内容正文:
专题01 定义、轨迹与焦点弦
目 录
解题通法—明晰核心解法,助力能力迁移
题型归纳—精讲典型题法,夯实解题根基
题型一、定义与焦点三角形
题型二、焦半径与焦点弦
题型三、离心率求值与范围
题型四、轨迹方程
压轴挑战—攻克高难压轴,突破思维上限
解题通法—明晰核心解法,助力能力迁移
圆锥曲线的定义是整章的地基.第一定义给出“到两定点距离之和(差)为常数”,第二定义给出“到焦点与准线距离之比为 ”;焦点三角形、焦半径、焦点弦的绝大多数结论,都可以由定义直接推出,不必死记.解题时先问“能不能用定义搬家”,往往比联立方程少一半运算.
本专题按四个模型展开:定义与焦点三角形、焦半径与焦点弦、离心率求值与范围、轨迹方程.通法上强调三点:定义优先、几何条件代数化、设而不求;凡涉及范围,最后必须用 判别式、曲线隐含范围或三角形不等式检验端点,避免“算得出、不成立”的假解.
题型归纳—精讲典型题法,夯实解题根基
题型一、定义与焦点三角形
典例1 已知椭圆 的上顶点为 ,两个焦点为 ,离心率为 .过 且垂直于 的直线与 交于 两点,若 ,则 的周长为 .
【答案】
【分析】本题考查椭圆的定义与焦点弦.先用 表示 ,求出弦 的斜率,再把 用 表示;最后用椭圆定义把 转化为 .
【详解】解:由 得 ,,故 ,,.
因为 ,所以直线 的斜率为 ,其方程为 .
代入椭圆方程并整理得 ,设 ,,则 ,,
,
由 得 .
由椭圆定义,,,且点 在线段 上,,所以
,
故 的周长为 .故答案为:.
题型模版
1.特征:以焦点三角形、焦半径、焦点弦为载体,求周长、面积、离心率或标准方程.
2.方法:椭圆用 ,双曲线用 ,抛物线用 ;焦点三角形面积 (椭圆)、(双曲线),其中 .
3.提醒:过焦点的弦与椭圆上另一顶点构成的三角形,周长常直接等于 ;先找“定值”,再算具体长度,比硬解交点更快.
变式1-1 设双曲线 的左、右焦点分别为 ,离心率为 . 是 上一点,且 ,若 的面积为 ,则 .
【答案】
【详解】解:设 ,.由双曲线定义 ,又 ,所以 .
由 得 ,于是
,
所以 ,即 .
又 ,所以 ,.故答案为:.
变式1-2 已知 为椭圆 的两个焦点, 为 上关于坐标原点对称的两点,且 ,则四边形 的面积为 .
【答案】
【详解】解:,,,.
因为 关于原点对称, 也关于原点对称,且 ,所以四边形 的对角线互相平分且相等,是矩形.
设 ,,则 .在矩形中 ,故 .
于是 ,,故四边形 的面积为 .故答案为:.
变式1-3 已知 是双曲线 上的一点, 是 的两个焦点.若 ,则 的取值范围是 .
【答案】
【详解】解:,,,故 ,.
.
由 在双曲线上得 ,代入得
,
所以 .故答案为:.
变式1-4 双曲线 的右焦点为 ,点 在 的一条渐近线上, 为坐标原点.若 ,则 的面积为 .
【答案】
【详解】解:,,,渐近线为 .
由 知 在线段 的垂直平分线上,所以 .
不妨取 在 上,则 .
所以 .故答案为:.
题型二、焦半径与焦点弦
典例2 已知点 和抛物线 ,过 的焦点且斜率为 的直线与 交于 两点.若 ,则 .
【答案】
【分析】本题考查抛物线的焦点弦与角度条件.设 、,把“ 为直角”翻译成向量数量积为零,是避免开方与余弦定理的关键.
【详解】解: 的焦点为 ,直线 .
代入 得 ,设 ,,则
.
又 ,,所以 ,.
由 得 ,即
.
展开并代入韦达定理:,即
,
所以 ,.经检验 ,故答案为:.
题型模版
1.特征:过焦点的弦与定点构成角度、面积,或求弦长、焦半径、参数值.
2.方法:抛物线 的焦点弦 ,且 ,;椭圆、双曲线用焦半径公式 (椭圆)、(双曲线,注意分支);设 可避开斜率不存在的讨论.
3.提醒:角度条件优先“数量积为零”,比余弦定理少一次开方;弦过焦点时不要把 误写成 ,抛物线的 、椭圆的 都不能漏.
变式2-1 斜率为 的直线过抛物线 的焦点,且与 交于 两点,则 .
【答案】
【详解】解:焦点为 ,直线方程为 .
代入 得 ,即 ,所以 .
由焦点弦公式 .故答案为:.
变式2-2 设抛物线 的焦点为 ,过点 且斜率为 的直线与 交于 两点,则 .
【答案】
【详解】解:直线方程为 ,代入 得
,
所以 或 ,对应 或 ,即 ,.
又 ,所以 ,,.故答案为:.
变式2-3 设 为抛物线 的焦点,点 在 上,点 .若 ,则 .
【答案】
【详解】解:,.由抛物线焦半径公式 ,
所以 ,,代入 得 .
不妨取 ,则 .故答案为:.
变式2-4 已知椭圆 的右焦点为 ,短轴的一个端点为 ,直线 交椭圆 于 两点.若 ,点 到直线 的距离不小于 ,则椭圆 的离心率的取值范围是 .
【答案】
【详解】解:直线 过原点,所以 关于原点对称.设左焦点为 ,则 ,
所以 ,即 .
不妨取 ,则 到 的距离为 .由 得 .
于是 ,又 ,所以 .
当 时等号成立,故取值范围为 .故答案为:.
题型三、离心率求值与范围
典例3 已知 是椭圆 的左、右焦点, 是 的左顶点,点 在过 且斜率为 的直线上, 为等腰三角形,且 ,则 的离心率为 .
【答案】
【分析】本题考查焦点三角形与离心率.先由角度和等腰条件确定哪两条边相等,写出 的坐标,再代入直线 的斜率.
【详解】解:,,.由 知 在 的左上方,且 与 轴正方向的夹角为 .
等腰的腰只能是 :若 ,则 在 的中垂线上,此时 为锐角,与 矛盾;若 ,解得的 落在 左侧,与方向不符.
所以 .
由 在过 且斜率为 的直线上得
,
所以 ,,.故答案为:.
题型模版
1.特征:给出焦点三角形、渐近线、切线、弦等几何条件,求离心率的值或范围.
2.方法:把条件翻译成 的关系式,再同除以 化为关于 的方程;范围题用“点在曲线上(内)”“”“三角形两边之和大于第三边”建立不等式.
3.提醒:椭圆 ,双曲线 ;求范围必须写清端点能否取到,等号通常对应特殊位置(顶点、通径、相切).
变式3-1 已知 为双曲线 的右焦点, 为 的右顶点, 为 上的点,且 垂直于 轴.若直线 的斜率为 ,则 的离心率为 .
【答案】
【详解】解:,.由 轴得 .
所以 ,
故 ,.故答案为:.
变式3-2 已知双曲线 的右顶点为 ,以 为圆心, 为半径作圆 ,圆 与双曲线 的一条渐近线交于 两点.若 ,则 的离心率为 .
【答案】
【详解】解:,渐近线为 .圆心 到渐近线的距离
.
因为 ,且 ,所以 为等边三角形,,半弦长为 .
而半弦长 ,所以 ,.
于是 ,.故答案为:.
变式3-3 已知 为坐标原点, 是椭圆 的左焦点, 分别为 的左、右顶点, 为 上一点,且 轴.过点 的直线 与线段 交于点 ,与 轴交于点 .若直线 经过 的中点,则 的离心率为 .
【答案】
【详解】解:,,.设 .
直线 过 ,,令 得 ,所以 的中点为 .
直线 过 ,,令 得 .
由题意 ,即 ,所以 ,.故答案为:.
变式3-4 已知 是双曲线 的左、右焦点,点 在 上, 与 轴垂直,,则 的离心率为 .
【答案】
【详解】解:,代入双曲线方程得 ,所以 .
在 中,,所以 .
由勾股定理 ,化简得 .
代入 得 ,即 ,
,
解得 或 .
因为双曲线 ,所以 .故答案为:.
题型四、轨迹方程
典例4 设 为坐标原点,动点 在椭圆 上,过 作 轴的垂线,垂足为 ,点 满足 .
(1)求点 的轨迹方程;
(2)设点 在直线 上,且 ,证明:过点 且垂直于 的直线 过 的左焦点 .
【答案】(1);(2)证明见解析
【分析】本题考查相关点法与解析几何中的垂直、共线转化.(1)用 的坐标表示 ,再回代椭圆;(2)把垂直、数量积条件都化为 ,说明 满足直线方程.
【详解】解:(1)设 ,则 .由 得 .
令 ,则 ,.代入 得
,
所以点 的轨迹方程为 .
证明:(2)设 ,.由 得
,
结合 化简得 .
当 时,,,, 为 轴,过 且垂直于 的直线为 ,过 ,结论成立.
当 时,,故 的斜率为 ,方程为 .
令 ,得 .由 得 ,即 在 上.
所以直线 恒过 的左焦点 .
题型模版
1.特征:求动点的轨迹方程,或先求轨迹再利用轨迹上的点证明几何结论.
2.方法:直接法(建系、设点、列式、化简、去杂点);定义法(判断到两定点距离之和或差为常数);相关点法(用已知曲线上点的坐标表示动点坐标,再回代).
3.提醒:化简后要检查是否多出或漏掉点(斜率不存在、分母为零、顶点等),并在方程后注明范围;相关点法的最后一步是“回代”,不能直接写结论.
变式4-1 设圆 的圆心为 ,直线 过点 且与 轴不重合, 交圆 于 两点,过 作 的平行线交 于点 .
(1)证明 为定值,并写出点 的轨迹方程;
(2)设点 的轨迹为曲线 ,直线 交 于 两点,过 且与 垂直的直线与圆 交于 两点,求四边形 面积的取值范围.
【答案】(1),轨迹为 ;(2)
【分析】本题考查定义法求轨迹与面积范围.(1)用平行线与等腰三角形把 转化为 ;(2)两条对角线 ,面积等于 ,再换元判单调.
【详解】解:(1)圆 的方程为 ,圆心 ,半径 .
因为 ,所以 ;又 ,所以 ,
故 ,,从而 .
所以点 的轨迹是以 为焦点的椭圆(去掉与 轴的交点),,,,即
.
(2)设 ,代入 得
,
则 ,,且
.
过 且垂直于 的直线为 ,圆心 到它的距离 ,所以
.
因为 ,所以四边形 的面积为
.
令 ,则 ,在 上单调递减,
所以 .当 轴(即 )时,,,.
故四边形 面积的取值范围为 .
变式4-2 已知点 ,,动点 满足直线 与 的斜率之积为 ,记 的轨迹为曲线 .
(1)求 的方程,并说明 是什么曲线;
(2)过坐标原点的直线交 于 两点,点 在第一象限, 轴,垂足为 ,连接 并延长交 于点 .(i)证明: 是直角三角形;(ii)求 面积的最大值.
【答案】(1),是去掉左、右顶点的椭圆;(2)(i)证明见解析;(ii)
【分析】本题考查直接法求轨迹与面积最值.(1)按“斜率积为常数”直接列式;(2)设 ,把 的坐标用 表示,证明 ,再把面积化为 的函数.
【详解】解:(1)由题意 ,即 ,整理得
.
所以 是去掉左、右顶点的椭圆.
(2)(i)设 ,,,则 ,.记 ,则
.
直线 的斜率为 ,方程为 .代入椭圆方程得
,
其一根为 ,由韦达定理得 ,.
于是
,
又 ,所以 ,即 , 是直角三角形.
(ii)由 (i) 知 ,而
,
所以
.
令 ,则 ,在 上单调递减,
所以当 (即 )时 取最大值 .
故 面积的最大值为 .
压轴挑战—攻克高难压轴,突破思维上限
1.设 是双曲线 的左、右焦点,过 的直线与 的两条渐近线分别交于 两点.若 ,,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】本题考查双曲线的渐近线与向量条件.由 得 是 的中点,设 在一条渐近线上,把 代入另一条渐近线即可定出 的坐标.
【详解】解:渐近线为 ,.由 知 是线段 的中点.
设 在 上,则 在 上,
所以 ,结合 得 ,.
由 得 ,即
,
解得 ,,.故选 C.
2.已知椭圆 的左顶点为 ,点 均在 上,且关于 轴对称.若直线 的斜率之积为 ,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
【答案】C
【分析】本题考查椭圆的对称性与离心率.设 ,,把斜率积化为 ,再用椭圆方程消去 .
【详解】解:,设 ,则 ,
.
由 在椭圆上得 ,代入上式得
.
所以 ,,.故选 C.
3.已知 为双曲线 的左、右顶点,点 在 上, 为等腰三角形,且顶角为 ,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】本题考查双曲线的顶点与定义.顶角不可能在 (否则 在 轴上,与双曲线无交点),故顶角在 或 ,再用 写出 的坐标.
【详解】解:,,.若顶角在 ,则 , 在 轴上,但双曲线与 轴无交点,矛盾.
不妨设顶角 ,则 ,
.
代入双曲线方程得 ,所以 ,,.故选 B.
4.若双曲线 的一条渐近线被圆 所截得的弦长为 ,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
【答案】D
【分析】本题考查渐近线与圆的弦长.先求圆心到渐近线的距离 ,由弦长公式 反解 的关系.
【详解】解:取渐近线 ,圆心 ,半径 .圆心到渐近线的距离
.
由弦长 得 ,即 ,所以 ,.
于是 ,.故选 D.
5.设 为坐标原点,直线 与双曲线 的两条渐近线分别交于 两点.若 的面积为 ,则 的焦距的最小值为 ( )
A. B. C. D.
【答案】B
【分析】本题考查渐近线与基本不等式.先由面积得 ,再用 求焦距 的最小值.
【详解】解:渐近线为 ,当 时 ,故 ,,
.
焦距 ,
当且仅当 时取等号,故焦距的最小值为 .故选 B.
6.设 为椭圆 的两个焦点, 为 上一点且在第一象限.若 为等腰三角形,则 的坐标为 .
【答案】
【分析】本题考查椭圆的定义与焦点三角形.先分类讨论等腰的腰,再用焦半径公式 求横坐标,最后用第一象限取舍.
【详解】解:,,,.
若 ,则 .由焦半径公式 得 ,
代入椭圆得 ,.
若 ,同理 ,得 ,不在第一象限,舍去.
若 ,则 在 轴上,不在第一象限,舍去.
故答案为:.
7.在平面直角坐标系 中,已知点 ,,点 满足 ,记 的轨迹为 .
(1)求 的方程;
(2)设 在直线 上,过 的两条直线分别交 于 两点和 两点,且 ,求 与 的斜率之和.
【答案】(1);(2)
【分析】本题考查双曲线定义与“等幂”条件.(1)注意只取右支;(2)设 ,把交点参数化,得到 只与斜率和 有关的表达式,再由等式推斜率关系.
【详解】解:(1)由双曲线定义,,,.因为 ,所以 为右支,
.
(2)设 ,过 的直线斜率为 ,则 .
令 ,代入 的方程得
.
设两根为 ,则 .因为 与右支有两个交点,,故 ,从而 ,
.
设 的斜率分别为 ,由 得
,
去分母整理得 ,即 .因为两条直线不同,,所以 ,
即直线 与 的斜率之和为 .
8.设抛物线 的焦点为 ,过 且斜率为 的直线 与 交于 两点,.
(1)求 的方程;
(2)求过点 且与 的准线相切的圆的方程.
【答案】(1);(2) 或
【分析】本题考查焦点弦长与圆与准线相切.(1)用 建立关于 的方程;(2)圆心在 的中垂线上,设圆心后由“到准线距离等于半径”解方程.
【详解】解:(1),.代入 得
,
所以 ,
,
解得 ,又 ,所以 ,.
(2)当 时,方程为 ,所以 ,,
即 ,.线段 的中点为 ,中垂线为 .
设圆心为 .因为圆与准线 相切,所以半径 .又
,
由 得 ,所以 或 .
当 时,圆心 ,;当 时,圆心 ,.
故所求圆的方程为 或 .
9.已知椭圆 与抛物线 共焦点 ,且 的中心与 的顶点重合.过 作 轴的垂线,分别交 于 和 ,且 .
(1)求 的离心率;
(2)设 是 与 的公共点,若 ,求 与 的标准方程.
【答案】(1);(2),
【分析】本题考查共焦点与通径.(1)用 表示 求 ;(2)求公共点横坐标,再用焦半径公式.
【详解】解:(1)设 ,则 的方程为 .当 时,,.
由 得 ,即 .
两边同除以 得 ,解得 ( 舍去).
(2)由 得 ,,且 .
把 代入 的方程 得 ,即 ,所以公共点的横坐标 .
由椭圆焦半径公式 ,得 ,从而 ,,故 ,.
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专题01 定义、轨迹与焦点弦
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解题通法—明晰核心解法,助力能力迁移
题型归纳—精讲典型题法,夯实解题根基
题型一、定义与焦点三角形
题型二、焦半径与焦点弦
题型三、离心率求值与范围
题型四、轨迹方程
压轴挑战—攻克高难压轴,突破思维上限
解题通法—明晰核心解法,助力能力迁移
圆锥曲线的定义是整章的地基.第一定义给出“到两定点距离之和(差)为常数”,第二定义给出“到焦点与准线距离之比为 ”;焦点三角形、焦半径、焦点弦的绝大多数结论,都可以由定义直接推出,不必死记.解题时先问“能不能用定义搬家”,往往比联立方程少一半运算.
本专题按四个模型展开:定义与焦点三角形、焦半径与焦点弦、离心率求值与范围、轨迹方程.通法上强调三点:定义优先、几何条件代数化、设而不求;凡涉及范围,最后必须用 判别式、曲线隐含范围或三角形不等式检验端点,避免“算得出、不成立”的假解.
题型归纳—精讲典型题法,夯实解题根基
题型一、定义与焦点三角形
典例1 已知椭圆 的上顶点为 ,两个焦点为 ,离心率为 .过 且垂直于 的直线与 交于 两点,若 ,则 的周长为 .
题型模版
1.特征:以焦点三角形、焦半径、焦点弦为载体,求周长、面积、离心率或标准方程.
2.方法:椭圆用 ,双曲线用 ,抛物线用 ;焦点三角形面积 (椭圆)、(双曲线),其中 .
3.提醒:过焦点的弦与椭圆上另一顶点构成的三角形,周长常直接等于 ;先找“定值”,再算具体长度,比硬解交点更快.
变式1-1 设双曲线 的左、右焦点分别为 ,离心率为 . 是 上一点,且 ,若 的面积为 ,则 .
变式1-2 已知 为椭圆 的两个焦点, 为 上关于坐标原点对称的两点,且 ,则四边形 的面积为 .
变式1-3 已知 是双曲线 上的一点, 是 的两个焦点.若 ,则 的取值范围是 .
变式1-4 双曲线 的右焦点为 ,点 在 的一条渐近线上, 为坐标原点.若 ,则 的面积为 .
题型二、焦半径与焦点弦
典例2 已知点 和抛物线 ,过 的焦点且斜率为 的直线与 交于 两点.若 ,则 .
题型模版
1.特征:过焦点的弦与定点构成角度、面积,或求弦长、焦半径、参数值.
2.方法:抛物线 的焦点弦 ,且 ,;椭圆、双曲线用焦半径公式 (椭圆)、(双曲线,注意分支);设 可避开斜率不存在的讨论.
3.提醒:角度条件优先“数量积为零”,比余弦定理少一次开方;弦过焦点时不要把 误写成 ,抛物线的 、椭圆的 都不能漏.
变式2-1 斜率为 的直线过抛物线 的焦点,且与 交于 两点,则 .
变式2-2 设抛物线 的焦点为 ,过点 且斜率为 的直线与 交于 两点,则 .
变式2-3 设 为抛物线 的焦点,点 在 上,点 .若 ,则 .
变式2-4 已知椭圆 的右焦点为 ,短轴的一个端点为 ,直线 交椭圆 于 两点.若 ,点 到直线 的距离不小于 ,则椭圆 的离心率的取值范围是 .
题型三、离心率求值与范围
典例3 已知 是椭圆 的左、右焦点, 是 的左顶点,点 在过 且斜率为 的直线上, 为等腰三角形,且 ,则 的离心率为 .
题型模版
1.特征:给出焦点三角形、渐近线、切线、弦等几何条件,求离心率的值或范围.
2.方法:把条件翻译成 的关系式,再同除以 化为关于 的方程;范围题用“点在曲线上(内)”“”“三角形两边之和大于第三边”建立不等式.
3.提醒:椭圆 ,双曲线 ;求范围必须写清端点能否取到,等号通常对应特殊位置(顶点、通径、相切).
变式3-1 已知 为双曲线 的右焦点, 为 的右顶点, 为 上的点,且 垂直于 轴.若直线 的斜率为 ,则 的离心率为 .
变式3-2 已知双曲线 的右顶点为 ,以 为圆心, 为半径作圆 ,圆 与双曲线 的一条渐近线交于 两点.若 ,则 的离心率为 .
变式3-3 已知 为坐标原点, 是椭圆 的左焦点, 分别为 的左、右顶点, 为 上一点,且 轴.过点 的直线 与线段 交于点 ,与 轴交于点 .若直线 经过 的中点,则 的离心率为 .
变式3-4 已知 是双曲线 的左、右焦点,点 在 上, 与 轴垂直,,则 的离心率为 .
题型四、轨迹方程
典例4 设 为坐标原点,动点 在椭圆 上,过 作 轴的垂线,垂足为 ,点 满足 .
(1)求点 的轨迹方程;
(2)设点 在直线 上,且 ,证明:过点 且垂直于 的直线 过 的左焦点 .
题型模版
1.特征:求动点的轨迹方程,或先求轨迹再利用轨迹上的点证明几何结论.
2.方法:直接法(建系、设点、列式、化简、去杂点);定义法(判断到两定点距离之和或差为常数);相关点法(用已知曲线上点的坐标表示动点坐标,再回代).
3.提醒:化简后要检查是否多出或漏掉点(斜率不存在、分母为零、顶点等),并在方程后注明范围;相关点法的最后一步是“回代”,不能直接写结论.
变式4-1 设圆 的圆心为 ,直线 过点 且与 轴不重合, 交圆 于 两点,过 作 的平行线交 于点 .
(1)证明 为定值,并写出点 的轨迹方程;
(2)设点 的轨迹为曲线 ,直线 交 于 两点,过 且与 垂直的直线与圆 交于 两点,求四边形 面积的取值范围.
变式4-2 已知点 ,,动点 满足直线 与 的斜率之积为 ,记 的轨迹为曲线 .
(1)求 的方程,并说明 是什么曲线;
(2)过坐标原点的直线交 于 两点,点 在第一象限, 轴,垂足为 ,连接 并延长交 于点 .(i)证明: 是直角三角形;(ii)求 面积的最大值.
压轴挑战—攻克高难压轴,突破思维上限
1.设 是双曲线 的左、右焦点,过 的直线与 的两条渐近线分别交于 两点.若 ,,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
2.已知椭圆 的左顶点为 ,点 均在 上,且关于 轴对称.若直线 的斜率之积为 ,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
3.已知 为双曲线 的左、右顶点,点 在 上, 为等腰三角形,且顶角为 ,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
4.若双曲线 的一条渐近线被圆 所截得的弦长为 ,则 的离心率为 ( )
A. B. C. D.
5.设 为坐标原点,直线 与双曲线 的两条渐近线分别交于 两点.若 的面积为 ,则 的焦距的最小值为 ( )
A. B. C. D.
6.设 为椭圆 的两个焦点, 为 上一点且在第一象限.若 为等腰三角形,则 的坐标为 .
7.在平面直角坐标系 中,已知点 ,,点 满足 ,记 的轨迹为 .
(1)求 的方程;
(2)设 在直线 上,过 的两条直线分别交 于 两点和 两点,且 ,求 与 的斜率之和.
8.设抛物线 的焦点为 ,过 且斜率为 的直线 与 交于 两点,.
(1)求 的方程;
(2)求过点 且与 的准线相切的圆的方程.
9.已知椭圆 与抛物线 共焦点 ,且 的中心与 的顶点重合.过 作 轴的垂线,分别交 于 和 ,且 .
(1)求 的离心率;
(2)设 是 与 的公共点,若 ,求 与 的标准方程.
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