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高中數(shù)學圓錐曲線基本知識與典型例題
第一部分:橢圓
基本知識點
1.橢圓的定義:
第一定義:平面內到兩個定點F1、F2的距離之和等于定值2a(2a>|F1F2|)的點的軌跡叫做橢圓,這兩個定點叫做橢圓的焦點,兩焦點的距離叫做橢圓的焦距.
第二定義: 平面內到定點F與到定直線l的距離之比是常數(shù)e(0
b>0)的兩個焦點,P是以F1F2為直徑的圓與橢圓的一個交點,若∠PF1F2=5∠PF2F1,則橢圓的離心率為( )
(A) (B) (C) (D)
例6. 設A(-2, ),橢圓3x2+4y2=48的右焦點是F,點P在橢圓上移動,當|AP|+2|PF|取最小值時P點的坐標是( )。
(A) (0, 2) (B)(0, -2) (C)(2, ) (D)(-2, )
例7. P點在橢圓上,F(xiàn)1、F2是兩個焦點,若,則P點的坐標是 .
例8.寫出滿足下列條件的橢圓的標準方程:
(1)長軸與短軸的和為18,焦距為6; .
(2)焦點坐標為,,并且經(jīng)過點(2,1); .
(3)橢圓的兩個頂點坐標分別為,,且短軸是長軸的; ____.
(4)離心率為,經(jīng)過點(2,0); .
例9. 是橢圓的左、右焦點,點在橢圓上運動,則的最大值是 .
例10. 橢圓中心是坐標原點O,焦點在x軸上,e=,過橢圓左焦點F的直線交橢圓于P、Q兩點,|PQ|=,且OP⊥OQ,求此橢圓的方程.
第二部分:雙曲線
1、 基本知識點
1.雙曲線的定義:
標準方程
圖形
頂點
對稱軸
軸,軸,實軸長為,虛軸長為
焦點
焦距
焦距為
離心率
(e>1)
準線方程
點P(x0,y0)
的焦半徑公式
如需要用到焦半徑就自己推導一下:如設是雙曲線上一點, (c,o)為右焦點,點到相應準線的距離為, 則.
當在右支上時, ;
當在左支上時,
即, 類似可推導
第一定義:平面內到兩個定點F1、F2的距離之差的絕對值等于定值2a(0<2a<|F1F2|)的點的軌跡叫做雙曲線,這兩個定點叫做雙曲線的焦點,兩焦點的距離叫做雙曲線的焦距.
3典型例題
例11.命題甲:動點P到兩定點A、B的距離之差的絕對值等于2a(a>0);命題乙: 點P的軌跡是雙曲線。則命題甲是命題乙的( )
(A) 充要條件 (B) 必要不充分條件 (C) 充分不必要條件 (D) 不充分也不必要條件
例12.到定點的距離與到定直線的距離之比等于log23的點的軌跡是( )
(A)圓 (B)橢圓 (C)雙曲線 (D)拋物線
例13. 過點(2,-2)且與雙曲線有相同漸近線的雙曲線的方程是( )
(A) (B) (C) (D)
例14. 如果雙曲線的焦距為6,兩條準線間的距離為4,那么雙曲線的離心率為( )
(A) (B) (C) (D)2
例15. 如果雙曲線上一點到它的左焦點的距離是8,那么點到它的右準線的距離是( )
(A) (B) (C) (D)
例16. 雙曲線的兩焦點為在雙曲線上,且滿足,則的面積為( )
例17. 設的頂點,,且,則第三個頂點C的軌跡方程是________.
例18. 連結雙曲線與(a>0,b>0)的四個頂點的四邊形面積為,連結四個焦點的四邊形的面積為,則的最大值是________.
例19.根據(jù)下列條件,求雙曲線方程:
⑴與雙曲線有共同漸近線,且過點(-3,);
⑵與雙曲線有公共焦點,且過點(,2).
例20. 設雙曲線上兩點A、B,AB中點M(1,2)
⑴求直線AB方程;
⑵如果線段AB的垂直平分線與雙曲線交于C、D兩點,那么A、B、C、D是否共圓,為什么?
第三部分:拋物線
1、 基本知識點
1.拋物線的定義:
平面內到定點F和定直線l的距離相等的點的軌跡叫做拋物線(點F不在上).定點F叫做拋物線的焦點, 定直線叫做拋物線的準線.
2.拋物線的標準方程及其幾何性質(如下表所示)
標準方程
圖形
對稱軸
軸
軸
軸
軸
焦點
頂點
原點
準線
離心率
1
點P(x0,y0)
的焦半徑公式
用到焦半徑自己推導一下即可
如:開口向右的拋物線上的點P(x0,y0)的焦半徑等于x0+.
注: 1.通徑為2p,這是拋物線的過焦點的所有弦中最短的弦.
2. (或)的參數(shù)方程為(或)(為參數(shù)).
2、 典型例題
例21. 頂點在原點,焦點是的拋物線方程是( )
(A)x2=8y (B)x2= -8y (C)y2=8x (D)y2= -8x
例22. 拋物線上的一點到焦點的距離為1,則點的縱坐標是( )
(A) (B) (C) (D)0
例23.過點P(0,1)與拋物線y2=x有且只有一個交點的直線有( )
(A)4條 (B)3條 (C)2條 (D)1條
例24. 過拋物線(a>0)的焦點F作一直線交拋物線于P、Q兩點,若線段PF與FQ的長分別為p、q,則等于( )
(A)2a (B) (C) (D)
例25. 若點A的坐標為(3,2),F(xiàn)為拋物線y2=2x的焦點,點P在拋物線上移動,為使|PA|+|PF|取最小值,P點的坐標為( )
(A)(3,3) (B)(2,2) (C)(,1) (D)(0,0)
例26. 動圓M過點F(0,2)且與直線y=-2相切,則圓心M的軌跡方程是 .
例27. 過拋物線y2=2px的焦點的一條直線和拋物線交于兩點,設這兩點的縱坐標為y1、y2,則y1y2=_________.
例28. 以拋物線的焦點為圓心,通徑長為半徑的圓的方程是_____________.
例29. 過點(-1,0)的直線l與拋物線y2=6x有公共點,則直線l的傾斜角的范圍是 .
例30設是一常數(shù),過點的直線與拋物線交于相異兩點A、B,以線段AB為直經(jīng)作圓H(H為圓心)。
(Ⅰ)試證:拋物線頂點在圓H的圓周上;
(Ⅱ)求圓H的面積最小時直線AB的方程.
第四部分:軌跡問題
如何求曲線(點的軌跡)方程,它一般分為兩類基本題型:一是已知軌跡類型求其方程,常用待定系數(shù)法,如求直線及圓的方程就是典型例題;二是未知軌跡類型,此時除了用代入法、交軌法、參數(shù)法等求軌跡的方法外,通常設法利用已知軌跡的定義解題,化歸為求已知軌跡類型的軌跡方程。
因此在求動點軌跡方程的過程中,一是尋找與動點坐標有關的方程(等量關系),側重于數(shù)的運算,一是尋找與動點有關的幾何條件,側重于形,重視圖形幾何性質的運用。
求軌跡方程的一般步驟:建、設、現(xiàn)(限)、代、化.
例31. 已知兩點M(-2,0),N(2,0),點P滿足=12,則點P的軌跡方程為( )
例32.⊙O1與⊙O2的半徑分別為1和2,|O1O2|=4,動圓與⊙O1內切而與⊙O2外切,則動圓圓心軌跡是( )
(A)橢圓 (B)拋物線 (C)雙曲線 (D)雙曲線的一支
例33. 動點P在拋物線y2=-6x上運動,定點A(0,1),線段PA中點的軌跡方程是( )
(A)(2y+1)2=-12x(B)(2y+1)2=12x (C)(2y-1)2=-12x(D)(2y-1)2=12x
例34. 過點(2,0)與圓相內切的圓的圓心的軌跡是( )
(A)橢圓 ?。˙)雙曲線 ?。–)拋物線 (D)圓
例35. 已知的周長是16,,B則動點的軌跡方程是( )
(A)(B) (C) (D)
例36. 橢圓中斜率為的平行弦中點的軌跡方程為 .
例37. 已知動圓P與定圓C: (x+2)+y=1相外切,又與定直線l:x=1相切,那么動圓的圓心P的軌跡方程是______________.
例38. 在直角坐標系中,,則點的軌跡方程是______.
第五部分:圓錐曲線綜合問題
直線與圓錐曲線的位置關系
⑴直線與圓錐曲線的位置關系和判定
直線與圓錐曲線的位置關系有三種情況:相交、相切、相離.
直線方程是二元一次方程,圓錐曲線方程是二元二次方程,由它們組成的方程組,經(jīng)過消元得到一個一元二次方程,直線和圓錐曲線相交、相切、相離的充分必要條件分別是、、.
⑵直線與圓錐曲線相交所得的弦長
直線具有斜率,直線與圓錐曲線的兩個交點坐標分別為,則它的弦長
注:實質上是由兩點間距離公式推導出來的,只是用了交點坐標設而不求的技巧而已(因為,運用韋達定理來進行計算.
當直線斜率不存在是,則.
注: 1.圓錐曲線,一要重視定義,這是學好圓錐曲線最重要的思想方法,二要數(shù)形結合,既熟練掌握方程組理論,又關注圖形的幾何性質,以簡化運算。
2.當涉及到弦的中點時,通常有兩種處理方法:一是韋達定理;二是點差法.
3.圓錐曲線中參數(shù)取值范圍問題通常從兩個途徑思考:一是建立函數(shù),用求值域的方法求范圍;二是建立不等式,通過解不等式求范圍。
例39. AB為過橢圓=1中心的弦,F(xiàn)(c,0)為橢圓的右焦點,則△AFB的面積最大值是( )
(A)b2 (B)ab (C)ac (D)bc
例40. 若直線y=kx+2與雙曲線的右支交于不同的兩點,則k的取值范圍是( )
, , , ,
例41.若雙曲線x2-y2=1右支上一點P(a, b)到直線y=x的距離為,則a+b的值是( ).
或 (D)2或-2
例42.拋物線y=x2上的點到直線2x- y =4的距離最近的點的坐標是( )
) (B)(1,1) (C) () (D) (2,4)
例43. 拋物線y2=4x截直線所得弦長為3,則k的值是( )
(A)2 (B)-2 (C)4 (D)-4
例44. 把曲線按向量平移后得曲線,曲線有一條準線方程為,則的值為( )
例45.如果直線與雙曲線沒有交點,則的取值范圍是 .
例46. 已知拋物線上兩點關于直線對稱,且,那么m的值為 .
例47. 以雙曲線-y2=1左焦點F,左準線l為相應焦點、準線的橢圓截直線y=kx+3所得弦恰被x軸平分,則k的取值范圍是___________.
例48. 雙曲線3x2-y2=1上是否存在關于直線y=2x對稱的兩點A、B?若存在,試求出A、B兩點的坐標;若不存在,說明理由.
例題答案
例1. D 例2. B 例3. C 先考慮M+m=2a,然后用驗證法.
例4. B提示:e=,P點到左準線的距離為2.5,它到左焦點的距離是2, 2a=10, P點到右焦點的距離是8,∴P點到右焦點的距離與到左焦點的距離之比是4 : 1;
例5. B∵,∴.
例6. C提示:橢圓3x2+4y2=48中,a=4, c=2, e=, 設橢圓上的P點到右準線的距離為d,則=, ∴|AP|+2|PF|=|AP|+d, ∴當AP平行于x軸且P點在A點與右準線之間時,|AP|+d為一直線段,距離最小,此時P點縱坐標等于,∴P點坐標是(2, )
例7. (3,4) 或(-3, 4)
例8. (1)或; (2) ;
(3)或; (4) 或.
例9. ≤
例10. 解:設橢圓方程為+=1,(a>b>0)
⑴PQ⊥x軸時,F(xiàn)(-c,0),|FP|=,又|FQ|=|FP|且OP⊥OQ,∴|OF|=|FP|,即c=∴ac=a2-c2,∴e2+e-1=0,∴e=與題設e=不符,所以PQ不垂直x軸.
⑵PQ∶y=k(x+c),P(x1,y1),Q(x2,y2),∵e=,∴a2=c2,b2=c2,
所以橢圓方程可化為:3x2+12y2-4c2=0,將PQ方程代入,
得(3+12k2)x2+24k2cx+12k2c2-4c2=0,∴x1+x2=,x1x2=
由|PQ|=得·=①
∵OP⊥OQ,∴·= -1即x1x2+y1y2=0,∴(1+k2)x1x2+k2c(x1+x2)+c2k2=0②
把,代入,解②得k2=,把代入①解得c2=3
∴a2=4,b2=1,則所求橢圓方程為+y2=1.
例11. B 例12. C 例13. D 例14. C 例15. C
例16. A假設,由雙曲線定義且,
解得而由勾股定理得
[點評]考查雙曲線定義和方程思想.
例17. 例18.
例19.⑴設雙曲線方程為(λ≠0),∴ ∴ ,
∴ 雙曲線方程為;⑵設雙曲線方程為∴ ,解之得k=4,∴ 雙曲線方程為
評注:與雙曲線共漸近線的雙曲線方程為(λ≠0),當λ>0時,焦點在x軸上;當λ<0時,焦點在y軸上。與雙曲線共焦點的雙曲線為(a2+k>0,b2-k>0)。比較上述兩種解法可知,引入適當?shù)膮?shù)可以提高解題質量,特別是充分利用含參數(shù)方程的幾何意義,可以更準確地理解解析幾何的基本思想.
例20. 解題思路分析:
法一:顯然AB斜率存在設AB:y-2=k(x-1) 由得:(2-k2)x2-2k(2-k)x-k2+4k-6=0
當△>0時,設A(x1,y1),B(x2,y2) 則∴ k=1,滿足△>0∴ 直線AB:y=x+1
法二:設A(x1,y1),B(x2,y2)則兩式相減得:(x1-x2)(x1+x2)=(y1-y2)(y1+y2)
∵ x1≠x2∴ ∴ ∴ AB:y=x+1代入得:△>0
評注:法一為韋達定理法,法二稱為點差法,當涉及到弦的中點時,常用這兩種途徑處理。在利用點差法時,必須檢驗條件△>0是否成立。
(2)此類探索性命題通??隙M足條件的結論存在,然后求出該結論,并檢驗是否滿足所有條件.本題應著重分析圓的幾何性質,以定圓心和定半徑這兩定為中心
設A、B、C、D共圓于⊙OM,因AB為弦,故M在AB垂直平分線即CD上;又CD為弦,故圓心M為CD中點。因此只需證CD中點M滿足|MA|=|MB|=|MC|=|MD|
由得:A(-1,0),B(3,4)又CD方程:y=-x+3
由得:x2+6x-11=0設C(x3,y3),D(x4,y4),CD中點M(x0,y0)
則∴ M(-3,6)
∴ |MC|=|MD|=|CD|=又|MA|=|MB|=∴ |MA|=|MB|=|MC|=|MD|
∴ A、B、C、D在以CD中點,M(-3,6)為圓心,為半徑的圓上
評注:充分分析平面圖形的幾何性質可以使解題思路更清晰,在復習中必須引起足夠重視.
例21. B() 例22. B
例23. B(過P可作拋物線的切線兩條,還有一條與x軸平行的直線也滿足要求。)
例24. C作為選擇題可采用特殊值法,取過焦點,且垂直于對稱軸的直線與拋物線相交所形成線段分別為p,q,
則p=q=|FK|,
例25. 解析:運用拋物線的準線性質.答案:B 例26. x2=8y 例27. -p2
例28. 例29.
例30. 解:由題意,直線AB不能是水平線, 故可設直線方程為:.
又設,則其坐標滿足消去x得
由此得∴
因此,即.
故O必在圓H的圓周上.
又由題意圓心H()是AB的中點,
故由前已證
OH應是圓H的半徑,
且.從而當k=0時,圓H的半徑最小,亦使圓H的面積最小.此時,直線AB的方程為:x=2p.
注:1.解決直線和圓錐曲線的位置關系問題,一般方法是聯(lián)立方程組,消元得一元二次方程,必須討論二次項系數(shù)和判別式△,利用韋達定理尋找兩根之和與兩根之積之間的關系.求解有時借助圖形的幾何性質更為簡潔.此題設直線方程為x=ky+2p;因為直線過x軸上是點Q(2p,0),通常可以這樣設,可避免對直線的斜率是否存在討論.2.凡涉及弦的中點及中點弦問題,利用平方差法;涉及垂直關系往往也是利用韋達定理,設而不求簡化運算.3.在引入點參數(shù)(本題中以AB弦的兩個端點的坐標作為主參數(shù))時,應盡量減少參數(shù)的個數(shù),以便減少運算量.由OA⊥OB得x1x2+y1y2=O這個關系對于解決此類問題十分有用.4.列出目標函數(shù),|OH|=P,運用函數(shù)思想解決解析幾何中的最值問題是解決此類問題的基本思路,也可利用基本不等式a2+b2≥2ab當且僅當a=b時“=”成立求解.
例31. B 例32. D 例33. C 例34. A例35. B
例36. 9x+16y=0 (橢圓內部分 例37. y2=-8x 例38.
例39. 解析:∵S△AFB=2S△AOF,∴當點A位于短軸頂點處面積最大.答案:D
例40. D41. B 42. B 數(shù)形結合估算出D
例43. D
例40. C∵由已知得曲線的準線為,∴焦點在軸上且,,
∴,∴
例45.k< 例46. 例47. (0,)
例48. 解:設AB:y=-x+m,代入雙曲線方程得11x2+4mx-4(m2+1)=0,
這里△=(4m)2-4×11[-4(m2+1)]=16(2m2+11)>0恒成立,
設A(x1,y1),B(x2,y2),AB的中點為M(x0,y0),則x1+x2=-,∴x0=-,y0=-x0+m=,
若A、B關于直線y=2x對稱,則M必在直線y=2x上,
∴=-得m=1,由雙曲線的對稱性知,直線y=-x與雙曲線的交點的A、B必關于直線y=2x對稱.
∴存在A、B且求得A(,-),B(-,)
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