内容正文:
第63讲 圆锥曲线中的定值与定点问题
第二课时 定点问题
2027届高考一轮复习数学
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【知识要点】
定点的探索与证明问题
(1)探索直线过定点时,可设出直线方程为y=kx+b,然后利用条件建立b,k的等量关系进行消元,借助直线系的思想找出定点.
(2)从特殊情况入手,先探求定点,再证明这个定点与变量无关.
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考点1 直线过定点
例1 (2025·山东青岛·二模)设点A,B在椭圆C:+=1上,点P(1,1),直线PA,PB均与圆O:x2+y2=r2(0<r<1)相切,记直线PA,PB的斜率分别为k1,k2.
(1)证明:k1k2=1;
(2)证明:直线AB过定点.
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(1)证明:k1k2=1;
[解析] (1)设直线PA的方程为y=k1x-k1+1,
直线PB的方程为y=k2x-k2+1,
由题知=r,
所以(1-k1)2=r2(1+),
所以(1-r2)-2k1+1-r2=0,
同理,(1-r2)-2k2+1-r2=0,
所以k1,k2是方程(1-r2)x2-2x+1-r2=0的两根,所以k1k2=1.
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(2)证明:直线AB过定点.
[解析](2)设A(x1,y1),B(x2,y2),设直线AB的方程为y=kx+m,
将y=kx+m代入+=1得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-3=0,
所以x1+x2=-,①
x1x2=,②
所以y1+y2=k(x1+x2)+2m=,③
y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+km(x1+x2)+m2=,④
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又因为k1k2=×===1,⑤
将①②③④代入⑤,化简得3k2+4km+m2+2m-3=0,
所以3k2+4km+(m+3)(m-1)=0,所以(m+3k+3)(m+k-1)=0,
若m+k-1=0,则直线AB:y=kx+1-k=k(x-1)+1,此时AB过点P,舍去;
若m+3k+3=0,则直线AB:y=kx-3-3k=k(x-3)-3,此时AB恒过点(3,-3),
所以直线AB过定点(3,-3).
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[小结]圆锥曲线中定点问题的两种解法
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1.已知双曲线C的对称中心为坐标原点,对称轴为坐标轴,其一条渐近线方程为y=-2x,且点E(,-4)在双曲线C上.
(1)求双曲线C的方程;
(2)已知M(-3,0),N(3,0),过点N的直线与双曲线C的右支交于P,Q两点,直线PM与直线x=交于点A.证明:直线AQ恒过定点;
对应训练
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(1)求双曲线C的方程;
[解析] (1)因为点E(,-4)在渐近线y=-2x上方,
所以双曲线C的焦点在x轴上,
设双曲线C的方程为-=1(a>0,b>0).
由题知解得a2=1,b2=8,
故双曲线C的方程为x2-=1.
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(2)已知M(-3,0),N(3,0),过点N的直线与双曲线C的右支交于P,Q两点,直线PM与直线x=交于点A.证明:直线AQ恒过定点;
[解析] (2)因为P,Q两点在双曲线C的右支,所以直线PQ与x轴不重合,
设直线PQ的方程为x=my+3,P(x1,y1),Q(x2,y2).
联立方程得(8m2-1)y2+48my+64=0,
则Δ=(48m)2-4(8m2-1)×64=256(m2+1)>0,y1+y2=-,y1y2=,
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直线PM的方程为y=(x+3),令x=,得点A的坐标为,
所以直线AQ的方程为(y-y2)=(x-x2),
令y=0,得直线AQ与x轴交点的横坐标
x=x2-==
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=
=
=
=
==.
故直线AQ恒过定点.
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考点2 曲线过定点
例2 (2025·云南省玉溪市、保山市·三模)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F(2,0),点P(2,)在C上.
(1)求双曲线C的方程;
(2)若一条直线与双曲线恰有一个公共点,且该直线与双曲线的渐近线不平行,则定义该直线为双曲线的切线,定义该公共点为切线的切点,设直线l是双曲线C上任意一点的切线,点F关于直线l的对称点为M,证明:动点M的轨迹过定点(±2-2,0).
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(1)求双曲线C的方程;
[解析] (1)∵双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F(2,0),点P(2,)在C上.
所以c=2,且
解得a2=b2=2,所以双曲线的方程为-=1.
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(2)若一条直线与双曲线恰有一个公共点,且该直线与双曲线的渐近线不平行,则定义该直线为双曲线的切线,定义该公共点为切线的切点,设直线l是双曲线C上任意一点的切线,点F关于直线l的对称点为M,证明:动点M的轨迹过定点(±2-2,0).
[解析] (2)①当双曲线的切线l斜率不存在时,
若l:x=±,易得点M(±2-2,0);
②当双曲线的切线l斜率存在时,
设l:y=kx+n,
联立消y得(1-k2)x2-2knx-n2-2=0,
由1-k2≠0,Δ=0,得n2+2=2k2.
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设点F(2,0)关于直线l:y=kx+n的对称点M(x1,y1),
则解得
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代入n2+2=2k2,得+2=2.
化简得(+-4)2+8=8(2-x1)2,
展开得++16-8-8+2+8=32-32x1+8,
即++2=16-32x1+16,
化简得(+)2-(4x1-4)2=0,即(++4x1-4)(+-4x1+4)=0.
当+-4x1+4=0时,即(x1-2)2+=0,M点的轨迹为点(2,0)与F重合,不合题意;
当++4x1-4=0时,即(x1+2)2+=8,
所以M点的轨迹是以点(-2,0)为圆心,2为半径的圆,
即M点的轨迹为(x+2)2+y2=8,所以M点的轨迹过定点(±2-2,0).
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[小结]求解曲线过定点问题的基本思路
把曲线方程中的变量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.
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2.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的焦点F在抛物线y2=8x的准线上,且椭圆C经过点A(,1).
(1)求椭圆C的方程;
(2)设椭圆C的左、右顶点分别为A1,A2,过A1,A2分别作长轴的垂线l1,l2,椭圆C的一条切线l:y=kx+t与直线l1,l2分别交于M,N两点.求证:以MN为直径的圆经过定点F.
对应训练
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(1)求椭圆C的方程;
[解析] (1)抛物线y2=8x的准线为x=-2,
所以F(-2,0),即c=2,
又因为椭圆C经过点A(,1),
所以解得a2=8,b2=4,
所以椭圆C的方程为+=1.
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(2)设椭圆C的左、右顶点分别为A1,A2,过A1,A2分别作长轴的垂线l1,l2,椭圆C的一条切线l:y=kx+t与直线l1,l2分别交于M,N两点.求证:以MN为直径的圆经过定点F.
[解析] (2)由(1)知,A1(-2,0),A2(2,0),
所以l1:x=-2,l2:x=2,联立
消y得(2k2+1)x2+4ktx+2t2-8=0,
因为直线l为椭圆C的一条切线,
所以Δ=(4kt)2-4(2k2+1)(2t2-8)=0,
整理得8k2-t2+4=0,故t2-8k2=4,
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因为l与直线l1,l2分别交于M,N两点,
设M(-2,y1),N(2,y2),
所以=(-2+2,y1),=(2+2,y2),
则·=y1y2-4,
因为y1=-2k+t,y2=2k+t,
则y1y2=t2-8k2=4,
所以·=y1y2-4=4-4=0,
所以FM⊥FN,即∠MFN=90°,
所以以MN为直径的圆经过定点F.
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