方法技巧专题09,,直线与圆锥曲线,(解析版)
方法技巧专题 9
直线与圆锥曲线 解析版
一、
知识框架
二、直线与圆锥曲线的位置关系
1. 例题
【例 1】已知椭圆2 214 3x y ,直线 l :
1 x my m m R ,直线 l 与椭圆的位置关系是(
)
A.相离 B.相交 C.相切 D.不确定 【解析】直线 l :
1 x my m m R 化为 1 1 0 x m y , 可得直线 l 恒过点 1,1 ,由2 21 114 3 可知该点在椭圆内部. 所以直线 l 与椭圆相交, 直线与圆锥曲线的位置关系:
1.代数法:把圆锥曲线方程 C 与直线方程 l 联立,消去 y (也可以消去 x ),整理得到关于 x (或者 y )的一元方程 02 c bx ax . (1)当 0 a 时:计算 ac b 42 . 若Δ>0,则 C 与 l 相交; 若Δ=0,则 C 与 l 相切; 若Δ<0,则 C 与 l 相离; (2)当 0 a 且 0 b 时:即得到一个一次方程,则 C 与 l 相交,且只有一个交点。
若 C 为双曲线,则直线 l 与双曲线的渐近线的位置关系是平行; 若 C 为抛物线,则直线 l 与抛物线的对称轴的位置关系是平行或重合. 2.几何法:在同一直角坐标系中画出圆锥曲线和直线的图像,利用图象和性质可判断 C 与 l 的位置关系.
故选:B. 【例 2】已知点 , A B 为曲线1yx 上两个不同的点, , A B 的横坐标1 2x x 、 是函数21( ) ln2f x ax ax x 的两个极值点,则直线 AB 与椭圆2214xy 的位置关系是(
)
A.相离 B.相切 C.相交 D.位置关系不确定 【解析】由21( ) ln2f x ax ax x ,得21 1( )ax axf x ax ax x , 因为 , A B 的横坐标1 2x x 、 是函数21( ) ln2f x ax ax x 的两个极值点, 所以1 2x x 、 是方程21 0 ax ax 的两根, 因此1 21 2110x xx xaa ,又点 , A B 为曲线1yx 上两个不同的点, 所以1 21 2 1 21 11ABx xk ax x x x 因此直线 AB 的方程为:111( ) y a x xx- = -, 即1 1 2 1 211( ) ( 1) y ax ax ax ax ax ax a x x ax a a xx= - + = - - = - + = - = -, 即直线 AB 恒过定点 (1,0) ,又点 (1,0) 显然在椭圆2214xy 内, 因此直线 AB 与椭圆2214xy 必相交. 故选:C. 【例 3】已知 是椭圆 的左右焦点,是直线 上一点,若的最小值是 ,则实数 __________. 【解析】依题意椭圆 ,则 , ,又因为, 是直线 上一点,1 2, F F2 2: 14 3x yC P:
( ) l y x m m R 1 2PF PF 4m 2 2: 14 3x yC 2 4 a 2 a P: ( ) l y x m m R
若 的最小值是 ,则此直线与椭圆相切.由 消去 并化简得,判别式 ,解得 . 故答案为:
. 【例 4】直线 3 y x = + 与曲线219 4x x y (
)
A.没有交点 B.只有一个交点 C.有两个交点 D.有三个交点 【解析】当 0 x 时,曲线为2 219 4y x ,与直线方程联立得:213 24 0 x x 解得:10 x ,22413x
此时直线与曲线有两个交点 当 0 x 时,曲线为2 219 4y x ,与直线方程联立得:25 24 0 x x 解得:10 x (舍),2245x
此时直线与曲线有一个交点 综上所述:直线与曲线有三个交点 故选:
D
【例 5】已知直线 与双曲线 的右支相交于不同的两点,则 k 的取值范围是(
)
A.
B.
C.
D.
【解析】双曲线渐近线为 ,直线 过定点 .画出双曲线的图像以及双曲线渐近线的图像如下图所示,由图可知,要使直线 与双曲线 的右支相交于不同的两点,则 ,结合选项可知只有 D 选项符合.由 消去 得 ,化简得,因为直线 与双曲线 的右支相交于不同的两点,所以,解得 . 故选:D. 1 2PF PF 42 214 3x yy x m y2 27 8 4 12 0 x mx m 248 7 0 m 7 m 7 2 y kx 2 24 x y ( 1,1) ( 2 , 2 ) (1, 2 ) ( 2 , 1) y x 2 y kx (0,2)2 y kx 2 24 x y 1 k 2 224y kxx y y 222 4 x kx 2 21 4 8 0 k x kx 2 y kx 2 24 x y 2 216 32 1 01k kk 2 1 k
【例 6】已知双曲线 C : 2 22 21 0, 0x ya ba b 的左右焦点分别为1F ,2F ,过1F 的直线 l 与圆 2 2 2x y a 相切于点 T ,且直线 l 与双曲线 C 的右支交于点 P ,若T F P F1 14 ,则双曲线 C 的离心率为______. 【解析】
如图,由题可知1 2OF OF c , OT a ,则1FT b , 又 T F P F1 14 ,3 TP b ,14 FP b , 又1 22 PF PF a ,24 2 PF b a
作2/ / F M OT ,可得22 F M a , TM b ,则 2 PM b
在2MPF ,2 2 22 2PM MF PF ,即 222 c b a , 2b a c
又2 2 2c a b ,化简可得2 23 2 5 0 c ac a ,同除以2a ,得23 2 5 0 e e 解得53e ,双曲线的离心率为53 【例 7】若直线 21 0 x cy 是抛物线2x y 的一条切线,则 c _________ 【解析】联立直线和抛物线得到22 1 0 x cyx y 22 1 0 cx x 0 1 c . 故答案为:
1 .
【例 8】已知抛物线 C 的方程为212x y ,过点 (0, 1) A 和点 ( 3) B t, 的直线与抛物线 C 没有公共点,则实数 t 的取值范围是( )
A. ( , 1)(1, )
B.2 2( , ) ( , )2 2
C. ( , 2 2) (2 2, ) D. ( , 2) ( 2, )
【解析】据已知可得直线 AB 的方程为41 y xt , 联立直线与抛物线方程,得241{12y xtx y ,消元整理,得242 1 0 x xt , 由于直线与抛物线无公共点,即方程242 1 0 x xt 无解, 故有24( ) 8 0t ,解得2 t 或2 t . 【例 9】过点 (0,2) P 且与抛物线22 ( 0) y px p 只有一个公共点的直线有( )
A.1 条 B.2 条 C.3 条 D.4 条 【解析】画出图像如下图所示,由图可知, 2, 0 y x 这两条直线与抛物线只有一个公共点,另外过 P点还可以作出一条与抛物线相切的直线 PA ,故符合题意的直线有 3 条,故选 C.
2. 巩固提升综合练习
【练习 1】已知曲线1 :2 C y x 与曲线2 22 :4 C x y 怡好有两个不同的公共点,则实数 的取值范围是(
)
A. , 1 0,1
B. 1, 1
C. 1,1
D. 1,0 1,
【解析】双曲线1C 的方程为2, 022, 0y yx yy y , 所以,曲线1C 的图象与曲线2C 的图象必相交于点 0, 2 , 为了使曲线1C 与曲线2C 恰好有两个公共点, 将2 x y 代入方程2 24 y x ,整理可得 21 4 4 4 0 y y . ①当 1 时,2 y 满足题意; ②当 1 时,由于曲线1C 与曲线2C 恰好有两个公共点, 216 16 1 1 16 0 ,且 2 是方程 21 4 4 4 0 y y 的根, 则 4 101,解得 1 1 . 所以,当 0 y≥ 时, 1 1 . 根据对称性可知,当 0 y 时,可求得 1 1 . 因此,实数 的取值范围是 1,1 . 故选:C. 【练习 2】对不同的实数值 m ,讨论直线 yx m 与椭圆2214xy 的位置关系. 【解析】由2214y x mxy 消去 y 得,2 25 8 4 4 0 x mx m 2 2 264 4 5 4 4 16 5 m m m
当 0 时,25, 5 5 m m ,此时直线与椭圆相交; 当 0
25, 5 m m ,此时直线与椭圆相切; 当 0 ,25, 5 5 m m m 或 此时直线与椭圆相离. 【练习 3】过点 3,0 和双曲线 2 21 0 x ay a 仅有一交点的直线有(
)
A.1 条 B.2 条 C.4 条 D.不确定 【解析】直线斜率不存在时,不满足条件; 直线斜率存在时,与渐近线平行的直线,满足题意
∴ 过点 3,0 和双曲线 2 21 0 x ay a 仅有一交点的直线有 2 条 故选:B. 【练习 4】已知双曲线 2 22 21 0, 0x ya ba b 的右焦点为 F,过点 F 且倾斜角为 45°的直线与双曲线的右支一定有两个交点,则此双曲线的离心率的取值范围是(
)
A. (1, 2]
B. (1,2)
C. (1, 2)
D. ( 2, )
【解析】双曲线2 22 21x ya b 的渐近线方程为by xa , 由题意可知,双曲线渐近线的倾斜角范围是 0,4 , 渐近线斜率 1 ( ) 0, k ,而2 2b c aka a , 由此得不等式2 221c aa ,即2 22 c a , 故2222cea ,所以 1 2 e , 故选:C. 【练习 5】已知抛物线24 y x ,直线 l 过定点(-1,0),直线 l 与抛物线只有一个公共点时,直线 l 的斜率是__________. 【解析】由题意可设直线方程为:y=k(x+1), 联立方程可得, 214y k xy x ,整理可得 k 2 x 2 +(2k 2 ﹣4)x+k 2 =0(*)
直线与抛物线只有一个公共点⇔(*)只有一个根 ①k=0 时,y=0 符合题意 ②k≠0 时,△ =(2k 2 ﹣4)
2 ﹣4k 4 =0 整理,得 k 2 =1, 解得 1 k 或 k=﹣1. 综上可得, 1 k 或k=﹣1 或 k=0. 故答案为﹣1 或 0 或 1
【练习 6】已知抛物线21 :2 C y px 的焦点 F 与椭圆2 218 4x y 的右焦点重合,抛物线1C 的准线与 x 轴的交点为 K ,过 K 作直线 l 与抛物线1C 相切,切点为 A ,则AFK △ 的面积为(
)
A.32 B.16 C.8 D.4 【解析】抛物线1C 的焦点为 ,02p ,椭圆的焦点为 2,0 ,所以 22p ,即 4 p , 所以抛物线方程为:28 y x ,则 K 为 2,0 , 设直线 l 为 2 y k x ,则联立 228y k xy x ,消去 y ,可得 2 2 2 24 8 4 0 k x k x k , 因为直线 l 与抛物线1C 相切,所以 22 2 24 8 4 4 0 k k k ,则 1 k , 当 1 k 时,直线 l 为 2 y x ,则点 A 为 2,4 ,则1 14 4 82 2AFK AS AF y , 由抛物线的对称性,当 1 k 时, 8AFKS ,故选:C
三、直线与圆锥曲线中的弦长与面积问题
【一】弦长公式
1. 例题
【例 1 1】
】斜率为 1 的直线 l 与椭圆 x24 +y2 =1 相交于 A,B 两点,则|AB|的最大值为(
) A.2
B. 4 55
C. 4 105
D. 8 105 【解析】选 C 设 A,B 两点的坐标分别为(x 1 ,y 1 ),(x 2 ,y 2 ),直线 l 的方程为 y=x+t, 由 x 2 +4y 2 =4,y=x+t消去 y,得 5x 2 +8tx+4(t 2 -1)=0, 则 x 1 +x 2 =- 85 t,x 1 x 2 =4t 2 -15. ∴|AB|= 1+k 2 |x 1 -x 2 |= 1+k 2 · x 1 +x 2 2 -4x 1 x 2 = 2·- 85 t2 -4× 4t2 -15= 4 25· 5-t 2 , 当 t=0 时,|AB| max = 4 105. 【例 2 2 】已知椭圆 M :
x2a2 + y2b2 =1( a > b >0)的离心率为63,焦距为 2 2.斜率为 k 的直线 l 与椭圆 M 有两个不同的交点 A , B . (1)求椭圆 M 的方程; (2)若 k =1,求| AB |的最大值. 弦长公式:
(1)题设:若斜率为 k 的直线 l 与圆锥曲线方程 C 有两个不同的交点 )
( )、 (2 2 1 1, , y x N y x M,则
或 ; (2)通径:①过椭圆的一个焦点且与焦点所在轴垂直的弦,长度为:
2b2a; ②过双曲线的一个焦点且与实轴垂直的弦,长度为:
2b2a; (3)题设:若斜率为 k 的直线 l 经过抛物线 px y C 22 :
的焦点 F ,且与 C 交于两点)
( )、 (2 2 1 1, , y x N y x M ,其中 tan k,则
① 22 1sin2pp x x MN ;
② pp pNF MF2cos 11cos - 11 1 1 ; (4)题设:若斜率为 k 的直线 l 经过抛物线 py x C 22 :
的焦点 F ,且与 C 交于两点)
( )、 (2 2 1 1, , y x N y x M ,其中 tan k,则
① 222 1cos2)2( sin2 p pp y y MN ;
② p NF MF2 1 1 ; MN =2 21 2 1 2(1 )[( ) 4 ] k x x x x MN =21 2 1 221(1 )[(y ) 4 ] y y yk
【解析】(1)由题意得 a 2 =b 2 +c 2 ,ca =63,2c=2 2,解得 a= 3,b=1. 所以椭圆 M 的方程为 x23 +y2 =1. (2)设直线 l 的方程为 y=x+m,A(x 1 ,y 1 ),B(x 2 ,y 2 ). 由 y=x+m,x 23 +y2 =1,得 4x 2 +6mx+3m 2 -3=0, 所以 x 1 +x 2 =- 3m2,x 1 x 2 = 3m2 -34. 所以|AB|= x 2 -x 1 2 +y 2 -y 1 2 = 2x 2 -x 1 2 = 2[x 1 +x 2 2 -4x 1 x 2 ]= 12-3m 22. 当 m=0,即直线 l 过原点时,|AB|最大,最大值为 6. 【例 3 3 】椭圆 E:x 2a 2 +y 2b 2 =1(a>b>0)的左焦点为 F 1 ,右焦点为 F 2 ,离心率 e=12 ,过 F 1 的直线交椭圆于 A,B 两点,且△ABF 2 的周长为 8. (1)求椭圆 E 的方程; (2)若直线 AB 的斜率为 3,求△ABF 2 的面积. 【解析】(1)由题意知,4a=8,所以 a=2, 又 e= 12 ,所以ca =12 ,c=1, 所以 b 2 =2 2 -1=3, 所以椭圆 E 的方程为 x24 +y 23 =1. (2)设直线 AB 的方程为 y= 3(x+1), 由 y= 3x+1,x 24 +y 23 =1,得 5x 2 +8x=0, 解得 x 1 =0,x 2 =- 85 , 所以 y 1 = 3,y 2 =- 3 35. 所以 S△ABF 2 =c·|y 1 -y 2 |=1× 3+ 3 35= 8 35. 【例 4 4】
】已知 是抛物线 的焦点,则过 作倾斜角为 的直线分别交抛物线于 ( 在 轴上方)两点,则 的值为(
) F24 y x F 60, A BAx| || |AFBF
A.
B.
C.
D.
【解析】
,
∴ . 【例 5 5 】设抛物线 C :
y2 =4 x的焦点为 F ,过 F 且斜率为 k ( k >0)的直线 l 与 C 交于 A , B 两点,| AB |=8. (1)求 l 的方程; (2)求过点 A , B 且与 C 的准线相切的圆的方程. 【解析】(1)由题意得 F(1,0),l 的方程为 y=k(x-1)(k>0). 设 A(x 1 ,y 1 ),B(x 2 ,y 2 ), 由 y=kx-1,y 2 =4x得 k 2 x 2 -(2k 2 +4)x+k 2 =0. Δ=16k 2 +16>0,故 x 1 +x 2 = 2k2 +4k 2. 所以|AB|=|AF|+|BF|=(x 1 +1)+(x 2 +1)= 4k2 +4k 2. 由题设知 4k2 +4k 2=8,解得 k=1 或 k=-1(舍去).
因此 l 的方程为 y=x-1. (2)由(1)得 AB 的中点坐标为(3,2), 所以 AB 的垂直平分线方程为 y-2=-(x-3), 即 y=-x+5. 设所求圆的圆心坐标为(x 0 ,y 0 ), 则 y 0 =-x 0 +5,x 0 +1 2 = y0 -x 0 +1 22+16. 解得 x 0 =3,y 0 =2或 x 0 =11,y 0 =-6. 因此所求圆的方程为(x-3) 2 +(y-2) 2 =16 或(x-11) 2 +(y+6) 2 =144. 【例6 6】
】已知抛物线y 2 =16x的焦点为F,过F作一条直线交抛物线于A,B两点,若|AF|=6,则|BF|=________. 【解析】不妨设 A(x 1 ,y 1 ),B(x 2 ,y 2 )(A 在 B 上方),根据焦半径公式|AF|=x 1 + p2 =x 1 +4=6,所以 x 1 =2,y 1 =4 2,所以直线 AB 的斜率为 k=4 22-4 =-2 2,所以直线方程为 y=-2 2(x-4),与抛物线方程联立得 x 2 -10x+16=0,即(x-2)(x-8)=0,所以 x 2 =8,故|BF|=8+4=12. 答案:12 3 2 3 4| |1 cos60pAF | |1 cos60pBF | | 1 0.53| | 1 0.5AFBF
【例 7 7 】已知斜率为 1 的直线 l 与双曲线24x y 2 =1 的右支交于 A,B 两点,若|AB|=8,则直线 l 的方程为(
)
A.y=x21 B.y=x21 C.y=x3 55 D.y=x3 55 【解析】设斜率为 1 的直线 l 的方程为 yx t , 联立双曲线方程2214xy ,可得2 23 8 4 4 0 x tx t , 设1( A x ,1 )y ,2( B x ,2 )y ,可得1 283tx x ,21 24 43tx x , 则2 2 221 2 1 264 16 16 4 3| | 1 1 ( ) 4 2 2 89 3 3t t tAB x x x x , 解得21 t ,由于直线 l 与双曲线的右支交于两点,可得21 t , 则直线 l 的方程为 21 y x . 故选:
B . 【例 8 8 】过双曲线2 219 4x y 的左焦点作弦 AB ,使 AB 4 ,则这样的直线 AB 的条数为______. 【解析】2 213 c a b 当直线 AB 不存在斜率时,直线方程为 13 x ,此时把 13 x 代入双曲线方程中可得:43y ,此时4 4 8( ) 43 3 3AB ,这样有两条直线过左焦点作弦 AB 只与双曲线左支相交,使 AB 4 ; 直线 AB 与双曲线左右两支都相交时,弦 AB 的最小值为 2 6 a ,所以过左焦点作弦 AB 与左右两支都相交,使 AB 4 的直线是不存在的. 故答案为:2 【例 9 9 】已知双曲线2212yx
(1)求直线1 y x 被双曲线截得的弦长; (2)过点 1,1 P 能否作一条直线 l 与双曲线交于 , A B 两点,且点 P 是线段 AB 的中点? 【解析】(1)设直线1 y x 与2212yx 的交点 3 3 4 4, , , P x y Q x y
联立方程组22121 y xyx ,化简得:22 3 0 x x , 解得3 41, 3 x x ,所以 1,0 , 3,4 P Q , 所以弦长 2 21 3 0 4 4 2 PQ (2)假设存在直线 l 与双曲线交于 , A B 两点,且点 P 是线段 AB 的中点. 设 1 1, A x y , 2 2, B x y ,易知1 2x x ,由221122221212yxyx 两式相减得 1 2 1 21 2 1 202y y y yx x x x , 又1 212x x ,1 212y y ,所以 1 2 1 22 0 x x y y ,所以1 21 22ABy ykx x , 故直线 l 的方程为 1 2 1 y x ,即 2 1 y x . 由222 112y xyx ,消去 y 得22 4 3 0 x x +, 因为 16 24 8 0 ,方程无解, 故不存在一条直线 l 与双曲线交于 , A B 两点,且点 P 是线段 AB 的中点.
2. 巩固提升综合练习 【练习 1 1】
】已知椭圆 C 的两个焦点为 F 1 (-1,0),F 2 (1,0),且经过点 E 3,32. (1)求椭圆 C 的方程; (2)过 F 1 的直线 l 与椭圆 C 交于 A,B 两点(点 A 位于 x 轴上方),若AF 1―→ =2F1 B―→ ,求直线 l 的斜率 k 的值. 【解析】(1)设椭圆 C 的方程为 x2a 2 +y 2b 2 =1(a>b>0), 由 2a=|EF 1 |+|EF 2 |=4,a 2 =b 2 +c 2 ,c=1,解得 a=2,c=1,b= 3,
所以椭圆 C 的方程为 x24 +y 23 =1. (2)由题意得直线 l 的方程为 y=k(x+1)(k>0), 联立 y=kx+1,x 24 +y 23 =1,整理得 3k 2 +4 y2 - 6k y-9=0, 则 Δ= 144k 2+144>0, 设 A(x 1 ,y 1 ),B(x 2 ,y 2 ), 则 y 1 +y 2 =6k3+4k 2 ,y 1 y 2 =-9k 23+4k 2 , 又AF 1―→ =2F1 B―→ ,所以 y1 =-2y 2 , 所以 y 1 y 2 =-2(y 1 +y 2 ) 2 , 则 3+4k 2 =8,解得 k=±52, 又 k>0,所以 k=52. 【练习 2 2 】已知椭圆 : 2 22 21x ya b ( 0 a b )的半焦距为 c ,原点 到经过两点 ,0 c , 0,b 的直线的距离为12c . (Ⅰ)求椭圆 的离心率; (Ⅱ)如图, 是圆 : 2 2 52 12x y 的一条直径,若椭圆 经过 , 两点,求椭圆 的方程.
【答案】(Ⅰ)32;(Ⅱ)2 2112 3x y . 【解析】(Ⅰ)过点 ,0 , 0, c b 的直线方程为 0 bx cy bc , 则原点 O 到直线的距离2 2bc bcdab c ,
由12d c ,得2 22 2 a b a c ,解得离心率32cea . (Ⅱ)由(1)知,椭圆 E 的方程为2 2 24 4 x y b . 依题意,圆心 2,1 M 是线段 AB 的中点,且 10 AB . 易知, AB 不与 x 轴垂直. 设其直线方程为 2 1 y k x ,代入(1)得 22 2 21 4 8 2 1 4 2 1 4 0 k x k k x k b . 设 1 1 2 2, , , A x y B x y ,则 1 228 2 11 4k kx xk , 221 224 2 1 41 4k bx xk . 由1 24 x x ,得 28 2 1= 41 4k kk ,解得12k . 从而21 28 2 x x b . 于是 2221 2 1 2 1 21 51 4 10 22 2AB x x x x x x b .
由 10 AB ,得 210 2 10 b ,解得23 b . 故椭圆 E 的方程为2 2112 3x y . 【练习 3 3】
】已知抛物线 x y C 3 :2 的焦点为 F ,斜率为 的直线 l 与 C 的交点为 B A, ,与 x 轴的交点为 P . (1)若 4 BF AF ,求 l 的方程; (2)若 ,求 AB . 【答案】(1)
;(2)
. 【解析】设直线 . (1)由题设得 ,故 ,由题设可得 . 323 AP PB 3 72 8y x 4 133 1 1 2 23: , , , ,2l y x t A x y B x y 3,04F 1 23| | | |2AF BF x x 1 252x x
由 ,可得 ,则 . 从而 ,得 . 所以 的方程为 . (2)由 可得 . 由 ,可得 . 所以 .从而 ,故 . 代入 的方程得 .故 . 【练习 4 4 】如图,过抛物线22 ( 0) y px p 的焦点 F 的直线 l 交抛物线于点 , A B ,交其准线于点 C ,若4 BC BF ,且 6 AF ,则 p 为(
)
A.94 B.92 C. 9
D. 18
【解析】设准线与 x 轴交于点 P ,作 BH 垂直于准线,垂足为 H .
2323y x ty x 2 29 12( 1) 4 0 x t x t 1 212( 1)9tx x 12( 1) 59 2t 78t l3 72 8y x 3 AP PB 1 23 y y 2323y x ty x 22 2 0 y y t 1 22 y y 2 23 2 y y 2 11, 3 y y C1 213,3x x 4 13| |3AB
由 4 BC BF ,得:45BH BCPF CF , 由抛物线定义可知:
BF BH ,设直线 l 的倾斜角为 , 由抛物线焦半径公式可得:41 cos5pBF BFPF p p ,解得:1cos4 , 461 31 cos 314 4p p pAF p ,解得:92p , 本题正确选项为 B. 【练习 5 5 】已知复数 , z x yi x y R 满足:
5 5 2 z z a ( 0 2 2 5 a ),且 z 在复平面上的对应点 P 的轨迹 C 经过点 4, 3 . (1)求 C 的轨迹; (2)若过点 4,0 A ,倾斜角为4的直线 l 交轨迹 C 于 M 、 N 两点,求 OMN 的面积 S . 【解析】(1)由于复数 , z x yi x y R 满足:
5 5 2 z z a ( 0 2 2 5 a ),所以 z 在复平面上的对应点 P 到 5,0 、 5,0 两点的距离之差为常数 2a ,且 0 2 2 5 a .所以 P 的轨迹是双曲线的右支.且 5 c .设轨迹 C 的方程为 2 22 21 25x yxa a ,将点 4, 3 代入上式得2 216 315 a a ,解得24 a 或220 a (舍去),所以 C 的轨迹方程为 221 24xy x . (2)依题意,直线 l 的方程为4 y x ,由22414y xxy 消去 y 得23 32 68 0 x x . 设 1 1 2 2, , , M x y N x y ,则1 2 1 232 68,3 3x x x x . 所以 21 2 1 22 4 MN x x x x 1024 68 4 208 4 262 29 3 9 3 . O 到直线 l 的距离为42 22d . 所以1 1 4 26 8 132 22 2 3 3S MN d .
【练习 6 6 】已知双曲线 C:2 22 21( 0, 0)x ya ba b 与双曲线2 2116 4x y 有相同的渐近线,且双曲线 C 过点 4, 3 . (1)若双曲线 C 的左、右焦点分别为1F ,2F ,双曲线 C 上有一点 P,使得1 260 FPF ,求△1 2FPF 的面积; (2)过双曲线 C 的右焦点2F 作直线 l 与双曲线右支交于 A,B 两点,若△1F AB 的周长是403,求直线 l 的方程. 【解析】(1) 设双曲线 C:2 216 4x y ,点 4, 3 代入得:14
∴ 双曲线 C:2214xy
在△ PF 1 F 2 中,设1 2, PF m PF n
, ∴2 21 2420 1cos2 2m nm nFPFmn ①② ,由②得:
22 20 m n mn mn , 16 2 20 mn mn , 4 mn
, ∴1 21sin60 32PF FS mn ;
(2) ∵11 1 2 240+ 2 2 8 23F ABC AF BF AB AF a BF a AB AB
∴83AB
, 1°当直线 AB 斜率不存在时, 1 AB ,不符合题意(舍)
2°当直线 AB 斜率存在时,设 AB:
5 y k x
, 联立: 22514y k xxy , 2 2 2 24 1 8 5 20 4 0 k x k x k
∴ 22 221 22 24 11 16 16 813 4 1 4 1kk kAB k x xk k , 解得:
1 k ,此时
, ∴ 直线 l 方程:
5 y x 或 5 y x .
【二】面积问题
1. 例题
【例 1】
】过抛物线24 y x 的焦点 F 的直线交抛物线于 , A B 两点,点 O 是原点,若 3 AF ;则 AOB 的面积面积问题:
涉及面积的计算问题,常用到三角形面积公式、焦点三角形面积公式、点到直线的距离公式,或把待求面积分解成两个易于求和的三角形面积之和. (1)椭圆焦点三角形面积:
)
在椭圆上, (点2 1222tan1PF F P b SPF F (2)双曲线焦点三角形面积:)
在双曲线上, (点2 1222tan1PF F PbSPF F
(3)抛物线:
①题设:若斜率为 k 的直线 l 经过抛物线 px y C 22 :
的焦点 F ,且与 C 交于两点)
( )、 (2 2 1 1, , y x N y x M ,其中 tan k,则:
sin 2sin2 212pMNpSMON . ②题设:若斜率为 k 的直线 l 经过抛物线 py x C 22 :
的焦点 F ,且与 C 交于两点)
( )、 (2 2 1 1, , y x N y x M ,其中 tan k,则:
cos 22sin 22sin2 212 2p pMNpSMON )
()
(.
为 (
)
A.22 B.2
C.3 22 D. 2 2
【解析】抛物线24 y x 焦点为 1,0 F ,准线方程为 1 x , 由 3 AF 得1(2,2 2), ( , 2)2A B 或1(2, 2 2), ( , 2)2A B
所以12AOB A BS OF y y 1 3 21 2 2 22 2 ,故答案为 C. 【例 2】
】已知点 F 是抛物线 C :24 y x 的焦点,直线 l 与抛物线 C 相切于点 0 0 0, 0 P x y y ,连接 PF交抛物线于另一点 A ,过点 P 作 l 的垂线交抛物线 C 于另一点 B .
(1)若01 y ,求直线 l 的方程; (2)求三角形 PAB 面积 S 的最小值 【解析】(1)由01 y 得1,14P , 设直线 l 的方程为 114t y x , 由 21144t y xy x 得24 4 1 0 y ty t , 因为直线 l 与抛物线 C 相切,故 216 4 4 1 0 t t ,解得12t . 故所求直线 l 的方程 1 112 4y x ,即122y x .
(2)设切线 l 的方程为 0 0t y y x x ,211,4yA y ,222,4yB y , 又由 A , F , P 三点共线,故/ / FA FP ,2111,4yy FA ,2001,4yFP y , 化简可得,1 04 y y , 20 04 4, Ay y , 由 0 024t y y x xy x 得20 04 4 4 0 y ty y x , 因为直线 l 与抛物线 C 相切,故02 4 y t ,即02yt , 故直线 PB 的方程为 00 02yy y x x ,300 02 2 04yy x y y , 因此点 A 到直线 PB 的距离为 3022002 20 0 042444 4 4yyyydy y y , 由300 022 2 044yy x y yy x 得 2 30 0 08 8 0 y y y y y ,0 208y yy ,2 008y yy , 故2 0 020 0 04 4 81 1 2 y y y By y yP , 所以 2200220 00 041 1 4 81 22 24 4PAByS d PB yy yy y 32004 14yy 330 00 01 4 1 42 164 4y yy y 等号成立当且仅当004yy,即02 y 时等号成立. 此时三角形 PAB 面积 S 的最小值为 16. 例 【例 3 】已知点1F ,2F 是椭圆2 22 2: 1( 0)x yC a ba b 的两个焦点, P 为椭圆 C 上一点,且
1 22FPF .若△1 2PFF 的面积为 9,则 b _______ 【解析】1 22FPF ,1 2PFF 的面积为 9, 设1| | PF m ,2| | PF n .则2 2 221924m n amnm n c 可得:2 24 36 4 c a , 即2 2 29 a c b ,解得 3 b . 【例 4 】已知点 A(0,-2),椭圆 E:2 22 21x ya b
(a>b>0)的离心率为32,F 是椭圆 E 的右焦点,直线 AF的斜率为2 33,O 为坐标原点.
(1)求 E 的方程; (2)设过点 A 的动直线 l 与 E 相交于 P,Q 两点.当△ OPQ 的面积最大时,求 l 的方程. 【解析】(1)设 ,0 F c ,因为直线 AF 的斜率为2 33, 0, 2 A
所以2 2 33 c , 3 c . 又2 2 23,2cb a ca 解得 2, 1 a b ,所以椭圆 E 的方程为2214xy . (2)解:设 1 1 2 2, , , P x y Q x y
由题意可设直线 l 的方程为:
2 y kx , 联立221{ 42,xyy kx ,消去 y 得 2 21 4 16 12 0 k x kx , 当 216 4 3 0 k ,所以234k ,即32k 或32k 时 1 2 1 22 216 12,1 4 1 4kx x x xk k . 所以 221 2 1 21 4 PQ k x x x x 222 216 4811 4 1 4kkk k 2 224 1 4 31 4k kk
点 O 到直线 l 的距离221dk所以221 4 4 32 1 4OPQkS d PQk , 设24 3 0 k t ,则2 24 3 k t , 24 4 4144 2 4OPQtSttt ,当且仅当 2 t ,即24 3 2 k , 解得72k 时取等号,满足234k
所以 OPQ 的面积最大时直线 l 的方程为:722y x 或722y x . 2. 巩固提升综合练习 【练习 1 】抛物线24 y x 的焦点为 F,准线为 l,经过 F 且斜率为 3 的直线与抛物线在 x 轴上方的部分相交于点 A, AK l ,垂足为 K,则AKF 的面积是(
) A.4 B. 3 3
C. 4 3
D.8 【解析】由抛物线24 y x 可得 1,0 F , 因为斜率为 3 ,则直线方程为 3 1 3 3 y x x , 联立23 34y xy x ,消 y 得23 10 3 0 x x ,解得11=3x ,23 x , 因为交点 A 在 x 轴上方,所以 3 x ,则 3,2 3 A , 则 223 1 2 3 4 AF , 则由抛物线定义可得 4 AK AF , 因为直线斜率为 3 ,即倾斜角为 60 ,因为 AK l ,所以 // AK x 轴,即 60 KAF , 所以1 1 3sin 4 4 4 32 2 2AKFS AF AK KAF ,故选:C 【练习 2 】已知 P 为椭圆2 24125 75x y 上一点,1 2F F , 是椭圆的焦点,1 260 FPF ,则1 2FPF 的面积为________. 【解析】由椭圆方程得:
5 a ,5 32b ,75 5254 2c
设1PF m ,2PF n ,则 2 10 m n a
在1 2FPF 中,由余弦定理得:
222 2 21 22 4 4 100 2 25 1cos2 2 2 2m n mn c m n c mnFPFmn mn mn 解得:
25 mn
1 21 21 25 3sin2 4F PFS mn FPF 【练习 3 】如图所示,直线 ykx b 与椭圈2214xy 交于 A、B 两点,记 AOB 面积为 S; (1)求在 0 k , 0 1 b 的条件下 S 的最大值; (2)当 2 AB , 1 S , 0 k 时,求直线 AB 的方程;
【解析】设 1 1, A x y , 2 2, B x y , (1)当 0 k 时, y b ,联立2214y bxy ,即2214xb , 所以212 1 x b ,222 1 x b ,所以21 24 1 AB x x b , 则212 12S AB b b b , 因为 0 1 b ,所以设21 cos b ,则 sin b ,02 , , 则 2sin cos sin2 S , 因为 2 0, ,所以 0,1 S ,则 S 的最大值为 1 (2)因为 2 AB , 1 S ,所以211bhk ,即2 21 b k ,
联立 22014y kx b kxy ,则 2 2 21 4 8 4 4 0 k x kbx b , 所以1 2281 4kbx xk ,21 224 41 4bx xk, 则22 11 AB k x x 221 2 1 21 4 k x x x x 2222 24 4 4811 4 1 4bkbkk k 2 2224 14 11 4k bkk 22234 11 4kkk 2 , 整理可得4 24 4 1 0 k k ,解得212k ,所以22k 或22 (舍), 则21 312 2b ,所以62b 或62b , 所以直线 AB 的方程为2 62 2y x 或2 62 2y x 【练习 4 】已知椭圆 :2 22 21( 0)x ya ba b 的离心率为32,椭圆的四个顶点围成四边形的面积为 4. (Ⅰ)求椭圆 的标准方程; (Ⅱ)直线 l 与椭圆 交于 A , B 两点, AB 的中点 M 在圆2 21 x y 上,求 AOB ( O 为坐标原点)面积的最大值. 【解析】(Ⅰ)由题意知32ca ,得32c a ,12b a , 所以2 22 23 314x yc c , 由椭圆 的四个顶点围成的四边形的面积为 4,得 2 4 ab , 所以 2 a , 1 b ,椭圆 的标准方程为2214xy . (Ⅱ)当直线 l 的斜率不存在时, 令 1 x ,得32y ,1 31 32 2AOBS , 当直线 l 的斜率存在时,设 l : ykx m , 1 1, A x y , 2 2, B x y , 0 0, M x y ,
由2 24 4y kx mx y ,得 2 2 21 4 8 4 4 0 k x kmx m , 则1 2281 4kmx xk ,21 224 41 4mx xk, 所以0241 4kmxk ,20 02 241 4 1 4k m my kx m mk k , 将2 24,1 4 1 4km mk k 代入2 21 x y ,得 22221 416 1kmk, 又因为 221 2 1 21 4 AB k x x x x 2 2 2241 1 41 4k k mk , 原点到直线 l 的距离21mdk, 所以221121AOBmS kk 2 2241 41 4k mk 2 2221 41 4mk mk 2222 1 41 416 1kkk 2221 41 4 116 1kkk 2 22212 1 4216 1k kk 2 22212 1 416 1k kk 222 1 16116 1 2kk . 当且仅当2 212 1 4 k k ,即24k 时取等号. 综上所述, AOB 面积的最大值为 1.
四、课后自我检测
1.已知直线 与抛物线 交于 , 两点,则 等于(
)
A.
B.6 C.7 D.8 【解析】方法一:设 为 , 为 ,联立 得 , 1 y x 214x y A BAB4 2A 1 1, x yB 2 2, x y2114y xx y 26 1 0 x x
因为 ,则 , 所以
方法二:
84sin4sin222 pAB
故选:D 2.已知直线 y=-x+1 与椭圆 x2a 2 +y 2b 2 =1(a>b>0)相交于 A,B 两点,若椭圆的离心率为22,焦距为 2,则线段 AB 的长是(
) A. 2 23
B. 4 23
C. 2
D.2 【解析】选 B 由条件知 c=1,e= ca =22,所以 a= 2,b=1,椭圆方程为 x22 +y2 =1,联立直线方程与椭圆方程可得交点坐标为(0,1), 43 ,-13,所以|AB|= 4 23. 3.已知焦点在 x 轴上的椭圆 C:
x2a 2 +y2 =1(a>0),过右焦点作垂直于 x 轴的直线交椭圆于 A,B 两点,且 |AB|=1,则该椭圆的离心率为________. 【解析】因为椭圆 x2a 2 +y2 =1(a>0)的焦点在 x 轴上,所以 c=a 2 -1,又过右焦点且垂直于 x 轴的直线为 x=c,将其代入椭圆方程中,得 c2a 2 +y2 =1,则 y=± 1- c2a 2 ,又|AB|=1,所以 21- c2a 2 =1,得c 2a 2 =34 ,所以该椭圆的离心率 e= ca =32. 答案:32 4.已知抛物线2: 4 C y x 的焦点为 F ,过点 F 的直线交抛物线 C 于 A , B 两点, O 为坐标原点,若 AOB 的面积为3 22,则线段 AB 的长是(
)
A. 9
B. 4
C.92 D. 8
【解析】方法一:当直线 AB 垂直于 x 轴时, 12 2 1 22AOBS ,不符合题设; 当直线 AB 不垂直于 x 轴时,设 AB 方程为 1 ( 0) y k x k ,即 kx y k 0 . 点 0,0 到直线 AB 距离21kdk. 2=6 4 1 1 32 0 1 2 1 26, 1 x x x x 22 2 21 2 1 21 4 1 1 6 4 1 64 8 AB k x x x x
联立 21 ,4 ,y k xy x 得 2 2 2 22 4 0 k x k x k , 设1 1( , ), A x y2) 2( , ) B x y, 则由韦达定理得,21 22(2 4) kx xk ,21 221kx xk , 所以由弦长公式得,2 21 2 1 21 ( ) 4 AB k x x x x 22 22(2 4)1 ( ) 4 1kkk 224(1 ) kk , 因为 AOB 的面积为3 22, 所以2221 4 4 3 22 21k kkk ,所以28 k ,所以92AB . 故选 C. 方法二:22 3sin2 pSMON,所以32 2sin ,所以29sin2 pAB 5.若直线 l 交双曲线2 212 6x y 的左,右两支于 A,B 两点,O 为坐标原点,若 0 OA OB ,则 21OA21OB (
)
A.12 B.13 C.2 D.3 【解析】设直线 OA 的方程为 0 y kx k ,与2 212 6x y 联立得,222226363xkkyk , 222 226 1=3kOA x yk . 则直线 OB 的方程为1y xk= ( 0 k ),同理求得 2226 13 1kOBk, 22 222 11 1 13 6 1kk OA OB . 故选 B. 6.已知抛物线2: C y x ,直线 : 1 l y kx ,则“ 0 k ”是“直线 l 与抛物线 C 有两个不同交点”的(
)
A.充分而不必要条件 B.必要而不充分条件 C.充分必要条件 D.既不充分也不必要条件 【解析】∵2, 1 y x y kx
∴ 21 kx x 化简可得 2 22 1 1 0 k x k x
∵ 直线 l 与抛物线 C 有两个不同交点 ∴ 222 1 4 4 1 0 k k k ,且 0 k 等价于14k ,且 0 k , “ 0 k ”不能推出“直线 l 与抛物线 C 有两个不同交点”, “直线 l 与 抛物线 C 有两个不同交点”能推导出 0 k
∴ “ 0 k ”是“直线 l 与抛物线 C 有两个不同交点”的必要不充分条件 故选 B 7.已知双曲线2 22 21x ya b 的右焦点为 F,过 F 做斜率为 2 的直线 l , 直线 l 与双曲线的右支有且只有一个公共点,则双曲线的离心率范围________ 【解析】因为过 F 做斜率为 2 的直线 l ,直线 l 与双曲线的右支有且只有一个公共点,所以 2ba , 所以221 5c bea a ,又因为 1 e ,所以 [ 5, ) e
故答案为:
[ 5, )
8.已知双曲线2 2: 2 C x y ,过右焦点的直线交双曲线于 , A B 两点,若 , A B 中点的横坐标为 4,则弦 AB长为(
)
A. 3 2
B. 4 2
C.6 D. 6 2
【解析】双曲线2 2: 12 2x yC ,则24 c ,所以右焦点 (2,0) F , 根据题意易得过 F 的直线斜率存在,设为( 2) y k x , ( , ), ( , )A A B BA x y B x y
联立2 2( 2)2y k xx y ,化简得 2 2 2 21 4 4 2 0 k x k x k , 所以2 22 24 4 2,1 1A B A Bk kx x x xk k ,
因为 , A B 中点横坐标为 4,所以22481A Bkx xk , 解得22 k ,所以224 2101A Bkx xk , 则 22 28 4 10 24 4A B A B A Bx x x x x x , 则 22| | 1 3 24 6 2A BAB k x x . 故选:D. 9.已知双曲线2 22 21( 0, 0)x ya ba b 的虚轴长为 2 6 ,且离心率为 3 . (1)求双曲线的方程; (2)经过双曲线右焦点2F 作倾斜角为 30° 的直线,直线与双曲线交于不同的两点 , A B ,求 | | AB . 【解析】(1)双曲线2 22 2: 1( 0, 0)x yC a ba b 的虚轴长为 2 6 ,离心率为 3 , ∴36cab解得 3 a , 6 b , 3 c , ∴ 双曲线的方程为2 213 6x y . (2)由(1)知双曲线2 213 6x y 的右焦点为2 (3,0)F ,设经过双曲线右焦点2F 且倾斜角为 30° 的直线的方程为3( 3)3y x ,1 1( , ) A x y ,2 2( , ) B x y , 由2 213 63( 3)3x yy x ,得25 6 27 0 x x ,其中,1 265x x ,1 2275x x , 2 21 21 6 27 16 3| | 1 | | 1+ ( ) 4 ( )3 5 5 5AB k x x . 10.已知椭圆 :
,短轴长为 ,离心率为 .直线 与椭圆 交于不同的两点 , . (1)求椭圆 的方程; C 2 22 21 0x ya ba b 2321 1:2 2l y x CM NC
(2)若已知点 ,求 的面积. 【答案】(1)
(2)
【解析】(1)由题意得 ,解得 ,所以椭圆 的方程为 . (2)方法 1:由 ,消去 x,得 ,判别式 , 设点 , 的坐标分别为 , , 所以 , 所以 的面积
方法 2:由 ,消去 y,得 ,判别式 , 设点 , 的坐标分别为 , , 所以 , 又因为点 到直线 的距离 , 所以 的面积
11.已知椭圆 2 22 2: 1 0x yE a ba b 的左焦点为 1,0 F ,经过点 F 的直线与椭圆相交于 M , N 两点,点 P 为线段 MN 的中点,点 O 为坐标原点.当直线 MN 的斜率为 1 时,直线 OP 的斜率为12 . (1)求椭圆 C 的标准方程; (2)若点 A 为椭圆的左顶点,点 B 为椭圆的右顶点,过 F 的动直线交该椭圆于 C , D 两点,记 ACD 的面积为1S ,BCD 的面积为2S ,求2 1S S 的最大值. (2,0) A AMN 2214xy 742 2 22 232bcaa b c 1 b C2214xy 222 114x yxy 28 4 3 0 y y 24 4 8 ( 3) 112 M N 1 1, x y 2 2, x y1 278 2y y AMN 1 27(2 1)412y y S 221 12 214y xxy 22 2 3 0 x x 2( 2) 4 2 ( 3) 28 M N 1 1, x y 2 2, x y2 21 1 281 ( ) 1 ( )2 2 2 2MN 2,0 A1 1:2 2l y x 21211 ( )2d AMN 2211 28 721 ( )2 2 4 11 ( )21 1| |2 2S MN d
【解析】(1)设 1 1, M x y , 2 2, N x y ,则点1 2 1 2,2 2x x y yP ,由条件知, 直线 MN 的斜率为1 21 21y yx x,直线 OP 的斜率为1 21 212y yx x , 而2 21 12 22 22 22 211x ya bx ya b ,两式作差得,2 2 2 21 2 1 22 20x x y ya b , 所以 2 2 21 2 1 21 22 2 21 2 1 2 1 212y y y y y y ba x x x x x x ,即2 22 a b , 又左焦点为 1,0 F ,所以2 2 2 2 2 22 1 c a b b b b , 所以椭圆 E 的标准方程为2212xy . (2)设直线 CD 的方程为 1 x my ,记 C , D 过标为 1 1, x y , 2 2, x y , 则1 1 2 1 21 2 12 2S AF y y y y , 2 1 2 1 21 2 12 2S BF y y y y , 所以2 1 1 2S S y y . 联立方程,2 22 21x yx my ,消去 x ,得 2 22 2 1 0 m y my , 所以1 2222my ym ,1 2212y ym , 221 2 1 2 1 2 228 142my y y y y ym ,令21 t m ,则 1 t ,且 22 228 18 8 8212 2122mttmtt ,当且仅当 1 t 时等号成立, 所以2 1 1 22 S S y y ,即2 1S S 的最大值为2 .
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