2020年高考数学二轮复习(上海专版) 专题11 直线与圆锥曲线的位置关系(解析版)
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1、专题专题 11 直线与圆锥曲线的位置关系直线与圆锥曲线的位置关系 专题点拨专题点拨 1弦长公式:斜率为 k 的直线与圆锥曲线交于两点 A(x1,y1),B(x2,y2),则截得的弦长: |AB| 22 121 2 1()4kxxx x = 1k2|x1x2|1 1 k2|y1y2|(k0) 2. 涉及焦点弦问题:一般要联想圆锥曲线的轨迹定义加以分析求解. 涉及中点弦及直线的斜率问题:需要利用“根与系数的关系”求解 3.在直线与圆锥曲线的问题中,若直线的斜率不存在且符合题意时,则需要优先考虑斜率不存在的情况既 克服遗漏,又可获得一般性解答的启示. 4.涉及存在性问题:一方面,要结合轨迹定义和曲线
2、性质讨论;另一方面,还要结合问题情境具体分析,并 加以推理论证. 真题赏析真题赏析 (2018 上海)设常数 t2在平面直角坐标系 xOy 中,已知点 F(2,0),直线 l:x=t,曲线 :y2=8x(0xt, y0)l 与 x 轴交于点 A、与 交于点 BP、Q 分别是曲线 与线段 AB 上的动点 (1)用 t 表示点 B 到点 F 的距离; (2)设 t=3,|FQ|=2,线段 OQ 的中点在直线 FP 上,求 AQP 的面积; (3)设 t=8, 是否存在以 FP、 FQ 为邻边的矩形 FPEQ, 使得点 E 在 上?若存在, 求点 P 的坐标; 若不存在, 说明理由 【解析】(1)方
3、法一:由题意可知:设 B(t,2t), 则|BF|=t+2, |BF|=t+2; 方法二:由题意可知:设 B(t,2t), 由抛物线的性质可知:|BF|=t+=t+2,|BF|=t+2; (2)F(2,0),|FQ|=2,t=3,则|FA|=1, |AQ|=,Q(3,),设 OQ 的中点 D, D(,), kQF=,则直线 PF 方程:y=(x2), 联立,整理得:3x220x+12=0, 解得:x=,x=6(舍去), AQP 的面积 S=; (3)存在,设 P(,y),E(,m),则 kPF=,kFQ=, 直线 QF 方程为 y=(x2),yQ=(82)=,Q(8,), 根据+=,则 E(+
4、6,), ()2=8(+6),解得:y2=, 存在以 FP、FQ 为邻边的矩形 FPEQ,使得点 E 在 上,且 P(,) 例题剖析例题剖析 【例 1】椭圆 22 :1 94 xy (1)若抛物线C的焦点与的焦点重合,求C的标准方程; (2)若的上顶点A、右焦点F及x轴上一点M构成直角三角形,求点M的坐标; (3)若O为的中心,P为上一点(非的顶点),过的左顶点B,作/ /BQOP,BQ交y轴于点Q,交 于点N,求证: 2 2BN BQOP 【解析】(1)椭圆 22 :1 94 xy 中 2 9a , 2 4b , 222 5cab, 5c , 的焦点坐标为( 5,0),(5,0), 抛物线C
5、的焦点与的焦点重合, 2 5p,且抛物线的焦点在x轴上, C的标准方程 2 4 5y ; (2)的上顶点A、右焦点F及x轴上一点M构成直角三角形, (0,2)A,( 5F,0), 设( ,0)M t,显然0t , 222 |MAAFMF, 22 454( 5)tt, 解得 4 5 5 t , 4 5 ( 5 M,0), 证明(3)由( 3,0)B ,/ /BQOP, 设直线BQ的方程为3xmy,直线OP的方程为xmy, 由 22 1 94 3 xy xmy ,消x可得 22 (49)240mymy, 解得0y ,或 2 24 49 m y m , 则 22 22 241227 3 4949 N
6、 mm x mm 则N点的坐标为 2 2 1227 ( 49 m m , 2 24 ) 49 m m , 对于直线方程3xmy,令0x ,可得 3 y m 3 (0,)Q m , 2 2 1227 (3 49 m BN BQ m , 2 24 ) (3 49 m m , 22 222 3727272(1) ) 494949 mm mmmm 由 22 1 94 xy xmy ,解得 2 2 36 49 p y m , 2 2 2 36 49 p m x m 解得 2 2 6 49 6 49 m x m y m 或 2 2 6 49 6 49 m x m y m , 22 2 22 222 363
7、672(1) 22()2() 494949 pp mm OPxy mmm , 2 2BN BQOP 【例 2】对于双曲线 C:x 2 a2 y2 b21(a0,b0),定义 C1: x2 a2 y2 b21 为其伴随曲线,记双曲线 C 的左、右顶 点为 A、B. (1)当 ab 时,记双曲线 C 的半焦距为 c,其伴随椭圆 C1的半焦距为 c1,若 c2c1,求双曲线 C 的渐近线方 程; (2)若双曲线 C 的方程为x 2 4 y2 21, 弦 PQx 轴, 记直线 PA 与直线 QB 的交点为 M, 求动点 M 的轨迹方程; (3)过双曲线 C:x2y21 的左焦点 F,且斜率为 k 的直
8、线 l 与双曲线 C 交于 N1、N2两点,求证:对任意的 k21 4,2 1 4,在伴随曲线 C1 上总存在点 S,使得FN1 FN2 2 FS. 【解析】c a2b2,c1 a2b2, 由 c2c1,得 a2b22 a2b2,即 a2b24(a2b2),可得b 2 a2 3 5.双曲线 C 的渐近线方程为 y 15 5 x. (2)设 P(x0,y0),Q(x0,y0),又 A(2,0)、B(2,0),直线 PA 的方程为 y y0 x02(x2) ,直线 QB 的方程为 y y0 x02(x2) , 由得 x0 4 x y02y x . P(x0, y0)在双曲线x 2 4 y2 21
9、上, 42 x2 4 4y2 x2 2 1, x 2 4 y2 2 1,即为所求 (3)证明: F 点的坐标为 F( 2, 0), 直线 l 的方程为 yk(x 2), 设 N1、 N2的坐标分别为 N1(x1, y1)、 N2(x2, y2),则由 yk(x 2) x2y21 得: x2k2(x 2)21,即(1k2)x22 2k2x(2k21)0. 当 k 1 时,8k44(1k2)(2k21)8k48k44k244k240. x1x22 2k 2 1k2,x1x2 2k21 1k2 . FN1 FN2 (x1 2,y1) (x2 2,y2)(x1 2)(x2 2)y1y2 (x1 2)(
10、x2 2)k(x1 2)k(x2 2)(1k2)x1x2 2(x1x2)2 (1k2) 2k 21 1k2 2 2 2k2 1k22 1k2 1k2; 由 k21 4,2 1 4知 k 2 0, 2 2 , 1k 2 1k21,32 2, 双曲线 C: x2y21 的伴随曲线是圆 C1: x2y21, 圆 C1上任意一点 S 到 F 的距离|FS| 21, 1 2, FS 232 2,32 2 1,32 232 2,32 2, 对任意的 k21 4,2 1 4,在伴随曲线 C1上总存在点 S, 使得FN1 FN2 FS 2. 【例 3】设直线: l xkyb与抛物线 2 4yx相交于不同的两点
11、A,B,M为线段AB中点, (1)若(3,2)M,且1b ,求线段AB的长; (2)若直线l与圆 22 :(5)16Cxy相切于点M,求直线l的方程; (3)若直线l与圆 222 :(5)(05)Cxyrr相切于点M,写出符合条件的直线l的条数(直接写出结论即 可) 【解析】(1)当1b 时,直线l的方程为1xky,设点 1 (A x, 1) y、 2 (B x, 2) y, 将直线l的方程与抛物线的方程联立得 2 1 4 xky yx ,消去x得 2 440yky, 由韦达定理可得 12 4yyk, 12 4y y , 由于点(3,2)M是线段AB的中点,则 12 22 2 yy k ,则1
12、k ,所以, 12 4yy, 由弦长公式可得 222 121212 |1 1 |2()4244 ( 4)8AByyyyy y ; (2)设点 1 (A x, 1) y、 2 (B x, 2) y, 将直线l的方程与抛物线的方程联立 2 4 xkyb yx ,消去x得 2 440ykyb, 由韦达定理可得 12 4yyk, 12 4y yb , 设点M的坐标为 0 (x, 0) y,则 12 0 2 2 yy yk , 2 00 2xkybkb, 所以,点M的坐标为 2 (2kb,2 )k, 若0k ,则直线l的方程为xb,则点A、B关于x轴对称,而圆 22 (5)16xy与x轴的交点为(1,0
13、) 和(9,0), 点M的坐标为( ,0)b,则1b 或9b ,此时,直线l的方程为1x 或9x ,符合题意! 若0k , 由C MA B可知,1 CMAB kk , 即 2 1 1 25 k kbk , 则有 2 251kb , 所以, 2 240kb 另一方面,点M在圆上,则有 222 (25)16kbk,所以, 2 116k,则 2 15k ,26b , 此时, 22 161616()1760kbkb,不合乎题意! 综上所述,直线l的方程为1x 和9x ; (3)当5r时,1 条; 当02r 或45r 时,2 条; 当24r时,4 条 巩固训练巩固训练 一、一、填空题填空题 1.已知椭圆
14、 22 :1(3) 3 xy Mm m ,M与两直线ykx,(0)ykx k 有不同的交点,这四个点与M的两 个焦点恰为一个正六边形的顶点,则m 【答案】32 3 【解析】四个点与M的两个焦点恰为一个正六边形的顶点, ykx,(0)ykx k 的夹角为60 不妨令0k ,则3k ,再令在第一象限的交点为P, 由 22 1 3 3 xy m yx ,解得 2 1 m x m , 22 3 3 1 m yx m , 2 4 | 1 m OP m , 4 3 1 m m m , 解得32 3m 或32 3m (舍去), 故32 3m , 故答案为:32 3 2曲线 22 2 :1(0) 4 xy C
15、b b 与直线:20l kxyk恒有公共点,则b的取值范围是 【答案】 4 3 ,) 3 【解析】直线:20l kxyk恒过( 1,2), 曲线 22 2 :1(0) 4 xy Cb b 与直线:20l kxyk恒有公共点, 可得 2 14 1 4b , 0b , 4 3 3 b 故答案为: 4 3 ,) 3 3.已知AB为抛物线 2 xy的弦,如果此弦的垂直平分线的方程是3yx ,则弦AB所在直线的方程 是 【答案】20xy 【解析】设 1 (A x, 1) y, 2 (B x, 2) y,AB的中点 0 (M x, 0) y, 则 2 11 xy, 2 22 xy,两式作差可得: 22 1
16、212 xxyy, 12 12 12 yy xx xx ,即 0 2 AB kx AB的垂直平分线的方程是3yx , 0 21x,即 0 1 2 x ,代入3yx ,得 0 15 3 22 y 则 1 5 ( , ) 2 2 M 弦AB所在直线的方程是 51 1 () 22 yx ,即20xy 故答案为:20xy 4.曲线C上的点到直线l的距离的最小值称为曲线C到直线l的距离已知曲线 2 1: Cyxa到直线 :1l yx的距离等于 22 2:( 2)2Cxy到直线:1l yx的距离,则实数a 【答案】 17 4 【解析】圆 22 2:( 2)2Cxy的圆心为(2,0),半径为2, 圆心到直线
17、1yx的距离为: 33 2 22 , 曲线 22 2:( 2)2Cxy到直线:1l yx的距离为: 3 2 2 则曲线 2 1: Cyxa到直线:1l yx的距离等于 3 2 2 , 令21yx 解得 1 2 x ,故切点为 1 ( 2 , 1 ) 4 a, 切线方程为 11 () 42 yax,即 1 0 4 xya, 由题意可知 1 0 4 xya与直线1yx的距离为: 3 2 2 , 即 1 |1| 3 2 4 22 a 解得 17 4 a 或 7 4 当 7 4 a 时直线yx与曲线 2 1: Cyxa相交,故不符合题意,舍去 故答案为: 17 4 二、选择题二、选择题 5.已知椭圆
18、22 :1 98 xy C, 对于任意实数k, 下列直线中被椭圆C截得的弦长与直线:2l ykx被椭圆C截 得的玄长一定相等的是( ) A10kxy B10kxy C20kxy D30kxy 【答案】C 【解析】直线20kxy的斜率为k,在y轴上的截距为 2, 这直线与直线:2l ykx关于y轴对称,故这两直线被椭圆C所截得的弦长相等 故选:C 6.抛物线 2 2yx上有一动弦AB,中点为M,且弦AB的长度为 3,则点M的纵坐标的最小值为( ) A 11 8 B 5 4 C 3 2 D1 【答案】A 【解析】设直线AB的方程为ykxb,联立 2 2 ykxb yx ,化为 2 20xkxb,
19、由题意可得 2 80kb 12 2 k xx, 12 2 b x x 22 121 2 |1()43ABkxxx x, 2 2 19 () 2 14 k b k AB中点M的纵坐标 222 2212 12 22 91919111 2 2482(1)82(1)81688 M yykkk yxxb kk 故选:A 7.设直线l与抛物线 2 4yx相交于,A B两点,与圆C: 2 22 50xyrr相切于点M,且M为 线段AB中点,若这样的直线l恰有4条,则r的取值范围是( ). A. 1,3 B. 1,4 C. 2,3 D. 2,4 【答案】D 【解析】设直线l的方程为x tym ,代入抛物线方程
20、得 2 440ytym, 则 2 16160tm.又中点 2 2,2Mtmt ,则1 MCl kk ,即 2 32mt. 代入 2 1616tm,可得 2 30t,即 2 03t. 又由圆心到直线的距离等于半径,可得 2 2 22 522 2 1 11 mt drt tt . 由 2 03t,可得2,4r.故选 D. 三、解答题三、解答题 8.(2019 静安区二模)已知抛物线 C:2= 2( 0)上一点(,4)到其焦点 F 的距离为 5 (1)求抛物线 C的方程; (2)设直线 l与抛物线 C 交于 A、B两点,O 为坐标原点,若 = 4,求证:直线 l必过一定点,并求出该定 点的坐标; (
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