内容正文:
直线与圆锥曲线的位置关系
知识点一、直线与圆锥曲线的位置判断
将直线方程与圆锥曲线方程联立,消去y(或x),得到关于x(或y)的一元二次方程,则直线与圆锥曲线相交⇔Δ>0;直线与圆锥曲线相切⇔Δ=0;直线与圆锥曲线相离⇔Δ<0.
特别地,①与双曲线渐近线平行的直线与双曲线相交,有且只有一个交点.
②与抛物线的对称轴平行的直线与抛物线相交,有且只有一个交点.
知识点二、弦长公式
已知A(x1,y1),B(x2,y2),直线AB的斜率为k(k≠0),
则|AB|==|x1-x2|=,
或|AB|=|y1-y2|=.
知识点三、中点弦结论
1.已知M,N是椭圆C:+=1(a>b>0)上的两点,点O为坐标原点,且P是M,N的中点,则kMN·kOP=-.
2.若曲线为双曲线,其余条件不变,则kMN·kOP=.
3.若曲线为抛物线,P(x0,y0)为弦MN的中点:kMN=(开口向右),kMN=-(开口向左),kMN=(开口向上),kMN=-(开口向下).
题型一:直线与圆锥曲线的位置关系
例1.已知点和双曲线,过点且与双曲线只有一个公共点的直线有( )
A.2条 B.3条 C.4条 D.无数条
【答案】A【解析】由题意可得,双曲线的渐近线方程为,点是双曲线的顶点.
①若直线的斜率不存在时,直线的方程为,此时,直线与双曲线只有一个公共点,合乎题意;
②若直线的斜率存在,则当直线平行于渐近线时,直线与双曲线只有一个公共点.
若直线的斜率为,则直线的方程为,此时直线为双曲线的一条渐近线,不合乎题意.
综上所述,过点与双曲线只有一个公共点的直线共有条.
变式1.(多选)直线y=kx-k+与椭圆+=1的位置关系可能为( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.有3个公共点
答案 AB解析 直线y=kx-k+=k(x-)+恒过定点,又点在椭圆上,故直线与椭圆可能相交也可能相切.
变式2.过点作直线,使它与抛物线仅有一个公共点,这样的直线有( )
A.1条 B.2条 C.3条 D.4条
【答案】B【解析】当直线的斜率不存在时,直线,代入抛物线方程可,故直线与抛物线有两个交点.不满足要求,当直线的斜率存在时,设直线的方程为,由,消得,,当时,解得,直线与抛物线有且只有一个交点,符合题意;
当时,由,可得,即当时,符合题意.综上,满足条件的直线有2条.
题型二:中点弦问题
方向1:求中点弦所在直线方程问题;
例2-1.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为,短轴顶点分别为M,N,四边形MF1NF2的面积为32.
(1)求椭圆C的标准方程;(2)直线l交椭圆C于A,B两点,若AB的中点坐标为(-2,1),求直线l的方程.
解 (1)因为离心率e==,所以a=c,因为a2=b2+c2,所以b=c.因为四边形MF1NF2的面积为32,所以2bc=32,所以b=c=4,a=4,故椭圆C的标准方程为+=1.
(2)由题意得,直线l的斜率存在.设A(x1,y1),B(x2,y2),则
两式相减得+=0,所以=-·.因为AB的中点坐标为(-2,1),
所以=1,所以直线l的斜率为1,故直线l的方程为y-1=x+2,即x-y+3=0.
变式.抛物线:与直线交于,两点,且的中点为,则的斜率为 .
【答案】【解析】已知的中点为,设,两点坐标分别为,,则,可得,即,即又,所以.
方向2:对称问题
例2-2.已知椭圆的焦距为,左右焦点分别为、,圆与圆相交,且交点在椭圆E上,直线与椭圆E交于A、B两点,且线段AB的中点为M,直线OM的斜率为.
(1)求椭圆E的方程;(2)若,试问E上是否存在P、Q两点关于l对称,若存在,求出直线PQ的方程,若不存在,请说明理由.
【解析】(1)因为圆与圆相交,且交点在椭圆上,所以,,
设,,的中点,,①-② ,
,,则椭圆E的方程:;
(2)假设存在P、Q两点关于l对称,设直线PQ的方程为,
,,PQ中点,,
,,,即,
由N在l上,,此时,故存在P、Q两点关于l对称,直线PQ的方程为.
变式.已知椭圆的离心率为e,且过点和.(1)求椭圆C的方程;(2)若椭圆C上有两个不同点A,B关于直线对称,求.
【解析】(1)由题意知:,∴
,∴,所以椭圆;
(2) 设直线,联立, 整理得:
,则中点,满足直线方程,解得,所以AB:
联立 整理得:,由韦达定理知
由弦长公式得:.
方向3:斜率之积问题
例2-3.已知斜率为的直线与椭圆交于两点,线段的中点为,直线(为坐标原点)的斜率为,则( )
A. B. C. D.
【答案】D【解析】设点,则,因为,可得,又因为,所以.
变式.已知双曲线C:的左,右焦点分别是,,其中,过右焦点的直线l与双曲线的右支交与A,B两点,则下列说法中错误的是( )
A.弦AB的最小值为 B.若,则三角形的周长
C.若AB的中点为M,且AB的斜率为k,则
D.若直线AB的斜率为,则双曲线的离心率
【答案】D【解析】A.AB的最小值为通径为,故A正确;B.由双曲线的定义得,得,所以三角形的周长,故B正确;
C.设,,则,两式相减得,则,则,则,故C正确;
D若直线AB的斜率为,所以∴∴∴,所以选D不正确.
题型三:弦长问题
例3.已知直线与圆相切,且交椭圆于两点,若,则 .
【解析】设直线,直线与圆相切,,
将直线方程与椭圆方程联立,得,所以,因为,
所以,由对称性,不妨取,
变式.已知直线与椭圆在第二象限交于两点,且与轴、轴分别交于两点,若,,则的方程为 .
【答案】【解析】设,线段的中点为,
由,两式相减可得,即,又由,则,设直线的方程为,可得,所以,所以,所以,解得,因为,所以,可得,解得,所以直线的方程为.
题型四:面积问题
例4.已知焦点在x轴上的椭圆C:+=1(a>b>0),短轴长为2,椭圆左顶点A到左焦点F1的距离为1.(1)求椭圆C的标准方程;(2)设椭圆的右顶点为B,过F1的直线l与椭圆C交于点M,N,且S△BMN=,求直线l的方程.
解 (1)由得所以椭圆C的标准方程为+=1.
(2)由题意知,直线的斜率存在且不为0,F1(-1,0),B(2,0),设直线l的方程为x=my-1,
M(x1,y1),N(x2,y2),由得(3m2+4)y2-6my-9=0,
即y1+y2=,y1y2=.又S△BMN=|BF1|·|y1|+|BF1|·|y2|=|BF1|·|y1-y2|=|BF1|·==,解得m=±1,所以直线l的方程为x-y+1=0或x+y+1=0.
变式.已知为坐标原点,,,直线,的斜率之积为4,记动点的轨迹为.
(1)求的方程;(2)直线经过点,与交于,两点,线段中点为第一象限,且纵坐䏡为,求的面积.
【解析】(1)设点的坐标为,因为,,所以,化简得:所以的方程为:.
(2)当直线的斜率不存在时,显然不符合题意;设,,直线方程为,与联立得:,由且,解得且,由韦达定理得,因为线段中点在第一象限,且纵坐标为,所以,解得或(舍去),所以直线为,所以,所以,点到直线的距离,所以.
题型五:定点定值问题
例5.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的上顶点和两焦点构成的三角形为等腰直角三角形,且面积为2,点M为椭圆C的右顶点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若经过点P(t,0)的直线l与椭圆C交于A,B两点,实数t取何值时以AB为直径的圆恒过点M?
解 (1)由题意知解得b=c=,又a2=b2+c2,则a=2,所以椭圆C的方程为+=1.
(2)由(1)知M(2,0),若直线l的斜率不存在,则直线l的方程为x=t(-2<t<2),
此时A,B,由·=0得·=0,
解得t=或t=2(舍),即t=.若直线l的斜率存在,不妨设直线l:y=k(x-t),
A(x1,y1),B(x2,y2),联立得(1+2k2)x2-4k2tx+2k2t2-4=0.
所以x1+x2=,x1x2=.由题意知·=0,即(x1-2,y1)·(x2-2,y2)=0,
易得(1+k2)x1x2-(2+k2t)(x1+x2)+4+k2t2=0,即(1+k2)(2k2t2-4)-(2+k2t)·4k2t+
(4+k2t2)(1+2k2)=0,整理得k2(3t2-8t+4)=0,因为k不恒为0,故解得t=或t=2(舍),
综上,当t=时,以AB为直径的圆恒过点M.
变式:已知直线l:y=kx+3与双曲线C:-=1的右支交于不同的两点A和B,与y轴交于点P,且直线l上存在一点D满足=(D不与P重合).
(1)求实数k的取值范围;(2)证明:当k变化时,点D的纵坐标为定值.
(1)解 将直线方程y=kx+3代入双曲线方程-=1,化简整理得(1-4k2)x2-24kx-52=0,
Δ=(-24k)2+4×(1-4k2)×52=208-256k2,要使直线与双曲线的右支有两个不同的交点A和B,
则应满足解得-<k<-.所以实数k的取值范围为.
(2)证明 设A(x1,y1),B(x2,y2),D(x0,y0),则由(1)知,x1+x2=,x1x2=-.
由=,得=,所以x0===-,所以y0=kx0+3=-+3=-,所以点D的纵坐标为定值-.
【A级 基础巩固练】
1.已知双曲线的离心率为,的一条渐近线与圆交于,两点,则
A. B. C. D.
【答案】【解析】双曲线的离心率为,可得,所以,
所以双曲线的渐近线方程为:,一条渐近线与圆交于,两点,圆的圆心,半径为1,圆的圆心到直线的距离为:,所以.
2.已知直线kx-y+2=0与椭圆+=1恒有公共点,则实数m的取值范围为( )
A.(4,9] B.[4,+∞)
C.[4,9)∪(9,+∞) D.(9,+∞)
答案 C解析 直线kx-y+2=0过定点(0,2),所以+≤1,解得m≥4.①由于方程+=1表示椭圆,所以m>0且m≠9.②由①②得m的取值范围是[4,9)∪(9,+∞).
3.过点的直线与椭圆相交于,两点,设线段的中点为,若直线的斜率为,直线(为原点)的斜率为,则等于( ).
A. B.2 C. D.
【答案】D【解析】设,由于在椭圆上,
所以,两式相减并化简得,即.
4.直线l过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,且与C交于A,B两点,若使|AB|=2的直线l有且仅有1条,则p等于( )
A. B. C.1 D.2
答案 C解析 由抛物线的对称性知,要使|AB|=2的直线l有且仅有1条,
则AB必须垂直于x轴,故A,B两点坐标为,代入抛物线方程解得p=1.
5.直线x+4y+m=0交椭圆+y2=1于A,B两点,若线段AB中点的横坐标为1,则m等于( )
A.-2 B.-1 C.1 D.2
答案 A解析 ∵x+4y+m=0,∴y=-x-,设A(x1,y1),B(x2,y2),则两式相减得=-=-,∵AB中点的横坐标为1,则纵坐标为,将代入直线y=-x-,得m=-2.
6.已知椭圆C:+=1(a>)的离心率为,过点P的直线与椭圆C交于A,B两点,且满足|PA|=|PB|,若M为直线AB上任意一点,O为坐标原点,则|OM|的最小值为( )
A.1 B. C.2 D.2
答案 B解析 由题设,=,即=1-=1-=,可得a2=6>2,
过点P的直线与椭圆C交于A,B两点,且满足|PA|=|PB|,则P为线段AB的中点,
所以xA+xB=3,yA+yB=1,又+=1,+=1,则+=0,即=-,所以=-=-1,故直线AB的方程为y-=-,即x+y-2=0,所以|OM|的最小值为=.
7.已知为双曲线上两点,且线段的中点坐标为,则直线的斜率为 .
【解析】设,则,两式相减得,
由线段的中点坐标为,即,.
8.过椭圆内一点引一条恰好被点平分的弦,则这条弦所在直线的方程是
【答案】【解析】椭圆即,设弦的两端点分别为,,,,则,则,,两式作差可得:,
.直线过点,这条弦所在直线的方程是,即.
9.已知抛物线的焦点为F,过点F的直线与该抛物线交于A,B两点,,AB的中点横坐标为4,则 .
【答案】【解析】由抛物线定义知:,而AB的中点横坐标为4,即,
所以,即.
10.双曲线C的离心率为,且与椭圆有公共焦点.
(1)求双曲线C的方程.(2)双曲线C上是否存在两点A,B关于点(4,1)对称?若存在,求出直线AB的方程;若不存在,说明理由.
【解析】(1)椭圆:,所以双曲线.
所以双曲线的方程为.
(2)设,,两式相减并化简得,即,所以直线的方程为.
【B级 能力提升练】
11.(多选)关于双曲线C:-=1,下列说法正确的是( )
A.该双曲线与双曲线-=1有相同的渐近线
B.过点F(3,0)作直线l与双曲线C交于A,B,若|AB|=5,则满足条件的直线只有一条
C.若直线l与双曲线C的两支各有一个交点,则直线l的斜率k∈
D.过点P(1,2)能作4条直线与双曲线C仅有一个交点
答案 ACD解析 双曲线C:-=1的渐近线方程可表示为-=0,双曲线-=1的渐近线方程可表示为-=0,整理后都是y=±x,故A正确;由于双曲线的实轴长为2a=4,所以过焦点F与左右两支都相交的直线被双曲线截得的弦长的取值范围是[4,+∞),存在关于x轴对称的两种情况,使其弦长为5,另外当直线垂直于x轴时,经计算可得弦长正好是5,故满足条件的直线有三条,故B错误;由于双曲线的渐近线的斜率为±,焦点在x轴上,所以若直线l与双曲线C的两支各有一个交点,则直线l的斜率k∈,故C正确;由于点P(1,2)在双曲线的两条渐近线的上方,如图所示,故过点P能作4条直线与双曲线C仅有一个交点,其中两条与渐近线平行,另外两条与双曲线相切,故D正确.
12.已知点为抛物线的焦点,过点且倾斜角为的直线交抛物线于两点,若,则 .
【答案】/【解析】由题意知的方程为,代入的方程,得,
设,则;因为,且,所以,整理得,所以,结合,解得.
13.已知椭圆T:+=1(a>b>0)的长轴长是短轴长的2倍,过左焦点F作倾斜角为45°的直线交T于A,B两点,若|AB|=,则椭圆T的方程为________.
答案 +=1解析 ∵a=2b,则c=b,∴椭圆T:+=1,左焦点F(-b,0),
直线AB:y=x+b,设A(x1,y1),B(x2,y2),联立方程消去y得5x2+8bx+8b2=0,∴x1+x2=-b,x1x2=,|AB|==,可得b2=2,∴椭圆T:+=1.
14.已知抛物线C:的焦点为F,直线l:与抛物线C交于A,B两点.
(1)若,求的面积;
(2)若抛物线C上存在两个不同的点M,N关于直线l对称,求a的取值范围.
【解析】(1)抛物线的焦点为,时,直线,
联立,可得,设,,,,则,.
,点到直线的距离距离,
的面积.
(2)∵点,关于直线对称,∴直线的斜率为,∴可设直线的方程为,
联立,整理可得,由,可得,
设,,,,则,
故的中点为,∵点,关于直线对称,∴的中点,在直线上,
∴,得,∵,∴.综上,的取值范围为.
15.已知抛物线的顶点在坐标原点,焦点在轴的正半轴上,圆经过抛物线的焦点.
(1)求的方程;
(2)若直线与抛物线相交于两点,过两点分别作抛物线的切线,两条切线相交于点,求面积的最小值.
【解析】(1)由题意,设的方程为,因为圆经过抛物线的焦点,
所以,解得,所以的方程为.
(2)如图所示,设,则,联立方程组整理得,所以,且,
所以.由,可得,则,所以抛物线的过点A的切线方程是,将代入上式整理得,同理可得抛物线的过点的切线方程为由解得,所以,所以到直线的距离,所以的面积,当时,,
所以面积的最小值为.
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直线与圆锥曲线的位置关系
知识点一、直线与圆锥曲线的位置判断
将直线方程与圆锥曲线方程联立,消去y(或x),得到关于x(或y)的一元二次方程,则直线与圆锥曲线相交⇔Δ>0;直线与圆锥曲线相切⇔Δ=0;直线与圆锥曲线相离⇔Δ<0.
特别地,①与双曲线渐近线平行的直线与双曲线相交,有且只有一个交点.
②与抛物线的对称轴平行的直线与抛物线相交,有且只有一个交点.
知识点二、弦长公式
已知A(x1,y1),B(x2,y2),直线AB的斜率为k(k≠0),
则|AB|==|x1-x2|=,
或|AB|=|y1-y2|=.
知识点三、中点弦结论
1.椭圆的中点弦结论:
2.双曲线的中点弦结论:
3.抛物线的中点弦结论:
题型一:直线与圆锥曲线的位置关系
例1.已知点和双曲线,过点且与双曲线只有一个公共点的直线有( )
A.2条 B.3条
C.4条 D.无数条
变式1.(多选)直线y=kx-k+与椭圆+=1的位置关系可能为( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.有3个公共点
变式2.过点作直线,使它与抛物线仅有一个公共点,这样的直线有( )
A.1条 B.2条
C.3条 D.4条
题型二:中点弦问题
方向1:求中点弦所在直线方程问题;
例2-1.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为,短轴顶点分别为M,N,四边形MF1NF2的面积为32.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)直线l交椭圆C于A,B两点,若AB的中点坐标为(-2,1),求直线l的方程.
变式.抛物线:与直线交于,两点,且的中点为,则的斜率为 .
方向2:对称问题
例2-2.已知椭圆的焦距为,左右焦点分别为、,圆与圆相交,且交点在椭圆E上,直线与椭圆E交于A、B两点,且线段AB的中点为M,直线OM的斜率为.
(1)求椭圆E的方程;(2)若,试问E上是否存在P、Q两点关于l对称,若存在,求出直线PQ的方程,若不存在,请说明理由.
变式.已知椭圆的离心率为e,且过点和.
(1)求椭圆C的方程;(2)若椭圆C上有两个不同点A,B关于直线对称,求.
方向3:斜率之积问题
例2-3.已知斜率为的直线与椭圆交于两点,线段的中点为,直线(为坐标原点)的斜率为,则( )
A. B.
C. D.
变式.已知双曲线C:的左,右焦点分别是,,其中,过右焦点的直线l与双曲线的右支交与A,B两点,则下列说法中错误的是( )
A.
弦AB的最小值为
B.若,则三角形的周长
C.若AB的中点为M,且AB的斜率为k,则
D.若直线AB的斜率为,则双曲线的离心率
题型三:弦长问题
例3.已知直线与圆相切,且交椭圆于两点,若,则 .
变式.已知直线与椭圆在第二象限交于两点,且与轴、轴分别交于两点,若,,则的方程为 .
题型四:面积问题
例4. 已知焦点在x轴上的椭圆C:+=1(a>b>0),短轴长为2,椭圆左顶点A到左焦点F1的距离为1.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)设椭圆的右顶点为B,过F1的直线l与椭圆C交于点M,N,且S△BMN=,求直线l的方程.
变式.已知为坐标原点,,,直线,的斜率之积为4,记动点的轨迹为.
(1)
求的方程;
(2)直线经过点,与交于,两点,线段中点为第一象限,且纵坐䏡为,求的面积.
题型五:定点定值问题
例5.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的上顶点和两焦点构成的三角形为等腰直角三角形,且面积为2,点M为椭圆C的右顶点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若经过点P(t,0)的直线l与椭圆C交于A,B两点,实数t取何值时以AB为直径的圆恒过点M?
变式:已知直线l:y=kx+3与双曲线C:-=1的右支交于不同的两点A和B,与y轴交于点P,且直线l上存在一点D满足=(D不与P重合).
(1)求实数k的取值范围;(2)证明:当k变化时,点D的纵坐标为定值.
【A级 基础巩固练】
1.已知双曲线的离心率为,的一条渐近线与圆交于,两点,则
A. B.
C. D.
2.已知直线kx-y+2=0与椭圆+=1恒有公共点,则实数m的取值范围为( )
A.(4,9] B.[4,+∞)
C.[4,9)∪(9,+∞) D.(9,+∞)
3.过点的直线与椭圆相交于,两点,设线段的中点为,若直线的斜率为,直线(为原点)的斜率为,则等于( ).
A. B.2
C. D.
4.直线l过抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,且与C交于A,B两点,若使|AB|=2的直线l有且仅有1条,则p等于( )
A. B.
C.1 D.2
5.直线x+4y+m=0交椭圆+y2=1于A,B两点,若线段AB中点的横坐标为1,则m等于( )
A.-2 B.-1
C.1 D.2
6.已知椭圆C:+=1(a>)的离心率为,过点P的直线与椭圆C交于A,B两点,且满足|PA|=|PB|,若M为直线AB上任意一点,O为坐标原点,则|OM|的最小值为( )
A.1 B.
C.2 D.2
7.已知为双曲线上两点,且线段的中点坐标为,则直线的斜率为 .
8.过椭圆内一点引一条恰好被点平分的弦,则这条弦所在直线的方程是
9.已知抛物线的焦点为F,过点F的直线与该抛物线交于A,B两点,,AB的中点横坐标为4,则 .
10.双曲线C的离心率为,且与椭圆有公共焦点.
(1)求双曲线C的方程.
(2)双曲线C上是否存在两点A,B关于点(4,1)对称?若存在,求出直线AB的方程;若不存在,说明理由.
【B级 能力提升练】
11.(多选)关于双曲线C:-=1,下列说法正确的是( )
A.该双曲线与双曲线-=1有相同的渐近线
B.过点F(3,0)作直线l与双曲线C交于A,B,若|AB|=5,则满足条件的直线只有一条
C.若直线l与双曲线C的两支各有一个交点,则直线l的斜率k∈
D.过点P(1,2)能作4条直线与双曲线C仅有一个交点
12.已知点为抛物线的焦点,过点且倾斜角为的直线交抛物线于两点,若,则 .
13.已知椭圆T:+=1(a>b>0)的长轴长是短轴长的2倍,过左焦点F作倾斜角为45°的直线交T于A,B两点,若|AB|=,则椭圆T的方程为________.
14.已知抛物线C:的焦点为F,直线l:与抛物线C交于A,B两点.
(1)若,求的面积;
(2)若抛物线C上存在两个不同的点M,N关于直线l对称,求a的取值范围.
15.已知抛物线的顶点在坐标原点,焦点在轴的正半轴上,圆经过抛物线的焦点.
(1)求的方程;
(2)若直线与抛物线相交于两点,过两点分别作抛物线的切线,两条切线相交于点,求面积的最小值.
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