专题3.6 定值计算并不难构建函数再消元-2020届高考数学压轴题讲义(解答题)(解析版)
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1、【题型综述】在解析几何中,有些几何量,如斜率、距离、面积、比值等基本量和动点坐标或动线中的参变量无关,这类问题统称为定值问题探索圆锥曲线的定值问题常见方法有两种: 从特殊入手,先根据特殊位置和数值求出定值,再证明这个值与变量无关; 直接推理、计算,并在计算推理的过程中消去变量,从而得到定值 解答的关键是认真审题,理清问题与题设的关系,建立合理的方程或函数,利用等量关系统一变量,最后消元得出定值【典例指引】例1已知圆与坐标轴交于(如图)(1)点是圆上除外的任意点(如图1),与直线交于不同的两点,求的最小值;(2)点是圆上除外的任意点(如图2),直线交轴于点,直线交于点设的斜率为的斜率为,求证:为
2、定值【思路引导】(1)设出, 的直线方程,联立直线,分别得出M,N的坐标,表示出,求其最值即可;(2)分别写出E,F的坐标,写出斜率,即可证明为定值 (2)由题意可知,的斜率为直线的方程为,由,得,则直线的方程为,令,则,即,直线的方程为,由,解得,的斜率(定值)学科*网例2已知椭圆的离心率为,以原点O为圆心,椭圆C的长半轴长为半径的圆与直线相切求椭圆C的标准方程;已知点A、B为动直线与椭圆C的两个交点,问:在x轴上是否存在定点E,使得为定值?若存在,试求出点E的坐标和定值;若不存在,请说明理由【思路引导】()由e=,以原点O为圆心,椭圆C的长半轴长为半径的圆与直线相切,求出a,b,由此能求出
3、椭圆的方程()由,得(1+3k2)x212k2x+12k26=0,由此利用韦达定理、向量的数量积,结合已知条件能求出在x轴上存在点E,使为定值,定点为()()由,得(1+3k2)x212k2x+12k26=0,(6分)设A(x1,y1),B(x2,y2),根据题意,假设x轴上存在定点E(m,0),使得为定值,则有=(x1m,y1)(x2m,y2)=(x1m)(x2m)+y1y2=(k2+1)=(k2+1)(2k2+m)+(4k2+m2)=,要使上式为定值,即与k无关,则应有3m212m+10=3(m26),即m=,此时=为定值,定点为()学科*网点评:定点、定值问题通常是通过设参数或取特殊值来
4、确定“定点”是什么、“定值”是多少,或者将该问题涉及的几何式转化为代数式或三角问题,证明该式是恒定的 定点、定值问题同证明问题类似,在求定点、定值之前已知该值的结果,因此求解时应设参数,运用推理,到最后必定参数统消,定点、定值显现例3已知椭圆上的点到两个焦点的距离之和为,短轴长为,直线与椭圆交于、两点(1)求椭圆的方程; (2)若直线与圆相切,探究是否为定值,如果是定值,请求出该定值;如果不是定值,请说明理由【答案】(1)(2)【思路引导】(1)由已知得 由此能求出椭圆的方程(2)当直线 轴时, 当直线 与轴不垂直时,设直线 直线与与圆 的交点M(x1,y1),N(x2,y2),由直线与圆相切
5、,得 ,联立 ,得( ,由此能证明 为定值联立得 , = 综上, (定值)学科*网【点评】本题考查椭圆方程的求法,角为定值的证明,线段的取值范围的求法等解题时要认真审题,注意函数与方程思想的合理运用例4已知是圆上任意一点,点的坐标为,直线分别与线段交于两点,且(1)求点的轨迹的方程;(2)直线与轨迹相交于两点,设为坐标原点,判断的面积是否为定值?若是,求出定值,若不是,说明理由【答案】(1);(2)(定值)【思路引导】(1)化简向量关系式可得,所以是线段的垂直平分线,所以,转化为椭圆定义,求出椭圆方程;(2)联立直线与椭圆方程,根据根与系数的关系求出,再由点到直线的距离公式求三角形高,写出三角
6、形面积化简即可证明为定值 【扩展链接】2015全国新课标II理20题深度思路引导已知椭圆,直线不过原点且不平行于坐标轴,与有两个交点,线段的中点为(1)证明:直线的斜率与的斜率的乘积为定值;(2)若过点,延长线段与交于点,四边形能否为平行四边形?若能,求此时的斜率,若不能,说明理由高考试题落实运算求解能力考查的方式:1考查思路引导运算条件:平行四边形的判定定理选择,为何不选有关平行与长度的定理来判定平行四边形,而要选择对角线相互平分来判定平行四边形,这种处理方式的优点在于弦中点的运算量更小(需要平时训练有这种认识)2考查遇障碍而调整:若第1小问使用点差法,如何求中点坐标,需有目标思路引导及方程
7、思想来指导,利用中点在直线上这个条件列出另一个方程3考查确定运算程序:相交求坐标,中点关系构建斜率方程这种程序;中点关系求坐标,点在椭圆上构建斜率方程这种程序如何选择?实际上运算难度大体相当4考查据算理正确的变形与运算:无论选择何种运算程序都具有过硬的运算技能,需要发现特殊代数结构的能力,在运算中要有求简的意识运算求解过程中,大体会涉及到以下代数式运算与化简:(1)中点坐标:韦达定理:或解方程组;(2)点坐标:解方程组;(3)解斜率方程:;或,特别是如何正确解出第2个方程;特别要注意到相约,9及公因式,然后约因式才会得到二次方程:4解法的几何变换化简析:设,则椭圆变为圆:,同理可得:,在圆中易
8、知,则可得:,在圆中易知为菱形,且,则易得:5问题一般化设直线与椭圆相交于点,且线段的中点为,直线与椭圆交于点,若四边形为平行四边形,则参数满足,易知中点满足,点在椭圆上,则,这就是说,这种形式的平行四边形法则对任何椭圆均存在附命题人的思路引导及参考答案:【解题思路】(1)思路1 将的方程代入椭圆方程,利用韦达定理求得点的坐标,计算可得常数(其中为直线的斜率),完成证明思路2 将点的坐标分别代入椭圆方程,两式相减,可得到的关系式,通过适当变形,即可完成证明(2)思路1 利用直线过点,将参数用表示,然后将直线的方程代入椭圆方程中,得到点的横坐标,根据第(1)问的结论,可设直线的方程为,将它代入椭
9、圆方程,得到点的横坐标,因为“四边形为平行四边形”的充分必要条件是“线段与线段互相平分”,因此有,由此得到关于的方程若此方程有解,则四边形可以为平行四边形,且此时方程的解即为使得四边形为平行四边形时的斜率;若此方程无解,则说明四边形不能构成平行四边形思路2 由点既在椭圆上,也在直线上,可以联立椭圆与的方程,解得,再将直线的方程与方程联立,可解得,于是有关于的方程,后同思路1思路3 与思路1类似,将参数用参数和表示,联立与直线的方程,可解得点的坐标,根据向量加法的平行四边形法则知,将的坐标代入椭圆方程,可得关于和的方程,后同思路1【答案】(1)证法1 如下图所示,设直线,将代入,得,故,于是直线
10、的斜率,即,所以直线的斜率与的斜率的乘积为定值证法2 设直线,将的坐标代入椭圆方程,有 , ,-,整理可得,即,故直线的斜率,即,所以直线的斜率与的斜率的乘积为定值(2)解法1四边形能为平行四边形(见下图)因为直线过点,所以不过原点且与有两个交点的充要条件是由(1)得的方程为,设点的横坐标为,由,得,则,将点的坐标代入的方程得,然后将的方程代入椭圆方程,可得,四边形为平行四边形当且仅当线段与线段互相平分,即,于是,解得因为,所以当的斜率为或时,四边形为平行四边形解法2 四边形能为平行四边形,设,由(1)得,来源:学.科.网Z.X.X.K因为在椭圆上,所以有,解得 ,由四边形为平行四边形,可知,
11、解得: 据有,即,解得,以下同解法1解法3 四边形能为平行四边形(见下图)将点的坐标代入的方程得,即的方程为,由(1)得直线的方程为,因为既在上,也在上,所以有,解得,设点的坐标为,则 “四边形为平行四边形 ”的充要条件是,将点的坐标代入椭圆方程有,化简可得,解得,以下同解法1【新题展示】1【2019闽粤赣三省十校联考】已知椭圆经过点,离心率为,左右焦点分别为,(1)求椭圆的方程;(2)是上异于的两点,若直线与直线的斜率之积为,证明:两点的横坐标之和为常数【思路引导】(1)利用椭圆的离心率和椭圆上的点,构造关于的方程,求解得到椭圆方程;(2)假设三点坐标和直线方程,代入椭圆后利用韦达定理表示出
12、,从而可用,表示出;再利用,表示出,根据,可将与作和整理得到结果【解析】(1)因为椭圆经过点,所以又因为,所以又,解得所以椭圆的方程为(2)设三点坐标分别为,设直线斜率分别为,则直线方程为由方程组消去,得:由韦达定理可得:故同理可得又故则从而即两点的横坐标之和为常数2【2019广东江门一模】已知椭圆:()的左、右焦点分别为、,点在椭圆上,椭圆的离心率(1)求椭圆的标准方程;(2)、是椭圆上另外两点,若的重心是坐标原点,试证明的面积为定值(参考公式:若坐标原点是的重心,则)【思路引导】(1)根据题意得到,得,进而得到方程;(2)设出直线AB的方程,联立直线和椭圆方程,求得弦长AB,再由点到直线的
13、距离得到,根据点P在曲线上得到参数k和m的等量关系,得证【解析】(1)依题意,由得, ,椭圆的标准方程为 (2)最多只有1条边所在直线与轴垂直,不妨设所在直线与轴不垂直,其方程为(因为的重心是,所以不在直线上,)由得, ,设、,则,且, 从而 ,设,由得, , ,点在椭圆上,所以即,且符合 点到直线的距离 ,的面积 ,由即得,为常数 3【2019湖南怀化3月一模】已知椭圆的中心在原点,焦点在轴上,它的一个顶点恰好是抛物线的焦点,离心率等于(1)求椭圆的方程;(2)过椭圆的右焦点作直线交椭圆于、两点,交轴于点,若,求证:为定值【思路引导】(1)根据椭圆的焦点位置及抛物线的焦点坐标,设出其方程,利
14、用顶点和离心率确定其中的参数,即可求解其标准方程;来源:学。科。网Z。X。X。K(2)写出椭圆的右焦点,然后,设出直线的方程和点的坐标,联立方程组,结合向量的坐标运算,即可求解【解析】(1)设椭圆的方程为,则由题意知即椭圆的方程为(2)设、点的坐标分别为,又易知点的坐标为显然直线存在的斜率,设直线的斜率为,则直线的方程是将直线的方程代入到椭圆的方程中,消去并整理得,将各点坐标代入得,4【2019湘赣十四校联考】椭圆:的左焦点为且离心率为,为椭圆上任意一点,的取值范围为,(1)求椭圆的方程;(2)如图,设圆是圆心在椭圆上且半径为的动圆,过原点作圆的两条切线,分别交椭圆于,两点是否存在使得直线与直
15、线的斜率之积为定值?若存在,求出的值;若不存在,说明理由【思路引导】(1)利用离心率得到的关系;然后表示出,通过的范围得到,由得到,从而求得方程;(2)假设圆的方程,利用直线与圆相切,得到关于的方程,从而得到的表达式,从而得到当时,为定值,求得结果【解析】(1)椭圆的离心率 椭圆的方程可写为设椭圆上任意一点的坐标为则 , ,椭圆的方程为(2)设圆的圆心为,则圆的方程为设过原点的圆的切线方程为:,则有整理有由题意知该方程有两个不等实根,设为,则当时,当圆的半径时,直线与直线的斜率之积为定值5【2019江西重点中学盟校联考】已知椭圆的离心率为,焦点分别为,点是椭圆上的点,面积的最大值是()求椭圆的
16、方程;()设直线与椭圆交于两点,点是椭圆上的点,是坐标原点,若判定四边形的面积是否为定值?若为定值,求出定值;如果不是,请说明理由【思路引导】()由题意得到的方程组,求出的值,即可得出椭圆方程;()当直线的斜率不存在时,易求出四边形的面积;当直线的斜率存在时,设直线方程是,联立直线与椭圆方程,结合判别式和韦达定理,可表示出弦长,再求出点到直线的距离,根据和点在曲线上,求出的关系式,最后根据,即可得出结果【解析】()由解得 得椭圆的方程为 ()当直线的斜率不存在时,直线的方程为或,此时四边形的面积为当直线的斜率存在时,设直线方程是,联立椭圆方程 , 点到直线的距离是 由得因为点在曲线上,所以有整
17、理得 由题意四边形为平行四边形,所以四边形的面积为 由得, 故四边形的面积是定值,其定值为6【2019四川泸州二诊】已知,椭圆过点,两个焦点为,是椭圆上的两个动点,直线的斜率与的斜率互为相反数求椭圆的方程;求证:直线的斜率为定值【思路引导】由焦点坐标求得,可设椭圆方程为,可得,解方程即可;设,设直线的方程为,代入,求出点的坐标,再将换为,求出的坐标,即可求出直线的斜率,再化简即可得结果【解析】由题意,可设椭圆方程为,解得,椭圆的方程为设,设直线AE的方程为,代入得,又直线AE的斜率与AF的斜率互为相反数,再上式中以代k,可得,直线EF的斜率7【2019广东广州天河区综合测试】如图,在平面直角坐
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