内容正文:
第6讲 解析几何
1.直线方程的五种形式
(1)点斜式:y-y1=k(x-x1)(直线过点P1(x1,y1),且斜率为k,不包括y轴和平行于y轴的直线).
(2)斜截式:y=kx+b(b为直线l在y轴上的截距,且斜率为k,不包括y轴和平行于y轴的直线).
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(5)一般式:Ax+By+C=0(其中A,B不同时为0).
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2.直线的两种位置关系
当不重合的两条直线l1和l2的斜率存在时:
(1)两直线平行l1∥l2⇔k1=k2.
(2)两直线垂直l1⊥l2⇔k1·k2=-1.
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4.圆的方程的两种形式
(1)圆的标准方程:(x-a)2+(y-b)2=r2.
(2)圆的一般方程:
x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0).
5.直线与圆、圆与圆的位置关系
(1)直线与圆的位置关系:相交、相切、相离,代数判断法与几何判断法.
(2)圆与圆的位置关系:相交、内切、外切、外离、内含,代数判断法与几何判断法.
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6.椭圆的标准方程及几何性质
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7.双曲线的标准方程及几何性质
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8.抛物线的标准方程及几何性质
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10.抛物线焦点弦的相关结论
设AB是过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的弦,若A(x1,y1),B(x2,y2),α为直线AB的倾斜角,则
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易错剖析 零失误
易错快攻一
忽视直线与圆锥曲线相交问题中的判别式
●易错剖析
易错点1:遗漏方程表示圆的充要条件
突破点:二元二次方程x2+y2+Dx+Ey+F=0表示圆的充要条件是D2+E2-4F>0,在此条件下,再根据其他条件求解.
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易错点2:解决截距问题忽略“0”的情形
突破点:解决直线在两坐标轴上的截距或截距具有某种倍数关系的问题时,需注意两点:
(1)截距不是距离,直线在坐标轴上的截距可正、可负、也可为0.
(2)明确直线方程的截距式不能表示过原点或与坐标轴垂直的直线.因此解题时应该从截距是否为0进行分类讨论.
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易错点3:忽视斜率不存在的情况
突破点:(1)在解决两直线平行的相关问题时,若利用l1∥l2⇔k1=k2求解,忽略k1,k2不存在的情况,就会导致漏解.
(2)对于解决两直线垂直的相关问题时,若利用l1⊥l2⇔k1·k2=-1求解,要注意其前提条件是k1与k2必须同时存在.
易错点4:忽略直线与圆锥曲线相交问题中的判别式
突破点:凡是涉及直线与圆锥曲线位置关系的问题,一定不能忘记对判别式的讨论.
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易错点5:忽视双曲线定义中的条件
突破点:双曲线的定义中,有两点是缺一不可的:其一,绝对值;其二,2a<|F1F2|.如果不满足第一个条件,动点到两定点的距离之差为常数,而不是差的绝对值为常数,那么其轨迹只能是双曲线的一支.
易错点6:忽视圆锥曲线定义中的焦点位置
突破点:椭圆的焦点位置由分母的大小确定,双曲线则是根据二次项系数的符号来确定的.解决此类问题时,一定要将方程化为曲线的标准形式.
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(Ⅱ)当切线PA,PB斜率存在时,设P(x0,y0),过
点P的直线l方程为y=k(x-x0)+y0,
与椭圆C联立得,(4k2+3)x2-8k(kx0-y0)x+4(kx0
-y0)2-12=0,
因为l与椭圆相切,
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所以Δ=64k2(kx0-y0)2-16[(kx0-y0)2-3](4k2+3)
则两切线PA,PB互相垂直,
综上,以AB为直径的圆过点P.
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(Ⅱ)当直线AB斜率存在时,设直线方程为y=mx+n,A(x1,y1),B(x2,y2),
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易错快攻二
遗漏直线的斜率不存在的情况
(1)求椭圆C的方程;
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【解析】 (1)结合蒙日圆的性质,
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(2)(ⅰ)当切线斜率存在且不为零时,设M(x0,y0),
设过点M(x0,y0)的切线方程为y-y0=k(x-x0),那么y=kx+(y0-kx0),
可得(3k2+1)x2+6k(y0-kx0)x+3[(y0-kx0)2-1]=0,
根据根的判别式Δ=36k2(y0-kx0)2-12(1+3k2)[(y0-kx0)2-1]=0,
可得3k2+1-(y0-kx0)2=0,
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(3)两点式:=(直线过点P1(x1,y1),P2(x2,y2),且x1≠x2,y1≠y2,不包括坐标轴和平行于坐标轴的直线).
(4)截距式:+=1(a,b分别为直线的横、纵截距,且a≠0,b≠0,不包括坐标轴、平行于坐标轴和过原点的直线).
3.三种距离公式
(1)A(x1,y1),B(x2,y2)两点间的距离|AB|=.
(2)点到直线的距离d=(其中点P(x0,y0),直线方程为Ax+By+C=0).
(3)两平行线间的距离d=(其中两平行线方程分别为l1:Ax+By+C1=0,l2:Ax+By+C2=0且C1≠C2).
标准方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
图形
几何
性质
范围
-a≤x≤a,-b≤y≤b
-b≤x≤b,-a≤y≤a
对称性
对称轴:x轴,y轴;对称中心:原点
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
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
线段A1A2,B1B2分别是椭圆的长轴和短轴;长轴长为2a,短轴长为2b
几何
性质
焦距
|F1F2|=2c
离心率
焦距与长轴长的比值:e== ∈(0,1)
a,b,c
的关系
c2=a2-b2
标准方程
-=1(a>0,b>0)
-=1(a>0,b>0)
图形
几何
性质
范围
|x|≥a,y∈R
|y|≥a,x∈R
对称性
对称轴:x轴,y轴;对称中心:原点
焦点
F1(-c,0),F2(c,0)
F1(0,-c),F2(0,c)
顶点
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
轴
线段A1A2,B1B2分别是双曲线的实轴和虚轴;实轴长为2a,虚轴长为2b
焦距
|F1F2|=2c
几何
性质
离心率
焦距与实轴长的比值:e== ∈(1,+∞)
渐近线
y=±x
y=±x
a,b,c
的关系
a2=c2-b2
标准方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
图形
几何
性质
对称轴
x轴
y轴
几何
性质
顶点
O(0,0)
焦点
F
F
F
F
准线方程
x=-
x=
y=-
y=
范围
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
离心率
e=1
9.双曲线的方程与渐近线方程的关系
(1)若双曲线的方程为-=1(a>0,b>0),则渐近线的方程为-=0,即y=±x.
(2)若渐近线的方程为y=±x(a>0,b>0),即±=0,则双曲线的方程可设为-=λ(λ≠0).
(3)若所求双曲线与双曲线-=1(a>0,b>0)有公共渐近线,其方程可设为-=λ(λ>0,焦点在x轴上;λ<0,焦点在y轴上).
(1)x1x2=,y1y2=-p2.
(2)弦长|AB|=x1+x2+p=.
(3)+=.
(4)以弦AB为直径的圆与准线相切.
1.(2025·驻马店校级模拟)已知焦点分别为F1,F2的椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,点M在C上,且△F1MF2面积的最大值为.
(1)求椭圆C的方程;
(2)过点P(cos θ,sin θ)(θ∈R)作椭圆C的两条切线PA,PB,
①求证:以AB为直径的圆过点P;
②求△APB面积的取值范围.
【解析】 (1)根据题意得
解得a=2,b=,c=1,
所以椭圆C的方程为+=1.
(2)点P(cos θ,sin θ)(θ∈R),所以点P的轨迹方程为x2+y2=7,
①证明:(Ⅰ)当切线PA,PB其中一条斜率不存在时,P(±2,±),此时AB在椭圆顶点处,PA⊥PB,故以AB为直径的圆过点P.
=48[(4-x)k2+2x0y0k-y+3]=0,
因为过点P作椭圆C的两条切线PA,PB,所以kPAkPB===-1,
②(Ⅰ)当直线AB斜率不存在时,P(±,0),又PA⊥PB,所以直线斜率为±1,
不妨取lPA:y=x-,联立+=1得7x2-8x
+16=0,解得A,
此时S△ABP=××=.
联立+=1得(3+4m2)x2+8mnx+4n2-12=0,
所以x1+x2=,x1x2=,
Δ=64m2n2-16(n2-3)(3+4m2)=16(12m2+9-3n2)>0,
|AB|==,
点P(x0,y0)到直线AB的距离d=,
S△ABP=|AB|d=,
又A(x1,y1),B(x2,y2),两条切线PA,PB的方程为lPA:+=1,lPB:+=1,
又切线PA,PB相交于点P(x0,y0),
所以+=1,+=1,
则直线AB的方程为lAB:+=1,
即y=-x+,所以m=-,n=,
整理得S△ABP=,
令=t,t∈(3,4],
S△ABP=g(t)=,g′(t)=,
所以g(t)在(3,4]上单调递增,则g(t)∈,
综上,△APB面积的取值范围.
2.(2025·辽宁模拟)法国数学家加斯帕尔·蒙日发现:椭圆的任意两条相互垂直的切线的交点都在同一个圆上,该圆的圆心是椭圆的中心,半径等于椭圆半长轴长与半短轴长的平方和的算术平方根,这个圆叫蒙日圆.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的蒙日圆方程为x2+y2=4,且椭圆的离心率为.
(2)过点M作椭圆C的两条切线,两切线斜率之积为,求M的轨迹方程Γ;
(3)在数学中,可利用“循环构造法”求方程的正整数解.例如:求二元二次方程x2-3y2=1的正整数解,通过(2-)n(2+)n=1,先找到该方程的初始正整数解记此解对应的点为P1(2,1),进一步可得点P2(7,4),P3(26,15),…,Pk(xk,yk),…,k∈N*.设由“循环构造法”得到方程Γ的正整数解对应的点列为:Q1(x1,y1),Q2(x2,y2),…,Qn(xn,yn),…,其中xk+1>xk,k∈N*,记∠QnOQn+1=θn,试判断·
tan θn,是否为定值?若是定值,求出该定值;若不是定值,请说明理由.
因为椭圆C:+=1(a>b>0)的蒙日圆方程为x2+y2=4,且椭圆的离心率为.
所以所以因此椭圆的方程为+y2=1.
联立切线方程和椭圆方程可得
可得出(3-x)k2+2x0y0k+(1-y)=0①,
因为方程①有两个不等根,那么x≠3,
并且根的判别式Δ′=4xy-4(3-x)(1-y)>0,可得x+3y-3>0,
设过点M的两条切线的斜率分别为k1、k2,那么k1k2==,整理可得x-2y=1,
又由于x+3y-3>0,且x-2y=1,以及3-x≠0,可得x>,并且x≠3,
那么|x0|>,并且|x0|≠,
因此Γ:x2-2y2=1,其中|x|≠并且|x|>.
(ⅱ)当切线斜率不存在或为零时,不满足题意.
综上所述,轨迹方程为x2-2y2=1.
(3)由于(3-2)(3+2)=32-8=1,因此Q1(3,2),
x-2y=(xn-yn)(xn+yn)=(3-2)n(3+2)n=1,
由于(3-2)n与(3+2)n的展开式中含的项互为相反数,不含的项相等,
因此可得
那么xn+1-yn+1=(3-2)(xn-yn)=3xn+4yn-(2xn+3yn),
因此可得
直线OQn+1的方程为yn+1x-xn+1y=0,那么||sin θn即为Qn到直线OQn+1的距离,
因此||sin θn=,
所以可得·OQn+1tan θn=||·|OQn+1|sin θn=|xnyn+1-xn+1yn|
=|xn(2xn+3yn)-(3xn+4yn)yn|=2|x-2y|=2,
因此·OQn+1tan θn为定值2.
$