2021年高考数学大二轮专题复习专题六 第2讲 椭圆、双曲线、抛物线
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1、第 2 讲 椭圆、双曲线、抛物线 考情研析 1.考查圆锥曲线的定义、方程及几何性质,特别是椭圆、双曲线的离心率 和双曲线的渐近线 2.以解答题的形式考查直线与圆锥曲线的位置关系(弦长、中点等). 核心知识回顾 1.圆锥曲线的定义式 (1)椭圆:|PF1|PF2|2a(2a|F1F2|); (2)双曲线:|PF1|PF2|2a(2a0,b0)的渐近线方程为 03y b ax;焦点坐标 F1 04(c,0),F205(c, 0); 双曲线y 2 a2 x2 b21(a0, b0)的渐近线方程为 06y a bx, 焦点坐标 F1 07(0, c), F208(0, c) (3)抛物线的焦点坐标与准
2、线方程 抛物线 y2 2px(p0)的焦点坐标为 09 p 2,0 , 准线方程为 10 xp 2; 抛物线 x2 2py(p0)的焦点坐标为 11 0,p 2 ,准线方程为 12yp 2 3弦长问题 (1)弦长公式 设直线的斜率为 k,直线与圆锥曲线交于 A(x1,y1),B(x2,y2)时,则|AB|1k2|x1x2| 1k2 (x1x2)24x1x2或 |AB| 1 1 k 2 |y1y2| 1 1 k 2 (y1y2)24y1y2. (2)过抛物线焦点的弦长 过抛物线 y22px(p0)的焦点 F 的弦 AB,若 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1x2p 2 4 ,y1y2
3、p2,弦长|AB| 01x1x2p 热点考向探究 考向 1 圆锥曲线的定义和标准方程 例 1 (1)(2020 河南一模)已知 P 为圆 C:(x5)2y236 上任意一点,A(5,0),若线 段 PA 的垂直平分线交直线 PC 于点 Q,则 Q 点的轨迹方程为( ) Ax 2 9 y2 161 Bx 2 9 y2 161 Cx 2 9 y2 161(x0) 答案 B 解析 点 Q 是线段 AP 垂直平分线上的点,|AQ|PQ|,又|QA|QC|PC|60)的焦点 F 的直线依次交抛物线及准线于点 A, B, C, 若|BC| 2|BF|,且|AF|3,则抛物线的方程为( ) Ay23 2x
4、By23x Cy29 2x Dy29x 答案 B 解析 如图,分别过点 A,B 作准线的垂线,分别交准线于点 E,D,设准线与 x 轴的交 点为 G,|BF|a,则由已知得|BC|2a,由定义得|BD|a,故BCD30.在 RtACE 中, |AE|AF|3,|AC|33a,2|AE|AC|,33a6,从而得 a1.BDFG,1 p 2 3, 解得 p3 2,抛物线的方程为 y 23x. (3)(2020 山东省青岛市高三三模)若方程x 2 m y2 1m1 表示焦点在 y 轴上的椭圆, 则实数 m 的取值范围为_ 答案 0,1 2 解析 由题可知, 方程x 2 m y2 1m1表示焦点在y轴
5、上的椭圆, 可得1mm0, 解得0m 1 2, 所以实数 m 的取值范围为 0,1 2 . 圆锥曲线的定义、标准方程的关注点 (1)准确把握圆锥曲线的定义和标准方程及其简单几何性质,注意焦点在不同坐标轴上时, 椭圆、双曲线、抛物线方程的不同表示形式 (2)求圆锥曲线方程的基本方法就是待定系数法,可结合草图确定 (3)焦点三角形的作用:借助焦点三角形能很好地将定义式与三角形中的边角关系式构建 方程组,便于解决问题. (4)圆锥曲线基本问题考查的另一个重点是定义的应用,根据圆锥曲线的定义分析判断一 些问题,在椭圆、双曲线中如果已知曲线上一点与一个焦点的连线,则要把另一个焦点也考虑 进去 1(202
6、0 山东省淄博市二模)当 3, 5 6 时,方程 x2cos y2sin 1 表示的轨迹不可 能是( ) A两条直线 B圆 C椭圆 D双曲线 答案 B 解析 当 3, 2 时,0cos sin 1,方程 x2cos y2sin 1 表示的曲线为椭圆;当 2时,方程为 y 21,即 y 1,方程 x2cos y2sin 1 表示两条直线;当 2, 5 6 时, cos 0b0)的左、右焦点,点 P 是椭圆上位于第二象限 内的点,延长 PF1交椭圆于点 Q,若 PF2PQ,且|PF2|PQ|,则椭圆的离心率为( ) A 6 3 B 21 C 3 2 D2 2 答案 A 解析 由 PF2PQ 且|P
7、F2|PQ|,可得PQF2为等腰直角三角形,设|PF2|t,则|QF2| 2t,由椭圆的定义可得|PF1|2at,2t 2t4a,则 t2()2 2 a,在直角三角形 PF1F2 中,可得 t2(2at)24c2,4(64 2)a2(128 2)a24c2,化为 c2(96 2)a2,可得 ec a 6 3.故选 A. 3P 是双曲线 C:x 2 2y 21 右支上一点,直线 l 是双曲线 C 的一条渐近线,P 在 l 上的 射影为 Q,F1是双曲线 C 的左焦点,则|PF1|PQ|的最小值为( ) A1 B2 15 5 C4 15 5 D2 21 答案 D 解析 如图所示,设双曲线的右焦点为
8、 F2,则|PF1|PQ|2a|PF2|PQ|,即当|PQ| |PF2|最小时,|PF1|PQ|取最小值,由图知当 F2,P,Q 三点共线时|PQ|PF2|取得最小值, 即 F2到直线 l 的距离 d1,故所求最小值为 2a12 21.故选 D. 考向 2 圆锥曲线的几何性质 例 2 (1)(2020 山东省潍坊市二模)以抛物线 E:x24y 的焦点为圆心,且与 E 的准线相切 的圆的方程为( ) A(x1)2y24 Bx2(y1)24 C(x1)2y24 Dx2(y1)24 答案 D 解析 抛物线 E:x24y 的焦点为(0,1),准线方程为 y1,圆与 E 的准线相切,则圆 的半径 r2,
9、故圆的方程为 x2(y1)24.故选 D. (2)已知双曲线 C:x 2 a2 y2 b21(a0,b0)的左、右焦点分别为 F1,F2,O 为坐标原点,P 是 双曲线在第一象限上的点, 直线PO交双曲线C左支于点M, 直线PF2交双曲线C右支于点N, 若|PF1|2|PF2|,且MF2N60,则双曲线 C 的渐近线方程为( ) Ay 2x By 2 2 x Cy 2x Dy 2 2x 答案 A 解析 由题意得,|PF1|2|PF2|,|PF1|PF2|2a,|PF1|4a,|PF2|2a,由于 P,M 关于原点对称,F1,F2关于原点对称,线段 PM,F1F2互相平分,四边形 PF1MF2为
10、平行四 边形,PF1MF2, MF2N60, F1PF260, 由余弦定理可得 4c216a24a22 4a 2a cos 60, c 3a,bc2a2 2a.b a 2,双曲线 C 的渐近线方程为 y 2x.故选 A. (3)(多选)(2020 山东省潍坊市三模)已知椭圆 C: x2 a y2 b1(ab0)的左、 右焦点分别为 F1, F2,且|F1F2|2,点 P(1,1)在椭圆内部,点 Q 在椭圆上,则以下说法正确的是( ) A|QF1|QP|的最小值为 2 a1 B椭圆 C 的短轴长可能为 2 C椭圆 C 的离心率的取值范围为 0, 51 2 D若PF1 F1Q ,则椭圆 C 的长轴
11、长为 5 17 答案 ACD 解析 因为|F1F2|2,所以 F2(1,0),|PF2|1,所以|QF1|QP|2 a|QF2|QP|2 a |PF2|2 a1,当 Q,F2,P 三点共线时,取等号,故 A 正确;若椭圆 C 的短轴长为 2,则 b1,a2,所以椭圆方程为x 2 2 y2 11, 1 2 1 11,则点 P 在椭圆外,故 B 错误;因为点 P(1, 1)在椭圆内部,所以1 a 1 b1,又 ab1,所以 ba1,所以 1 a 1 a10, 解得 a3 5 2 62 5 4 (1 5) 2 4 ,所以 a1 5 2 ,所以 e 1 a0,b0)渐近线的斜率 k 与离心率 e 之间
12、满足关系式 e21k2. 1设 F1,F2分别是椭圆 C:x 2 a2 y2 b21(ab0)的左、右焦点,过 F1 的直线 l 交椭圆 C 于 A, B 两点, l 在 y 轴上的截距为 1, 若|AF1|2|F1B|, 且 AF2x 轴, 则此椭圆的短轴的长为( ) A5 B2 5 C10 D 5 答案 B 解析 AF2x 轴,直线 l 在 y 轴上的截距为 1,A(c,2),又|AF1|2|F1B|,B(2c, 1),则 c 2 a2 4 b21, 4c2 a2 1 b21, 16 b2 1 b23,即 b 25,b 5,故选 B. 2已知 F 是双曲线 C:x 2 a2 y2 b21(
13、a0,b0)的左焦点,过点 F 作垂直于 x 轴的直线交该 双曲线的一条渐近线于点 M,若|FM|2a,记该双曲线的离心率为 e,则 e2( ) A1 17 2 B1 17 4 C2 5 2 D2 5 4 答案 A 解析 由题意,得 F(c,0),该双曲线的一条渐近线为 yb ax,将 xc 代入 y b a x 得 ybc a , bc a 2a, 即 bc2a2, 4a4b2c2c2(c2a2), e4e240, 解得 e21 17 2 , 故选 A. 考向 3 直线与圆锥曲线 角度 1 弦中点、弦分点问题 例 3 (1)已知椭圆 E: x2 9 y2 41, 直线 l 交椭圆于 A, B
14、 两点, 若 AB 的中点坐标为 1 2,1 , 则 l 的方程为( ) A2x9y100 B2x9y100 C2x9y100 D2x9y100 答案 D 解析 设 A(x1,y1),B(x2,y2),则x 2 1 9 y2 1 4 1,x 2 2 9 y2 2 41,两式作差并化简整理得 y2y1 x2x1 4 9 x1x2 y1y2,而 x1x21,y1y22,所以 y2y1 x2x1 4 9 x1x2 y1y2 2 9,所以直线 l 的方程为 y 12 9 x1 2 ,即 2x9y100.经验证可知符合题意故选 D. (2)(2020 河北省保定市一模)抛物线 y22px(p0)焦点为
15、F,点 P 满足OP OF (O 为坐标 原点),若过点 O 作互相垂直的两弦 OA,OB,则当弦 AB 过点 P 时, 的所有可能取值的集合 为( ) A4 B3 C 1 4,4,3 D 1 3,3,4 答案 A 解析 由已知得 F p 2,0 ,因为OP OF ,所以OP p 2,0 p 2 ,0 ,所以 P p 2 ,0 , 由题意知,弦 AB 所在直线的斜率不为 0,可设直线 AB 的方程为 xmyp 2 ,A(x1,y1),B(x2, y2), 由 xmyp 2 , y22px, 得 y22pmyp20, 所以 y1y22pm, y1y2p2, 所以 x1x2 my1p 2 my2p
16、 2 m2y1y2pm 2 (y1y2) 2p2 4 m2(p2)pm 2 2pm 2p2 4 2p2 4 .因为 OAOB,所以 OA OB 0,又OA (x1,y1),OB (x2,y2),所以 x1x2y1y20,即 2p2 4 p20,又 p0,所 以 2 40,解得 4 或 0(不符合题意,舍去),当 4 时,满足 4p 2m24p20,所 以 的所有可能取值的集合为4故选 A. (1)弦中点问题:在涉及圆锥曲线弦中点的问题中,基本的处理方法有两个:一是设出弦 的端点坐标,使用“点差法”;二是设出弦所在的直线方程,利用直线方程与圆锥曲线方程联 立消元后的一元二次方程, 根据根与系数的
17、关系建立弦的端点坐标与中点坐标间的关系后解决 问题. (2)弦分点问题:解决与弦分点有关的向量关系、位置关系等问题的一般方法,就是将其 转化为弦端点及弦分点的坐标关系, 再根据联立消元后的一元二次方程根与系数的关系, 构建 方程(组)求解 1(2020 汉中市重点中学高三联考)已知抛物线 C:y26x,直线 l 过点 P(2,2),且与抛 物线 C 交于 M,N 两点,若线段 MN 的中点恰好为点 P,则直线 l 的斜率为( ) A1 3 B5 4 C3 2 D1 4 答案 C 解析 设 M(x1,y1),N(x2,y2),代入抛物线 C:y26x,得 y 2 16x1, y2 26x2, 得
18、(y1y2)(y1y2)6(x1x2).因为线段 MN 的中点恰好为点 P, 所以 x 1x24, y1y24,从 而 4(y1y2)6(x1x2),即直线 l 的斜率为y 1y2 x1x2 3 2.故选 C. 2(2020 湖南省雅礼中学高三 5 月质检)已知双曲线x 2 a2 y2 b21(a0,b0)的左、右焦点分 别为 F1,F2,以 F1F2为直径的圆与一条渐近线交于点 P(P 在第一象限),PF1交双曲线的左支 于点 Q,若PQ 2QF1 ,则双曲线的离心率为( ) A1 10 2 B 101 2 C 10 2 D 10 2 1 答案 A 解析 以 F1F2为直径的圆 x2y2c2
19、与渐近线 yb ax 联立得 P(a, b).设 Q(x0, y0), 由PQ 2QF1 得 x0a2c 3 ,y0b 3,代入 x2 a2 y2 b21 整理,得 4e 24e90,解得 e1 10 2 .故选 A. 角度 2 弦长问题 例 4 (2020 广东省汕头市三模)已知抛物线 E:y22px 上一点(m,2)到其准线的距离为 2. (1)求抛物线 E 的方程; (2)如图,A,B,C 为抛物线 E 上三个点,D(8,0),若四边形 ABCD 为菱形,求四边形 ABCD 的面积 解 (1)由已知可得 42mp, mp 22, 消去 m 得 p24p40,解得 p2, 抛物线 E 的方
20、程为 y24x. (2)设 A(x1,y1),C(x2,y2),菱形 ABCD 的中心 M(x0,y0). 当 ACx 轴,则 B 在原点,M(4,0),|AC|8,|BD|8,菱形 ABCD 的面积 S1 2|AC| |BD| 32. 解法一:当 AC 与 x 轴不垂直时, 设直线 AC 的方程为 xtym(t0),则直线 BD 的斜率为t. 联立 y 24x, xtym消去 x,得 y 24ty4m0, y 1y24t, y1y24m, x1x2y 2 1y 2 2 4 (y 1y2)22y1y2 4 4t22m, x02t2m,y02t,M 为 BD 的中点, B(4t22m8,4t),
21、又点 B 在抛物线上, 且直线 BD 的斜率为t, 16t 24(4t22m8), 2t 2t2m8t (t0), 解得 m4,t 1,满足 16t216m0, B(4,4),|BD|4 2, |AC|1t2|y1y2|1t216t216m 216644 10. 菱形 ABCD 的面积 S1 2|AC| |BD|16 5. 综上,菱形 ABCD 的面积 S32 或 16 5. 解法二:设 B(a2,2a),直线 BD 的斜率为 k(k0), 则 k 2a a28,M a28 2 ,a ,直线 AC 的斜率为1 k, 直线 AC 的方程为 xa 28 2 k(ya), xa 28 2 k(ya)
22、, y24x, 消去 x, 得 y24ky4ka2a2160, y1y22y02a,4k2a,ka 2. 解方程a 2 2a a28(a0), 得 a 2, k 1, 满足16k 241(4ka2a216)16k2 16ka8a2640,接下去同解法一 有关圆锥曲线弦长问题的求解方法 (1)涉及弦长的问题,应熟练地利用根与系数的关系,设而不求计算弦长;涉及过焦点的 弦的问题,可考虑用圆锥曲线的定义求解 (2)弦长计算公式:直线 AB 与圆锥曲线有两个交点 A(x1,y1),B(x2,y2),则弦长|AB| 1k2(x1x2)24x1x2,其中 k 为弦 AB 所在直线的斜率. 已知点 M 到定
23、点 F(4,0)的距离和它到直线 l:x25 4 的距离的比是常数4 5. (1)求点 M 的轨迹 C 的方程; (2)若直线 l: ykxm 与圆 x2y29 相切, 切点 N 在第四象限, 直线 l 与曲线 C 交于 A, B 两点,求证:FAB 的周长为定值 解 (1)设 M(x,y),由题意得 (x4)2y2 x25 4 4 5, x2 25 y2 91 为点 M 的轨迹 C 的方程 (2)证明:设 A(x1,y1),B(x2,y2),由题知 k0,m0,x1x2 50km 25k29,x1x2 25m2225 25k29 , |AB| k21|x1x2| k21 50km 25k29
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