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  • 2021-06-25 发布

高科数学专题复习课件:第九章 9_9 第2课时圆锥曲线的综合问题

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§9.9   圆锥曲线的综合问题 第 2 课时 范围、最值问题 课时作业 题型分 类  深度剖析 内容索引 题型分类 深度剖析 例 1   (2015· 天津 ) 已知 椭圆 = 1( a > b > 0) 的左焦点为 F ( - c, 0) ,离心率 为 , 点 M 在椭圆上且位于第一象限,直线 FM 被圆 x 2 + y 2 = 截 得的线段的长为 c , | FM | = . 题型一 范围问题 解答 (1) 求直线 FM 的斜率; 几何画板展示 又由 a 2 = b 2 + c 2 ,可得 a 2 = 3 c 2 , b 2 = 2 c 2 . 设直线 FM 的斜率为 k ( k > 0) , F ( - c, 0) ,则直线 FM 的方程为 y = k ( x + c ). (2) 求椭圆的方程; 解答 几何画板展示 (3) 设动点 P 在椭圆上,若直线 FP 的斜率 大于 , 求直线 OP ( O 为原点 ) 的斜率的取值范围 . 解答 几何画板展示 设点 P 的坐标为 ( x , y ) ,直线 FP 的斜率为 t , ② 当 x ∈ ( - 1,0) 时,有 y = t ( x + 1) > 0. 思维 升华 解决圆锥曲线中的取值范围问题应考虑的五个方面 (1) 利用圆锥曲线的几何性质或判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围; (2) 利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系; (3) 利用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围; (4) 利用已知的不等关系构造不等式,从而求出参数的取值范围; (5) 利用求函数的值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从而确定参数的取值范围 . 跟踪训练 1   (2016· 黄冈模拟 ) 已知椭圆 C : = 1( a > b >0) 与 双曲线 - y 2 = 1 的离心率互为倒数,且直线 x - y - 2 = 0 经过椭圆的右顶点 . (1) 求椭圆 C 的标准方程; 解答 又 ∵ 直线 x - y - 2 = 0 经过椭圆的右顶点, (2) 设不过原点 O 的直线与椭圆 C 交于 M , N 两点,且直线 OM , MN , ON 的斜率依次成等比数列,求 △ OMN 面积的取值范围 . 解答 由题意可设直线的方程为 y = kx + m ( k ≠ 0 , m ≠ 0) , M ( x 1 , y 1 ) , N ( x 2 , y 2 ). 消去 y ,并整理得 (1 + 4 k 2 ) x 2 + 8 kmx + 4( m 2 - 1) = 0 , 于是 y 1 y 2 = ( kx 1 + m )( kx 2 + m ) = k 2 x 1 x 2 + km ( x 1 + x 2 ) + m 2 . 又直线 OM , MN , ON 的斜率依次成等比数列, 又由 Δ = 64 k 2 m 2 - 16(1 + 4 k 2 )( m 2 - 1) = 16(4 k 2 - m 2 + 1)>0 ,得 0< m 2 <2 , 显然 m 2 ≠ 1( 否则 x 1 x 2 = 0 , x 1 , x 2 中至少有一个为 0 ,直线 OM , ON 中至少有一个斜率不存在,与已知矛盾 ). 设原点 O 到直线的距离为 d , 故由 m 的取值范围可得 △ OMN 面积的取值范围为 (0,1). 题型二 最值问题 例 2   (2016· 锦州模拟 ) 过抛物线 y 2 = 4 x 的焦点 F 的直线交抛物线于 A , B 两点,点 O 是坐标原点,则 | AF |·| BF | 的最小值是 命题点 1  利用三角函数有界性求最值 答案 解析 几何画板展示 例 3   (2015· 江苏 ) 在平面直角坐标系 xOy 中, P 为双曲线 x 2 - y 2 = 1 右支上的一个动点 . 若点 P 到直线 x - y + 1 = 0 的距离大于 c 恒成立,则实数 c 的最大值为 ____. 命题点 2  数形结合利用几何性质求最值 答案 解析 几何画板展示 例 4   (2016· 山东 ) 如图, 已知 椭圆 C : = 1 ( a > b > 0) 的长轴长为 4 ,焦距为 2 . 命题点 3  转化为函数利用基本不等式或二次函数求最值 解答 (1) 求椭圆 C 的方程; 设椭圆的半焦距为 c . 证明 设 P ( x 0 , y 0 )( x 0 > 0 , y 0 > 0). 由 M (0 , m ) ,可得 P ( x 0, 2 m ) , Q ( x 0 ,- 2 m ). 解答 ② 求直线 AB 的斜率的最小值 . 设 A ( x 1 , y 1 ) , B ( x 2 , y 2 ). 直线 PA 的方程为 y = kx + m . 直线 QB 的方程为 y =- 3 kx + m . 整理得 (2 k 2 + 1) x 2 + 4 mkx + 2 m 2 - 4 = 0 , 由 m > 0 , x 0 > 0 ,可知 k > 0 , 思维 升华 处理圆锥曲线最值问题的求解方法 圆锥曲线中的最值问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两种方法:一是利用几何法,即通过利用曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、性质等进行求解;二是利用代数法,即把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个 ( 些 ) 参数的函数 ( 解析式 ) ,然后利用函数方法、不等式方法等进行求解 . 跟踪训练 2   (2017· 开封 月考 ) 已知圆 ( x - a ) 2 + ( y + 1 - r ) 2 = r 2 ( r >0) 过点 F (0,1) ,圆心 M 的轨迹为 C . (1) 求轨迹 C 的方程; 解答 依题意,由圆过定点 F 可知轨迹 C 的方程为 x 2 = 4 y . 几何画板展示 (2) 设 P 为直线 l : x - y - 2 = 0 上的点,过点 P 作曲线 C 的两条切线 PA , PB ,当点 P ( x 0 , y 0 ) 为直线 l 上的定点时,求直线 AB 的方程; 解答 几何画板展示 同理可得切线 PB 的方程为 x 2 x - 2 y - 2 y 2 = 0. 因为切线 PA , PB 均过点 P ( x 0 , y 0 ) , 所以 x 1 x 0 - 2 y 0 - 2 y 1 = 0 , x 2 x 0 - 2 y 0 - 2 y 2 = 0 , 所以 ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) 为方程 x 0 x - 2 y 0 - 2 y = 0 的两组解 . 所以直线 AB 的方程为 x 0 x - 2 y - 2 y 0 = 0. (3) 当点 P 在直线 l 上移动时,求 | AF |·| BF | 的最小值 . 解答 由抛物线定义可知 | AF | = y 1 + 1 , | BF | = y 2 + 1 , 所以 | AF |·| BF | = ( y 1 + 1)( y 2 + 1) = y 1 y 2 + ( y 1 + y 2 ) + 1 , 又点 P ( x 0 , y 0 ) 在直线 l 上,所以 x 0 = y 0 + 2 , 课时作业 1.(2016· 昆明两区七校调研 ) 过抛物线 y 2 = x 的焦点 F 的直线 l 交抛物线于 A , B 两点,且直线 l 的倾斜角 θ ≥ , 点 A 在 x 轴上方,则 | FA | 的取值范围是 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 根据勾股定理,求 | MP | 的最小值可以转化为求 | OP | 的最小值,当 | OP | 取得最小值时,点 P 的位置为双曲线的顶点 (±3,0) ,而双曲线的渐近线为 4 x ±3 y = 0 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3. 已知 F 1 , F 2 分别是 双曲线 = 1( a >0 , b >0) 的左,右焦点,对于左支上任意一点 P 都有 | PF 2 | 2 = 8 a | PF 1 |( a 为实半轴长 ) ,则此双曲线的离心率 e 的取值范围是 √ 答案 解析 A.(1 ,+ ∞ ) B .( 2,3] C .(1,3] D.(1,2] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 由 P 是双曲线左支上任意一点及双曲线的定义, 所以 | PF 1 | = 2 a , | PF 2 | = 4 a , 在 △ PF 1 F 2 中, | PF 1 | + | PF 2 | ≥ | F 1 F 2 | , 又 e >1 ,所以 1< e ≤ 3. 故选 C. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4.(2016· 成都质检 ) 若点 O 和点 F 分别为 椭圆 = 1 的中点和左焦点,点 P 为椭圆上的任意一点, 则 的 最小值为 _____. 答案 解析 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ∴ 由条件知 m + 2 + n = m - n ,则 n =- 1 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6. 已知双曲线 C 的两个焦点分别为 F 1 ( - 2 , 0) , F 2 (2,0) ,双曲线 C 上一点 P 到 F 1 , F 2 的距离差的绝对值等于 2. (1) 求双曲线 C 的标准方程; 解答 依题意,得双曲线 C 的实半轴长为 a = 1 , 又其焦点在 x 轴上,所以双曲线 C 的标准方程为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (2) 经过点 M (2,1) 作直线 l 交双曲线 C 的右支于 A , B 两点,且 M 为 AB 的中点,求直线 l 的方程; 解答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 设 A , B 的坐标分别为 ( x 1 , y 1 ) , ( x 2 , y 2 ) , 两式相减,得 3( x 1 - x 2 )( x 1 + x 2 ) - ( y 1 - y 2 )( y 1 + y 2 ) = 0. 因为 M (2,1) 为 AB 的中点, 所以 12( x 1 - x 2 ) - 2( y 1 - y 2 ) = 0 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 故 AB 所在直线 l 的方程为 y - 1 = 6( x - 2) , 即 6 x - y - 11 = 0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (3) 已知定点 G (1,2) ,点 D 是双曲线 C 右支上的动点,求 | DF 1 | + | DG | 的最小值 . 解答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 由已知,得 | DF 1 | - | DF 2 | = 2 , 即 | DF 1 | = | DF 2 | + 2 , 所以 | DF 1 | + | DG | = | DF 2 | + | DG | + 2 ≥ | GF 2 | + 2 , 当且仅当 G , D , F 2 三点共线时取等号, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7. 已知中心在原点的双曲线 C 的右焦点为 (2,0) ,右顶点为 ( , 0). (1) 求双曲线 C 的方程; 解答 又 a 2 + b 2 = c 2 ,得 b 2 = 1 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (2) 若直线: y = kx + m ( k ≠ 0 , m ≠ 0) 与双曲线 C 交于不同的两点 M , N ,且线段 MN 的垂直平分线过点 A (0 ,- 1) ,求实数 m 的取值范围 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解答 整理得 (1 - 3 k 2 ) x 2 - 6 kmx - 3 m 2 - 3 = 0. ∵ 直线与双曲线有两个不同的交点, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 设 M ( x 1 , y 1 ) , N ( x 2 , y 2 ) , MN 的中点为 B ( x 0 , y 0 ) , 由题意, AB ⊥ MN , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 整理得 3 k 2 = 4 m + 1 , ② 将 ② 代入 ① ,得 m 2 - 4 m >0 , ∴ m <0 或 m >4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (1) 求椭圆 C 1 的方程; 解答 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (2) 设点 P 在抛物线 C 2 : y = x 2 + h ( h ∈ R ) 上, C 2 在点 P 处的切线与 C 1 交于点 M , N . 当线段 AP 的中点与 MN 的中点的横坐标相等时,求 h 的最小值 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解答 如图,设 M ( x 1 , y 1 ) , N ( x 2 , y 2 ) , P ( t , t 2 + h ) , 直线 MN 的方程为 y = 2 tx - t 2 + h . 将上式代入椭圆 C 1 的方程中,得 4 x 2 + (2 tx - t 2 + h ) 2 - 4 = 0 , 即 4(1 + t 2 ) x 2 - 4 t ( t 2 - h ) x + ( t 2 - h ) 2 - 4 = 0 . ① 因为直线 MN 与椭圆 C 1 有两个不同的交点 , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 所以 ① 式中的 Δ 1 = 16 [ - t 4 + 2( h + 2) t 2 - h 2 + 4 ] >0. ② 设线段 MN 的中点的横坐标是 x 3 , 由题意,得 x 3 = x 4 , 即 t 2 + (1 + h ) t + 1 = 0 . ③ 由 ③ 式中的 Δ 2 = (1 + h ) 2 - 4 ≥ 0 ,得 h ≥ 1 或 h ≤ - 3 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 当 h ≤ - 3 时, h + 2<0,4 - h 2 <0 , 则不等式 ② 不成立,所以 h ≥ 1. 当 h = 1 时,代入方程 ③ 得 t =- 1 , 将 h = 1 , t =- 1 代入不等式 ② ,检验成立 . 所以, h 的最小值为 1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解答 (1) 求 C 1 , C 2 的方程; 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (2) 过 F 1 作 C 1 的不垂直于 y 轴的弦 AB , M 为 AB 的中点,当直线 OM 与 C 2 交于 P , Q 两点时,求四边形 APBQ 面积的最小值 . 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解答 因为 AB 不垂直于 y 轴,且过点 F 1 ( - 1,0) , 故可设直线 AB 的方程为 x = my - 1. 易知此方程的判别式大于 0. 设 A ( x 1 , y 1 ) , B ( x 2 , y 2 ) , 则 y 1 , y 2 是上述方程的两个实根, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 即 mx + 2 y = 0. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 设点 A 到直线 PQ 的距离为 d , 则点 B 到直线 PQ 的距离也为 d , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 因为点 A , B 在直线 mx + 2 y = 0 的异侧, 所以 ( mx 1 + 2 y 1 )( mx 2 + 2 y 2 )<0 , 于是 | mx 1 + 2 y 1 | + | mx 2 + 2 y 2 | = | mx 1 + 2 y 1 - mx 2 - 2 y 2 | , 1 2 3 4 5 6 7 8 9 而 0<2 - m 2 ≤ 2 ,故当 m = 0 时, S 取得最小值 2. 综上所述,四边形 APBQ 面积的最小值为 2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9