错误;设Q(x,y),由=+,有(x,y)=(x1+x2,y1+y2),即因为x1+x2=-,所以y1+y2=x1+x2+2m=,故于是有y=-x,所以点Q在定直线y=-x上,故D正确.故选BD.
8.(2025·黄冈联考)设抛物线C:y2=4x的焦点为F,准线为l,经过点F的直线交C于A,B两点,O为坐标原点,则下列说法正确的是(BD)
A.若|FA|=3|FB|,则直线AB的倾斜角为60°
B.以线段AB为直径的圆与l相切
C.存在直线AB,使得OA⊥OB
D.若直线AO交l于点D,则BD⊥l
解析 对于A选项,抛物线y2=4x的焦点F(1,0),准线l:x=-1.设直线AB的方程为x=my+1,A(x1,y1),B(x2,y2).联立消去x得y2-4my-4=0,则y1+y2=4m,y1y2=-4.
由抛物线的定义知|FA|=x1+1,|FB|=x2+1.因为|FA|=3|FB|,所以x1+1=3(x2+1),即my1+2=3(my2+2).又y1y2=-4,y1+y2=4m,联立可解得m=±,则直线AB的斜率k=±,倾斜角为60°或120°,所以A选项错误.对于B选项,如图,设AB的中点为M,过A,B,M分别作准线l的垂线,垂足分别为A′,B′,M′.根据抛物线的定义,|AA′|=|FA|,|BB′|=|FB|,则|MM′|=(|AA′|+|BB′|)=(|FA|+|FB|)=|AB|.所以以线段AB为直径的圆与l相切,B选项正确.对于C选项,=(x1,y1),=(x2,y2),若OA⊥OB,则·=x1x2+y1y2=0.由y=4x1,y=4x2,可得x1x2==1,则1-4=-3≠0,所以不存在直线AB使得OA⊥OB,C选项错误.对于D选项,直线AO的方程为y=x,令x=-1,得y=-.因为y=4x1,所以y=-=-.又y1y2=-4,则y=y2,所以D点的纵坐标与B点的纵坐标相同,即BD⊥l,D选项正确.故选BD.
三、填空题
9.(2025·四川三模)过抛物线C:y2=4x的焦点F的直线l交抛物线C于A,B两点,若|AB|=8,则线段AB的中点到y轴的距离为_3_.
解析 由题意得F(1,0),设A(x1,y1),B(x2,y2),则|AB|=x1+x2+2=8,解得x1+x2=6,则线段AB的中点横坐标为=3,故线段AB的中点到y轴的距离为3.
10.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的右焦点为F,下顶点为A,过A,F的直线l与椭圆C交于另一点B,若直线l的斜率为1,且|AB|=,则椭圆C的标准方程为 +=1 .
解析
如图,设F(c,0),由题意知,b=c,a=c,直线l的方程为y=x-c,与椭圆C的方程联立化简得3x2-4cx=0,所以xA=0,xB=c,故|AB|=·|xB-xA|=c=,解得c=,所以b=,a=2,椭圆C的方程为+=1.
四、解答题
11.(2025·蚌埠模拟)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,点P在椭圆C上.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)过点Q(0,6)的直线(非y轴)交椭圆于A,B两点,以AB为直径的圆经过原点O,求直线AB的方程.
解 (1)由e==,得a=2c,则a2=4c2=b2+c2,所以b2=3c2,将点P代入椭圆方程得+=1,解得c2=3,所以椭圆的标准方程为+=1.
(2)依题意直线AB斜率存在,设直线AB的方程为y=kx+6,并设点A,B的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2).
解法一:联立方程消去y得(3+4k2)x2+48kx+108=0,
依题意,Δ=(48k)2-4×108(4k2+3)=144(4k2-9)>0,所以|k|>,且x1+x2=,x1x2=,依题意·=0,即x1x2+(kx1+6)(kx2+6)=0,整理得(k2+1)x1x2+6k(x1+x2)+36=0,从而(k2+1)·+6k·+36=0,所以216-36k2=0,解得k1=-,k2=,满足|k|>.从而直线AB的方程为y=±x+6.
解法二:将y=kx+6即6=y-kx代入3x2+4y2=36,得3x2+4y2=(y-kx)2,整理得,32+2k+3-k2=0,依题意,Δ=(2k)2-4×3(3-k2)>0,所以|k|>,依题意,·==-1,解得k=±,满足|k|>,所以直线AB的方程为y=±x+6.
12.(2025·烟台二模)已知双曲线Γ:-=1(a>0,b>0)的焦距为4,点(,1)在Γ上.
(1)求Γ的方程;
(2)设过Γ的左焦点F1的直线交Γ的左支于点A,B,过Γ的右焦点F2的直线交Γ的右支于点C,D,若以A,B,C,D为顶点的四边形是面积为4的平行四边形,求直线AB的方程.
解 (1)由双曲线Γ:-=1(a>0,b>0)的焦距为4,点(,1)在Γ上,可得2c=4,所以c=2,且-=1,又因为c2=a2+b2,即a2+b2=4,联立方程组解得a2=3,b2=1,所以Γ的方程为-y2=1.
(2)由题意知,四边形ABCD为平行四边形,可得直线AB与CD平行,当直线AB斜率不存在时,令x=2,代入双曲线方程-y2=1,可得y=±,此时四边形ABCD为矩形,面积为4×=,不合题意;当直线AB斜率存在时,如图,设直线AB的方程为y=k(x+2),则直线CD方程为y=k(x-2),直线AB和CD的距离d=,设A(x1,y1),B(x2,y2),联立方程组整理得(1-3k2)x2-12k2x-12k2-3=0,则Δ=12(k2+1)>0,且x1+x2=,x1x2=,又由双曲线的渐近线的方程为y=±x,要使得过Γ的左焦点F1的直线交Γ的左支于点A,B,可得k2>,则|AB|=|x1-x2|===,所以S▱ABCD=|AB|×d=×==4,化简可得7k4-8k2+1=0,解得k2=,或k2=1,因为k2>,所以k2=1,解得k=±1,故直线AB的方程为y=±(x+2),即x-y+2=0或x+y+2=0.
能力提升练
13.(2025·浙江联考)抛物线y2=4x的焦点为F,过点M(,0)的直线与抛物线相交于A,B两点,与抛物线的准线相交于点C.若|BF|=3,则=(A)
A. B. C. D.
解析 由抛物线y2=4x得抛物线的焦点为F(1,0),准线方程为x=-1,设A(x1,y1),B(x2,y2),过A,B分别作抛物线的准线的垂线,垂足分别为E,N,则|BF|=|BN|=x2+1=3,所以x2=2,把x2=2代入y2=4x,可得y2=±2,即点B或B.当点B(2,-2)时,点A在x轴上方,即y1>0,如图①,由y=4x1,可得y1=2,即A(x1,2),因为M(,0)且kAM=kMB,即=,所以x1=3,所以|AE|=3+1=4,所以==.当点B(2,2)时,点A在x轴下方,即y1<0,如图②,由y=4x1,可得y1=-2,即A(x1,-2),因为M(,0)且kAM=kMB,即=,解得x1=3,所以|AE|=3+1=4,所以==.综上,可得=.故选A.
① ②
学科网(北京)股份有限公司
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