高考数学圆锥曲线概念方法题型易误点技巧总结
一.圆锥曲线的两个定义:
(1)第一定义中要重视“括号”内的限制条件:椭圆中,与两个定点F 1,F 2的距离的和等于常数2a ,且此常数2a 一定要大于21F F ,当常数等于21F F 时,轨迹是线段F 1F 2,当常数小于21F F 时,无轨迹;双曲线中,与两定点F 1,F 2的距离的差的绝对值等于常数2a ,且此常数2a 一定要小于|F 1F 2|,定义中的“绝对值”与2a <|F 1F 2|不可忽视。若2a =|F 1F 2|,则轨迹是以F 1,F 2为端点的两条射线,若2a ﹥|F 1F 2|,则轨迹不存在。若去掉定义中的绝对值则轨迹仅表示双曲线的一支。
(2)第二定义中要注意定点和定直线是相应的焦点和准线,且“点点距为分子、点线距为分母”,其商即是离心率e 。圆锥曲线的第二定义,给出了圆锥曲线上的点到焦点距离与此点到相应准线距离间的关系,要善于运用第二定义对它们进行相互转化。 练习:
1.已知定点)0,3(),0,3(21F F -,在满足下列条件的平面上动点P 的轨迹中是椭圆的是(答:C ); A .421=+PF PF B .621=+PF PF C .10
21=+PF PF D .122
2
2
1=+PF PF
2.方程8=表示的曲线是_____(答:双曲线的左支)
3.已知点)0,22(Q 及抛物线4
x y =上一动点P (x ,y ),则y+|PQ|的最小值是_____(答:2)
二.圆锥曲线的标准方程(标准方程是指中心(顶点)在原点,坐标轴为对称轴时的标准位置的方程):
(1)椭圆:焦点在x 轴上时12222=+b y a x (0a b >>)?
{
cos sin x a y b ??==(参数方程,其中?为参数),焦点在y 轴上时2222b
x a y +=1(0a b >>)。方程22
Ax By C +=表示椭圆的充要条件是什么?(ABC
≠0,且A ,B ,C 同号,A ≠B )。
(2)双曲线:焦点在x 轴上:2222b y a x - =1,焦点在y 轴上:22
22b x a y -=1(0,0a b >>)。方程
22Ax By C +=表示双曲线的充要条件是什么?(ABC ≠0,且A ,B 异号)。
(3)抛物线:开口向右时2
2(0)y px p =>,开口向左时2
2(0)y px p =->,开口向上时
22(0)x py p =>,开口向下时22(0)x py p =->。
练习:
1.已知方程1232
2=-++k y k x 表示椭圆,则k 的取值范围为____(答:11
(3,)
(,2)22
---);
2.若R y x ∈,,且62322=+y x ,则y x +的最大值是____,2
2y x +的最小值是___2)
3.双曲线的离心率等于25
,且与椭圆14
922=+y x 有公共焦点,则该双曲线的方程_______
4.设中心在坐标原点O ,焦点1F 、2F 在坐标轴上,离心率2=e 的双曲线C 过点)10,4(-P ,则C 的
方程为_______(答:226x y -=)
5.已知方程1212
2=-+-m
y m x 表示焦点在y 轴上的椭圆,则m 的取值范围是__
三.圆锥曲线焦点位置的判断(首先化成标准方程,然后再判断): (1)椭圆:由x
2
,y 2分母的大小决定,焦点在分母大的坐标轴上。
(2)双曲线:由x
2
,y 2项系数的正负决定,焦点在系数为正的坐标轴上;
(3)抛物线:焦点在一次项的坐标轴上,一次项的符号决定开口方向。
特别提醒:(1)在求解椭圆、双曲线问题时,首先要判断焦点位置,焦点F 1,F 2的位置,是椭圆、双曲线的定位条件,它决定椭圆、双曲线标准方程的类型,而方程中的两个参数,a b ,确定椭圆、双曲线的形状和大小,是椭圆、双曲线的定形条件;在求解抛物线问题时,首先要判断开口方向;(2)在椭圆中,a 最大,2
2
2
a b c =+,在双曲线中,c 最大,2
2
2
c a b =+。
四.圆锥曲线的几何性质:
(1)椭圆(以122
22=+b
y a x (0a b >>)为例):①范围:,a x a b y b -≤≤-≤≤;②焦点:两个
焦点(,0)c ±;③对称性:两条对称轴0,0x y ==,一个对称中心(0,0),四个顶点(,0),(0,)a b ±±,其
中长轴长为2a ,短轴长为2b ;④准线:两条准线2a x c =±; ⑤离心率:c
e a =,椭圆?01e <<,
e 越小,椭圆越圆;e 越大,椭圆越扁。
(2)双曲线(以22
22
1x y a b -=(0,0a b >>)为例):①范围:x a ≤-或,x a y R ≥∈;②焦点:两个焦点(,0)c ±;③对称性:两条对称轴0,0x y ==,一个对称中心(0,0),两个顶点(,0)a ±,其中实轴长为2a ,虚轴长为2b ,特别地,当实轴和虚轴的长相等时,称为等轴双曲线,其方程可设为
22,0x y k k -=≠;④准线:两条准线2
a x c =±; ⑤离心率:c
e a
=,双曲线?1e >,等轴双曲线
?e =e 越小,开口越小,e 越大,开口越大;⑥两条渐近线:b
y x a
=±。
(3)抛物线(以2
2(0)y px p =>为例):①范围:0,x y R ≥∈;②焦点:一个焦点(
,0)2
p
,其中p 的几何意义是:焦点到准线的距离;③对称性:一条对称轴0y =,没有对称中心,只有一个顶点(0,0);④准线:一条准线2p x =-; ⑤离心率:c
e a
=,抛物线?1e =。 练习:
1.若椭圆1522=+m y x 的离心率510
=
e ,则m 的值是__(答:3或3
25); 2.以椭圆上一点和椭圆两焦点为顶点的三角形的面积最大值为1时,则椭圆长轴的最小值为__
3.双曲线的渐近线方程是023=±y x ,则该双曲线的离心率等于______);
4.双曲线22
1ax by -=:a b =
(答:4或
14
); 5.设双曲线122
22=-b
y a x (a>0,b>0)中,离心率e ∈[2,2],则两条渐近线夹角θ的取值范围是________
(答:[
,]32
ππ
); 6.设R a a ∈≠,0,则抛物线2
4ax y =的焦点坐标为________(答:)161
,
0(a
); 五、点00(,)P x y 和椭圆122
22=+b
y a x (0a b >>)的关系:(1)点00(,)P x y 在椭圆外?2200221x y a b +>;
(2)点00(,)P x y 在椭圆上?220220b
y a x +=1;(3)点00(,)P x y 在椭圆内?22
00
221x y a b +<
六.直线与圆锥曲线的位置关系:
(1)相交:0?>?直线与椭圆相交; 0?>?直线与双曲线相交,但直线与双曲线相交不一定有0?>,当直线与双曲线的渐近线平行时,直线与双曲线相交且只有一个交点,故0?>是直线与双曲线相交的充分条件,但不是必要条件;0?>?直线与抛物线相交,但直线与抛物线相交不一定有0?>,当直线与抛物线的对称轴平行时,直线与抛物线相交且只有一个交点,故0?>也仅是直线与抛物线相交的充分条件,但不是必要条件。如
(2)相切:0?=?直线与椭圆相切;0?=?直线与双曲线相切;0?=?直线与抛物线相切; (3)相离:0?
与抛物线相交,也只有一个交点;(2)过双曲线22
22b
y a x -=1外一点00(,)P x y 的直线与双曲线只有一个公
共点的情况如下:①P 点在两条渐近线之间且不含双曲线的区域内时,有两条与渐近线平行的直线和分别与双曲线两支相切的两条切线,共四条;②P 点在两条渐近线之间且包含双曲线的区域内时,有两条与渐近线平行的直线和只与双曲线一支相切的两条切线,共四条;③P 在两条渐近线上但非原点,只有两条:一条是与另一渐近线平行的直线,一条是切线;④P 为原点时不存在这样的直线;(3)过抛物线外一点总有三条直线和抛物线有且只有一个公共点:两条切线和一条平行于对称轴的直线. 练习:
1.若直线y=kx+2与双曲线x 2
-y 2
=6的右支有两个不同的交点,则k 的取值范围是_______
2.直线y ―kx ―1=0与椭圆
22
15x y m
+=恒有公共点,则m 的取值范围是_______ 3.过双曲线12
12
2=-y x 的右焦点直线交双曲线于A 、B 两点,若│AB ︱=4,则这样的直线有_____条 4.过点)4,2(作直线与抛物线x y 82
=只有一个公共点,这样的直线有______(答:2);
5.过点(0,2)与双曲线116
92
2=-y x 有且仅有一个公共点的直线的斜率的取值范围为______
6.过双曲线12
2
2
=-y x 的右焦点作直线l 交双曲线于A 、B 两点,若=AB 4,则满足条件的直线l 有____
7.对于抛物线C :x y 42=,我们称满足02
04x y <的点),(00y x M 在抛物线的内部,若点),(00y x M 在抛物线的内部,则直线l :)(200x x y y +=与抛物线C 的位置关系是_______(答:相离);
8.过抛物线x y 42
=的焦点F 作一直线交抛物线于P 、Q 两点,若线段PF 与FQ 的长分别是p 、q ,则
=+q
p 1
1_______(答:1)
; 9.设双曲线19
162
2=-y x 的右焦点为F ,右准线为l ,设某直线m 交其左支、右支和右准线分别于R Q P ,,,则PFR ∠和QFR ∠的大小关系为___________(填大于、小于或等于) (答:等于);
10.求椭圆284722=+y x 上的点到直线01623=--y x ; 11.直线1+=ax y 与双曲线132
2
=-y x 交于A 、B 两点。①当a 为何值时,A 、B 分别在双曲线的两支
上?②当a 为何值时,以AB 为直径的圆过坐标原点?(答:①(;②1a =±);
七、焦半径(圆锥曲线上的点P 到焦点F 的距离)的计算方法:利用圆锥曲线的第二定义,转化到
相应准线的距离,即焦半径r ed =,其中d 表示P 到与F 所对应的准线的距离。 练习:
1.已知椭圆116252
2=+y x 上一点P 到椭圆左焦点的距离为3,则点P 到右准线的距离为____(答:
353
);2.已知抛物线方程为x y 82
=,若抛物线上一点到y 轴的距离等于5,则它到抛物线的焦点的距离等于____; 3.若该抛物线上的点M 到焦点的距离是4,则点M 的坐标为_____(答:7,(2,4)±);
4.点P 在椭圆19
252
2=+y x 上,它到左焦点的距离是它到右焦点距离的两倍,则点P 的横坐标为_______
5.抛物线x y 22
=上的两点A 、B 到焦点的距离和是5,则线段AB 的中点到y 轴的距离为______
6.椭圆13
42
2=+y x 内有一点)1,1(-P ,F 为右焦点,在椭圆上有一点M ,使MF MP 2+ 之值最小,则
点M 的坐标为_______(答:)1,3
6
2(
-)
; 八、焦点三角形(椭圆或双曲线上的一点与两焦点所构成的三角形)问题:常利用第一定义和正弦、余弦定理求解。设椭圆或双曲线上的一点00(,)P x y 到两焦点12,F F 的距离分别为12,r r ,焦点12F PF ?的
面积为S ,则在椭圆12222=+b y a x 中, ①θ=)12arccos(212
-r r b ,且当12r r =即P 为短轴端点时,θ最大
为θm ax =2
22arccos a c b -;②2
0tan ||2S b c y θ==,当0||y b =即P 为短轴端点时,m ax S 的最大值为
bc ;对于双曲线22
221x y a b -=的焦点三角形有:①???
? ?
?-=21221arccos r r b θ;②2cot sin 212
21θθb r r S ==。 练习:
1.短轴长为5,离心率3
2
=
e 的椭圆的两焦点为1F 、2F ,过1F 作直线交椭圆于A 、B 两点,则2ABF ?的周长为________(答:6);
2.设P 是等轴双曲线)0(222>=-a a y x 右支上一点,F 1、F 2是左右焦点,若0212=?F F PF ,|PF 1|=6,则该双曲线的方程为 (答:224x y -=);
3.椭圆22194
x y +=的焦点为F 1、F 2,点P 为椭圆上的动点,当PF 2→ ·PF 1→
<0时,点P 的横坐标的取值范围是
(答:()55
-
);
4.双曲线的虚轴长为4,离心率e =
2
6
,F 1、F 2是它的左右焦点,若过F 1的直线与双曲线的左支交于A 、B 两点,且AB 是2AF 与2BF 等差中项,则AB =__________
(答:;
5.已知双曲线的离心率为2,F 1、F 2是左右焦点,P 为双曲线上一点,且
6021=∠PF F ,31221=?F PF S .
求该双曲线的标准方程(答:22
1412
x y -=); 九、抛物线中与焦点弦有关的一些几何图形的性质:(1)以过焦点的弦为直径的圆和准线相切;(2)设AB 为焦点弦, M 为准线与x 轴的交点,则∠AMF =∠BMF ;(3)设AB 为焦点弦,A 、B 在准线上的射影分别为A 1,B 1,若P 为A 1B 1的中点,则PA ⊥PB ;(4)若AO 的延长线交准线于C ,则BC 平行于x 轴,反
之,若过B 点平行于x 轴的直线交准线于C 点,则A ,O ,C 三点共线。
十、弦长公式:若直线y kx b =+与圆锥曲线相交于两点A 、B ,且12,x x 分别为A 、B 的横坐标,则AB
12x -,若12,y y 分别为A 、B 的纵坐标,则AB =2121
1y y k
-+
,若弦AB 所在直线方程设为x ky b =+,则AB
12y y -。特别地,焦点弦(过焦点的弦):焦点弦的弦长的
计算,一般不用弦长公式计算,而是将焦点弦转化为两条焦半径之和后,利用第二定义求解。 练习:
1.过抛物线y 2=4x 的焦点作直线交抛物线于A (x 1,y 1),B (x 2,y 2)两点,若x 1+x 2=6,那么|AB|等于_______
2.过抛物线x y 22
=焦点的直线交抛物线于A 、B 两点,已知|AB|=10,O 为坐标原点,则ΔABC 重心的
横坐标为_______(答:3);
十一、圆锥曲线的中点弦问题:遇到中点弦问题常用“韦达定理”或“点差法”求解。在椭圆
1222
2=+b y a x 中,以00(,)P x y 为中点的弦所在直线的斜率k=-0202y a x b ;在双曲线22
221x y a b -=中,以00(,)P x y 为中点的弦所在直线的斜率k=0
20
2y a x b ;在抛物线22(0)y px p =>中,以00(,)P x y 为中点的弦
所在直线的斜率k=0
p y 。 练习:
1.如果椭圆
22
1369
x y +=弦被点A (4,2)平分,那么这条弦所在的直线方程是 (答:280x y +-=); 2.已知直线y=-x+1与椭圆22
221(0)x y a b a b
+=>>相交于A 、B 两点,且线段AB 的中点在直线L :x -
2y=0上,则此椭圆的离心率为_______(答:
2
); 特别提醒:因为0?>是直线与圆锥曲线相交于两点的必要条件,故在求解有关弦长、对称问题时,务必别忘了检验0?>!
十二.你了解下列结论吗?
(1)双曲线12222=-b y a x 的渐近线方程为02
222
=-b y a x ;
(2)以x a b y ±=为渐近线(即与双曲线12222=-b y a x 共渐近线)的双曲线方程为λλ(2222
=-b
y a x 为参数,λ≠0)。
(3)中心在原点,坐标轴为对称轴的椭圆、双曲线方程可设为2
2
1mx ny +=;
(4)椭圆、双曲线的通径(过焦点且垂直于对称轴的弦)为2
2b a ,焦准距(焦点到相应准线的距离)
为2b c
,抛物线的通径为2p ,焦准距为p ;
(5)通径是所有焦点弦(过焦点的弦)中最短的弦;
(6)若抛物线2
2(0)y px p =>的焦点弦为AB ,1122(,),(,)A x y B x y ,则①12||AB x x p =++;
②2
21212,4
p x x y y p ==- (7)若OA 、OB 是过抛物线2
2(0)y px p =>顶点O 的两条互相垂直的弦,则直线AB 恒经过定点
(2,0)p 13.动点轨迹方程:
(1)求轨迹方程的步骤:建系、设点、列式、化简、确定点的范围; (2)求轨迹方程的常用方法:
①直接法:直接利用条件建立,x y 之间的关系(,)0F x y =;如已知动点P 到定点F(1,0)和直线3=x 的距离之和
等于4,求P 的轨迹方程.(答:
212(4)(34)y x x =--≤≤或24(03)y x x =≤<);
②待定系数法:已知所求曲线的类型,求曲线方程――先根据条件设出所求曲线的方程,再由条件确定其待定系数。如线段AB 过x 轴正半轴上一点M (m ,0))0(>m
,端点A 、B 到x 轴距离之积为2m ,以x 轴为对称轴,过A 、O 、
B 三点作抛物线,则此抛物线方程为
(答:
22y x =);
③定义法:先根据条件得出动点的轨迹是某种已知曲线,再由曲线的定义直接写出动点的轨迹方程;如(1)由动点P 向圆2
21x y +=作两条切线PA 、PB ,切点分别为A 、B ,∠APB=600
,则动点P 的轨迹方程为
(答:2
24x
y +=);(2)点M 与点F(4,0)的距离比它到直线05=+x l :的距离小于1,则点M 的轨迹方程是_______
(答:216y x =);(3) 一动圆与两圆⊙M :122=+y x 和⊙N :012822=+-+x y x 都外切,则动圆圆心的轨
迹为
(答:双曲线的一支);
④代入转移法:动点(,)P x y 依赖于另一动点00(,)Q x y 的变化而变化,并且00(,)Q x y 又在某已知曲线上,则可先用,x y 的代数式表示00,x y ,再将00,x y 代入已知曲线得要求的轨迹方程;如动点P 是抛物线122+=x y 上任一点,
定点为
)1,0(-A ,点M 分?→
?PA 所成的比为2,则M 的轨迹方程为__________(答:3
1
62-=x y );
⑤参数法:当动点(,)P x y 坐标之间的关系不易直接找到,也没有相关动点可用时,可考虑将,x y 均用一中间变量(参数)表示,得参数方程,再消去参数得普通方程)。如(1)AB 是圆O 的直径,且|AB|=2a ,M 为圆上一动点,作MN ⊥AB ,垂足为N ,在OM 上取点P ,使||||OP MN =,求点P 的轨迹。(答:2
2||x
y a y +=);(2)若点),(11y x P 在圆
122=+y x 上运动,则点),(1111y x y x Q +的轨迹方程是____(答:2121(||)2
y x x =+≤);(3)过抛物线y
x 42
=的焦点F 作直线l 交抛物线于A 、B 两点,则弦AB 的中点M 的轨迹方程是________(答:2
22x
y =-);
注意:①如果问题中涉及到平面向量知识,那么应从已知向量的特点出发,考虑选择向量的几何形式进行“摘帽子或脱靴子”转化,还是选择向量的代数形式进行“摘帽子或脱靴子”转化。如
已知椭圆
)0(122
22>>=+b a b
y a x 的左、右焦点分别是F 1(-c ,0)、F 2(c ,0),Q 是椭圆外
的动点,满足.2||1a F =点P 是线段F 1Q 与该椭圆的交点,点T 在线段
F 2Q 上,并
且满足
.0||,022≠=?TF TF (1)设x
为点P 的横坐标,证明
x a
c a P F +
=||1;(2)求点T 的轨迹C 的方程;(3)试问:在点T 的轨迹C 上,是否存在点M ,使△F 1MF 2的面积S=.2
b 若存在,求∠F 1MF 2的正切值;若不存在,请说明理由. (答:(1)略;(2)2
2
2
x y a +=;(3)当2
b a
c >时不存在;当2
b a c
≤时存在,此时∠F 1MF 2=2) ②曲线与曲线方程、轨迹与轨迹方程是两个不同的概念,寻求轨迹或轨迹方程时应注意轨迹上特殊点对轨迹的“完备性与纯粹性”的影响.
③在与圆锥曲线相关的综合题中,常借助于“平面几何性质”数形结合(如角平分线的双重身份――对称性、利用到角公式)、“方程与函数性质”化解析几何问题为代数问题、“分类讨论思想”化整为零分化处理、“求值构造等式、求变量范围构造不等关系”等等.
④如果在一条直线上出现“三个或三个以上的点”,那么可选择应用“斜率或向量”为桥梁转化. 14、解析几何与向量综合时可能出现的向量内容: (1) 给出直线的方向向量()k u ,1=
或()n m u ,=
;
(2)给出+与AB 相交,等于已知+过AB 的中点;
(3)给出0
=+,等于已知P 是MN 的中点;
(4)给出()
+=+
λ,等于已知Q P ,与AB 的中点三点共线;
(5) 给出以下情形之一:①
//;②存在实数
,AB AC
λλ=使;③若存在实数
,,1,OC OA OB αβαβαβ+==+且使,等于已知C B A ,,三点共线.
(6) 给出λ
λ++=
1,等于已知P 是AB 的定比分点,λ为定比,即λ=
(7) 给出0=?MB MA ,等于已知MB MA ⊥,即AMB ∠是直角,给出0<=?m MB MA ,等于已知AMB
∠是钝角, 给出0>=?m ,等于已知AMB ∠是锐角,
(8)
给出MP =?
? ?+λ,等于已知MP 是AMB ∠的平分线/
(9)在平行四边形
ABCD 中,给出0)()(=-?+AD AB AD AB ,等于已知ABCD 是菱形; (10) 在平行四边形
ABCD 中,给出||||AB AD AB AD +=-,等于已知ABCD 是矩形;
(11)在ABC ?中,给出2
2
2
==,等于已知O 是ABC ?的外心(三角形外接圆的圆心,三角形的
外心是三角形三边垂直平分线的交点); (12) 在ABC ?中,给出0=++OC OB OA ,等于已知O 是ABC ?的重心(三角形的重心是三角形三条中
线的交点);
(13)在ABC ?中,给出OA OC OC OB OB OA ?=?=?,等于已知O 是ABC ?的垂心(三角形的垂心是三
角形三条高的交点);
(14)在ABC ?中,给出+=OA OP
(
)||||
AB AC
AB AC λ+)(+∈R λ等于已知AP 通过ABC ?的内心;
(15)在ABC ?中,给出,0=?+?+?OC c OB b OA a 等于已知O 是ABC ?的内心(三角形内切圆的圆心,
三角形的内心是三角形三条角平分线的交点);
(16) 在ABC ?中,给出
()1
2
AD AB AC =
+,等于已知AD 是ABC ?中BC 边的中线;
求解圆锥曲线问题的几种措施
圆锥曲线中的知识综合性较强,因而解题时就需要运用多种基础知识、采用多种数学手段来处理问题。熟记各种定义、基本公式、法则固然重要,但要做到迅速、准确解题,还须掌握一些方法和技巧。 一. 紧扣定义,灵活解题
灵活运用定义,方法往往直接又明了。
例1. 已知点A (3,2),F (2,0),双曲线x y 2
2
3
1-=,P 为双曲线上一点。 求||||PA PF +1
2
的最小值。
解析:如图所示,
双曲线离心率为2,F 为右焦点,由第二定律知1
2
||PF 即点P 到准线距离。 ∴+
=+≥=||||||||PA PF PA PE AM 1252
二. 引入参数,简捷明快
参数的引入,尤如化学中的催化剂,能简化和加快问题的解决。 例2. 求共焦点F 、共准线l 的椭圆短轴端点的轨迹方程。
解:取如图所示的坐标系,设点F 到准线l 的距离为p (定值),椭圆中心坐标为M (t ,0)(t 为参数)
p b
c =
2
,而c t = ∴==b pc pt 2
再设椭圆短轴端点坐标为P (x ,y ),则
x c t
y b pt
====?????
消去t ,得轨迹方程y px 2
=
三. 数形结合,直观显示
将“数”与“形”两者结合起来,充分发挥“数”的严密性和“形”的直观性,以数促形,用形助数,结合使用,能使复杂问题简单化,抽象问题形象化。熟练的使用它,常能巧妙地解决许多貌似困难和麻烦的问题。 例3. 已知x y
R ,∈,且满足方程x y y 2230+=≥(),又m y x =
++3
3
,求m 范围。 解析: m y x =
++33
的几何意义为,曲线x y y 22
30+=≥()上的点与点(-3,-3)连线的斜率,如图所示
k m k PA PB ≤≤
∴
-≤≤+33235
2
m
四. 应用平几,一目了然
用代数研究几何问题是解析几何的本质特征,因此,很多“解几”题中的一些图形性质就和“平几”知识相关联,要抓住关键,适时引用,问题就会迎刃而解。
例4. 已知圆()x
y -+=3422和直线y mx =的交点为P 、Q ,则||||OP OQ ?的值为________。
解: ??OMP OQN ~ ||||||||OP OQ OM ON ?=?=5
五. 应用平面向量,简化解题
向量的坐标形式与解析几何有机融为一体,因此,平面向量成为解决解析几何知识的有力工具。
例5. 已知椭圆:
x y 2224161+=,直线l :x y 128
1+=,P 是l 上一点,射线OP 交椭圆于一点R ,点Q 在OP 上且满足|||
|||OQ OP OR ?=2,当点P 在l 上移动时,求点Q 的轨迹方程。
分析:考生见到此题基本上用的都是解析几何法,给解题带来了很大的难度,而如果用向量共线的条件便可简便地解出。
解:如图,OQ OR OP →→→,,共线,设OR OQ →=→λ,OP OQ →=→μ,OQ x y →=(),,则OR x y →
=()λλ,,OP x y →
=()μμ,
||||||OQ OP OR →?→=→2
∴→=→μλ||||OQ OQ 22
2
∴=μλ2
点R 在椭圆上,P 点在直线l 上
∴+=λλ222224161x y ,μμx y
1281+= 即
x y x y 222416128
+=+ 化简整理得点Q 的轨迹方程为:
()()x y -+-=152153
122(直线y x =-2
3上方部分)
六. 应用曲线系,事半功倍
利用曲线系解题,往往简捷明快,收到事半功倍之效。所以灵活运用曲线系是解析几何中重要的解题方法和技巧之一。 例6. 求经过两圆x
y x 2
2640++-=和x y y 226280++-=的交点,且圆心在直线x y --=40上的圆
的方程。
解:设所求圆的方程为: x y x x y y 2222646280++-+++-=λ()
()()()1166284022+++++-+=λλλλx y x y
则圆心为(
)-+-+3131λλ
λ
,,在直线x y --=40上 ∴解得λ=-7
故所求的方程为x y x y 22
7320+-+-=
七. 巧用点差,简捷易行
在圆锥曲线中求线段中点轨迹方程,往往采用点差法,此法比其它方法更简捷一些。
例7. 过点A (2,1)的直线与双曲线x y 2
2
2
1-=相交于两点P 1、P 2,求线段P 1P 2中点的轨迹方程。 解:设P x y 111(),,P x y 222(),,则
x y x y 1212
2222
211212-=<>
-=<>
?????
??
<2>-<1>得
()()()()
x x x x y y y y 211221122
-+=
-+
即y y x x x x y y 21211212
2--=++()
设P 1P 2的中点为M x y ()00,,则
k y y x x x y P P 12
21210
02=--=
又k y x AM =--001
2
,而P 1、A 、M 、P 2共线
∴=k k P P AM 12,即y x x y 000
122--=
∴P P 12中点M 的轨迹方程是2402
2x y x y --+=
解析几何题怎么解
高考解析几何试题一般共有4题(2个选择题, 1个填空题, 1个解答题), 共计30分左右, 考查的知识点约为20个左右.
其命题一般紧扣课本, 突出重点, 全面考查. 选择题和填空题考查直线, 圆, 圆锥曲线, 参数方程和极坐标系中的基础知识. 解答题重点考查圆锥曲线中的重要知识点, 通过知识的重组与链接, 使知识形成网络, 着重考查直线与圆锥曲线的位置关系, 求解有时还要用到平几的基本知识,这点值得考生在复课时强化.
例1 已知点T 是半圆O 的直径AB 上一点,AB=2、OT=t (0 ,B A 点的坐标. (1 ) 显然()t A -1,1' , (),,‘ t B +-11 于是 直线B A '' 的方程为1+-=tx y ; (2)由方程组???+-==+, 1,122tx y y x 解出),(10P 、),(2 2 21112t t t t Q +-+; (3)t t k PT 1 001-=--= , t t t t t t t t t k QT 11112011222 22 =--=-+-+-=)(. 由直线PT 的斜率和直线QT 的斜率互为相反数知,由点P 发出的光线经点T 反射,反射光线通过点Q. 需要注意的是, Q 点的坐标本质上是三角中的万能公式, 有趣吗? 例2 已知直线l 与椭圆)0(122 22>>=+b a b y a x 有且仅有一个交点Q ,且与x 轴、y 轴分别交于R 、S ,求以线段SR 为对角线的矩形ORPS 的一个顶点P 的轨迹方程. 讲解:从直线l 所处的位置, 设出直线l 的方程, 由已知,直线l 不过椭圆的四个顶点,所以设直线l 的方程为).0(≠+=k m kx y 代入椭圆方程,222222b a y a x b =+ 得 .)2(22222222b a m kmx x k a x b =+++ 化简后,得关于x 的一元二次方程 .02)(222222222=-+++b a m a mx ka x b k a 于是其判别式).(4))((4)2(222222222222222m b k a b a b a m a b k a m ka -+=-+-=? 由已知,得△=0.即.2222m b k a =+ ① 在直线方程 m kx y +=中,分别令y=0,x=0,求得).,0(),0,(m S k m R - 令顶点P 的坐标为(x ,y ), 由已知,得??? ???? =-=?????? ?=-=.,.,y m x y k m y k m x 解得 代入①式并整理,得 12 2 22 =+y b x a , 即为所求顶点P 的轨迹方程. 方程12 2 22=+y b x a 形似椭圆的标准方程, 你能画出它的图形吗? 例3已知双曲线122 22=-b y a x 的离心率332=e ,过),0(),0,(b B a A -的直线到原点的距离是 .23 (1)求双曲线的方程; (2)已知直线 )0(5≠+=k kx y 交双曲线于不同的点C ,D 且C ,D 都在以B 为圆心的圆上,求k 的值. 讲解:∵(1),332=a c 原点到直线AB :1=-b y a x 的距离. 3,1.23 22==∴==+=a b c ab b a ab d . 故所求双曲线方程为 .13 22 =-y x (2)把33522=-+=y x kx y 代入中消去y ,整理得 07830)31(22=---kx x k . 设CD y x D y x C ),,(),,(2211的中点是),(00y x E ,则 0120 00220115515,.2 1313BE y x x k x y kx k k k x k ++==?=+===--- ,000=++∴k ky x 即 7,0,031531152 2 2=∴≠=+-+-k k k k k k k 又 故所求k=± 7. 为了求出k 的值, 需要通过消元, 想法设法建构k 的方程. 例4 已知椭圆C 的中心在原点,焦点F 1、F 2在x 轴上,点P 为椭圆上的一个动点,且∠F 1PF 2的最大值为90°,直线l 过左焦点F 1与椭圆交于A 、B 两点,△ABF 2的面积最大值为12. (1)求椭圆C 的离心率; (2)求椭圆C 的方程. 讲解:(1)设112 212||,||,||2PF r PF r F F c ===, 对,21F PF ? 由余弦定理, 得 1)2 (2441244242)(24cos 2 212 22 12221221221212221121-+-≥--=--+=-+=∠r r c a r r c a r r c r r r r r r c r r PF F 0212=-=e , 解出 .2 2= e (2)考虑直线l 的斜率的存在性,可分两种情况: i) 当k 存在时,设l 的方程为 )(c x k y +=………………① 椭圆方程为),(),,(,12 2112222y x B y x A b y a x =+ 由.2 2=e 得 2 222,2c b c a ==. 于是椭圆方程可转化为 222220x y c +-=………………② 将①代入②,消去 y 得 02)(22222=-++c c x k x , 整理为x 的一元二次方程,得 0)1(24)21(22222=-+++k c x ck x k . 则x 1、x 2是上述方程的两根.且22 1221122||k k c x x ++= -,2 21 22 21)1(22||1||k k c x x k AB ++=-+=, AB 边上的高,1||2sin ||2 2121k k c F BF F F h +?=∠= c k k k k c S 21||)211(2221222+++= 2 2.== ii) 当k 不存在时,把直线c x -=代入椭圆方程得2,||,2y c AB S =± == 由①②知S 的最大值为 22c 由题意得22c =12 所以2226b c == 2122=a 故当△ABF 2面积最大时椭圆的方程为: .12 62 1222=+y x 下面给出本题的另一解法,请读者比较二者的优劣: 设过左焦点的直线方程为:c my x -=…………① (这样设直线方程的好处是什么?还请读者进一步反思反思.) 椭圆的方程为:),(),,(,122112 2 22y x B y x A b y a x =+ 也可这样求解: ||||2 12121y y F F S -?= ||||21x x k c -??= 由.2 2= e 得:,,22222c b c a ==于是椭圆方程可化为:0222 22=-+c y x ……② 把①代入②并整理得:02)2(222=---c mcy y m 于是21,y y 是上述方程的两根 . 21|||AB y y ==-2) 2(441222222 ++++= m m c c m m 2 )1(2222++= m m c , AB 边上的高2 12m c h += , 从而2222 22 )2(122122)1(2221||21++=+?++?==m m c m c m m c h AB S . 22 1 1 11 222 22 2 c m m c ≤++++= 当且仅当m=0取等号,即.22max c S = 由题意知1222=c , 于是 212,26222===a c b . 故当△ABF 2面积最大时椭圆的方程为: .12 62 1222=+y x 例 5 已知直线1+-=x y 与椭圆)0(122 22>>=+b a b y a x 相交于 A 、 B 两点,且线段AB 的中点在直线 02:=-y x l 上.(1)求此椭圆的离心率; (2 )若椭圆的右焦点关于直线l 的对称点的在圆422 =+y x 上,求此椭圆的方程. 讲解:(1)设A 、B 两点的坐标分别为??? ??=++-=1 1).,(),,(22 222211b y a x x y y x B y x A , 则由 得 02)(2222222=-+-+b a a x a x b a , 根据韦达定理,得 ,22)(,22 22 212122221b a b x x y y b a a x x +=++-=++=+ ∴线段AB 的中点坐标为(2 22 22 2,b a b b a a ++). 由已知得2 222222 222222)(22,02c a c a b a b a b b a a =∴-==∴=+-+,故椭圆的离心率为 22=e . (2)由(1)知 ,c b =从而椭圆的右焦点坐标为),0,(b F 设)0,(b F 关于直线02:=-y x l 的对称点为 ,02221210),,(000000=?-+-=?--y b x b x y y x 且则 解得 b y b x 5 4 5300==且 由已知得 4,4)5 4()53(,42 222 2 =∴=+∴=+b b b y x ,故所求的椭圆方程为14822=+y x . 例6 已知⊙M :x Q y x 是,1)2(22 =-+轴上的动点,QA ,QB 分别切⊙M 于A ,B 两点, (1)如果3 24||= AB ,求直线MQ 的方程;(2)求动弦AB 的中点P 的轨迹方 程. 讲解:(1)由3 24||= AB ,可得 ,3 1 )322(1)2||( ||||2222=-=-=AB MA MP 由射影定理,得 ,3|||,|||||2=?=MQ MQ MP MB 得 在Rt △MOQ 中, 523||||||2222=-=-=MO MQ OQ ,故55-==a a 或, 所以直线AB 方程是;0525205252=+-=-+y x y x 或 (2)连接MB ,MQ ,设),0,(),,(a Q y x P 由点M ,P ,Q 在一直线上,得 (*),2 2x y a -=- 由射影定理得|,||||| 2MQ MP MB ?=即(**),14)2(222=+?-+a y x 把(*)及(**)消去a ,并注意到2 1 )47(22≠=-+y y x 适时应用平面几何知识,这是快速解答本题的要害所在,还请读者反思其中的奥妙. 例7 如图,在Rt △ABC 中,∠CBA=90°,AB=2,AC=2 2 。DO ⊥AB 于O 点,OA=OB ,DO=2,曲线E 过C 点,动点P 在E 上运动,且保持| PA |+| PB |的值不变. (1)建立适当的坐标系,求曲线E 的方程; (2)过D 点的直线L 与曲线E 相交于不同的两点M 、N 且M 在D 、N 之间,设 λ=DN DM ,试确定实数λ的取值范围. 讲解: (1)建立平面直角坐标系, 如图所示∵| PA |+| PB |=| CA |+| CB | y= 22)2 2 (22222=++∴动点P 的轨迹是椭圆∵2,1,1a b c ===∴曲 线E 的方程是 12 22 =+y x . (2)设直线L 的方程为 2+=kx y , 代入曲线 E 的方程 2222=+y x ,得 068)12(22=+++kx x k 设M 1(),(), 221,1y x N y x , 则 A O B C ① ② ③ ?? ? ? ? ? ??? +=+-=+>?+-=?.126,128,06)12(4)8(2212 212k x x k k x x k k i) L 与y 轴重合时,3 1 ||||== DN DM λ ii) L 与y 轴不重合时, 由①得 .2 3 2>k 又∵21x x x x x x DN DM N D M D =--==λ, ∵,012< ∴21 2)(122121221++=++=?+λλx x x x x x x x ∵) 1 2(332) 12(664)(22 22122k k k x x x x +=+=?+ 而,232 > k ∴.8)1 2(362<+ ∴ ,316)12(33242 < + 16214<++<λλ, 31012<+<λλ,.131,3101, 21,10< ??? ? ? ? ??? <+>+<<λλλλλλ∴λ的取值范围是?? ? ???1,31 . 值得读者注意的是,直线L 与y 轴重合的情况易于遗漏,应当引起警惕. 例8 直线l 过抛物线)0(22≠=p px y 的焦点,且与抛物线相交于A ),(),(2211y x B y x 和两点. (1)求证:22 14p x x =;(2)求证:对于抛物线的任意给定的一条弦CD ,直线l 不是CD 的垂直平分线. 讲解: (1)易求得抛物线的焦点)0,2 (P F . 若l ⊥x 轴,则l 的方程为4,22 2 1P x x P x ==显然.若l 不垂直于x 轴,可设 ) 2 (P x k y -=,代入抛物线方程整理得4,04)21(221222 P x x P x k P P x ==++-则. 综上可知 2214p x x =. (2)设d c d p d D c p c C ≠且),2(),,2(2 2,则CD 的垂直平分线l '的方程为)4(2222p d c x p d c d c y +-+-=+- 假设l '过F ,则)42(2202 2p d c p p d c d c +-+-=+-整理得 0)2)((222=+++d c p d c 0≠p 02222≠++∴d c p ,0=+∴d c . 这时l '的方程为y=0,从而l '与抛物线px y 22=只相交于原点. 而 l 与抛物线 有两个不同的交点,因此l '与l 不重合,l 不是CD 的垂直平分线. 此题是课本题的深化,你能够找到它的原形吗?知识在记忆中积累,能力在联想中提升. 课本是高考试题的生长点,复课切忌忘掉课本! 例9 某工程要将直线公路l 一侧的土石,通过公路上的两个道口A 和B ,沿着道路AP 、BP 运往公路另一侧的P 处,PA=100m ,PB=150m ,∠APB=60°,试说明怎样运土石最省工? 讲解: 以直线l 为x 轴,线段AB 的中点为原点对立直角坐标系,则在l 一侧必存在经A 到P 和经B 到P 路程相等的 点,设这样的点为M ,则|MA|+|AP|=|MB|+|BP|,即|MA|-|MB|=|BP|-|AP|=50, 750||=AB ,∴M 在双曲线16 2525 2 2 22 =?- y x 的右支上. 故曲线右侧的土石层经道口B 沿BP 运往P 处,曲线左侧的土石层经道口A 沿AP 运往P 处,按这种方法运土石最省工.