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  • 2021-07-01 发布

2021届课标版高考文科数学一轮复习学案:平面解析几何第8节圆锥曲线中的范围、最值问题

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第八节 圆锥曲线中的范围、最值问题 ‎⊙考点1 范围问题 ‎ 圆锥曲线中范围问题的五个解题策略 解决有关范围问题时,先要恰当地引入变量(如点的坐标标、角、斜率等),寻找不等关系,其方法有:‎ ‎(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.‎ ‎ (2019·大连模拟)设椭圆+=1(a>b>0)的左焦点为F1,离心率为,点F1为圆M:x2+y2+2x-15=0的圆心.‎ ‎(1)求椭圆的方程;‎ ‎(2)已知过椭圆右焦点F2的直线l交椭圆于A,B两点,过点F2且与直线l垂直的直线l1与圆M交于C,D两点,求四边形ACBD面积的取值范围.‎ ‎[解](1)由题意知=,则a=2c.‎ 圆M的标准方程为(x+1)2+y2=16,‎ 从而椭圆的左焦点为F1(-1,0),即c=1.所以a=2.‎ 由b2=a2-c2,得b=.‎ 所以椭圆的方程为+=1.‎ ‎(2)由(1)可知椭圆右焦点F2(1,0).‎ ‎①当直线l与x轴垂直时,此时斜率k不存在,直线l:x=1,直线l1:y=0,可得|AB|=3,|CD|=8,四边形ACBD的面积为12.‎ ‎②当直线l与x轴平行时,此时斜率k=0,直线l:y=0,直线l1:x=1,可得|AB|=4,|CD|=4,四边形ACBD的面积为8.‎ ‎③当直线l与x轴不垂直也不平行时,设直线l的方程为y=k(x-1)(k≠0),A(x1,y1),B(x2,y2).‎ 联立得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0.‎ 显然Δ>0,且x1+x2=,x1x2=.‎ 所以|AB|=|x1-x2|=.‎ 过点F2(1,0)且与直线l垂直的直线l1:y=-(x-1),则圆心到直线l1的距离为,‎ 所以|CD|=2=4.‎ 故四边形ACBD的面积S=|AB||CD|=12.‎ 可得当直线l与x轴不垂直时,四边形ACBD面积的取值范围为(12,8).‎ 综上,四边形ACBD面积的取值范围为[12,8].‎ ‎ 过点F2的直线l与l1,有斜率不存在的情况,应分类求解.‎ ‎[教师备选例题]‎ ‎(2019·石家庄模拟)已知抛物线C:y2=2px(p>0)上一点P(x0,2)到焦点F的距离|PF|=2x0.‎ ‎(1)求抛物线C的方程;‎ ‎(2)过点P引圆M:(x-3)2+y2=r2(0<r≤)的两条切线PA,PB,切线PA,PB与抛物线C的另一交点分别为A,B,线段AB中点的横坐标记为t,求t的取值范围.‎ ‎[解](1)由抛物线定义,得|PF|=x0+,由题意得,解得 ‎ 所以抛物线C的方程为y2=4x.‎ ‎(2)由题意知,过P引圆(x-3)2+y2=r2(0<r≤)的切线斜率存在且不为0,设切线PA的方程为y=k1(x-1)+2,则圆心M(3,0)到切线PA的距离d==r,整理得,(r2-4)k-8k1+r2-4=0.‎ 设切线PB的方程为y=k2(x-1)+2,同理可得(r2-4)k-8k2+r2-4=0.‎ 所以k1,k2是方程(r2-4)k2-8k+r2-4=0的两根,k1+k2=,k1k2=1.‎ 设A(x1,y1),B(x2,y2),‎ 由得,k1y2-4y-4k1+8=0,由根与系数的关系知,2y1=,所以y1==-2=4k2-2,同理可得y2=4k1-2.(8分)‎ t====2(k+k)-2(k1+k2)+1=2(k1+k2)2‎ ‎-2(k1+k2)-3,‎ 设λ=k1+k2,则λ=∈[-4,-2),‎ 所以t=2λ2-2λ-3,其图像的对称轴为λ=>-2,所以9<t≤37.‎ ‎ (2019·郑州模拟)已知椭圆的一个顶点A(0,-1),焦点在x轴上,离心率为.‎ ‎(1)求椭圆的标准方程;‎ ‎(2)设直线y=kx+m(k≠0)与椭圆交于不同的两点M,N.当|AM|=|AN|时,求m的取值范围.‎ ‎[解](1)设椭圆的标准方程为+=1(a>b>0),‎ 联立解得 故椭圆的标准方程为+y2=1.‎ ‎(2)设P(x0,y0)为弦MN的中点,M(x1,y1),N(x2,y2).‎ 联立得(4k2+1)x2+8kmx+4(m2-1)=0.‎ 则x1+x2=,x1x2=.‎ Δ=(8km)2-16(4k2+1)(m2-1)>0,‎ 所以m2<1+4k2. ①‎ 所以x0==-,y0=kx0+m=.‎ 所以kAP==-.‎ 又|AM|=|AN|,所以AP⊥MN,‎ 则-=-,即3m=4k2+1. ②‎ 把②代入①得m2<3m,解得0<m<3.‎ 由②得k2=>0,解得m>.‎ 综上可知,m的取值范围为.‎ ‎⊙考点2 最值问题 ‎ 求解圆锥曲线中最值问题的两种方法 ‎(1)利用几何法: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;‎ ‎(2)利用代数法: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),再求这个函数的最值,最值通常用基本不等式法、配方法、导数法求解.‎ ‎ 利用基本不等式求最值 ‎ 已知抛物线E:y2=2px(0<p<10)的焦点为F,点M(t,8)在抛物线E上,且|FM|=10.‎ ‎(1)求抛物线E的方程;‎ ‎(2)过点F作互相垂直的两条直线,与抛物线分别相交于点A,B,C,D,P、Q分别为弦AB、CD的中点,求△FPQ面积的最小值.‎ ‎[解](1)抛物线E的准线方程为x=-.‎ 由抛物线的定义可得|FM|=t+=10,故t=10-.‎ 由点M在抛物线上,可得82=2p,整理得p2-20p+64=0,解得p=4或p=16,‎ 又0<p<10,所以p=4.‎ 故抛物线E的方程为y2=8x.‎ ‎(2)由(1)知抛物线E的方程为y2=8x,焦点为F(2,0),‎ 由已知可得AB⊥CD,所以两直线AB,CD的斜率都存在且均不为0.‎ 设直线AB的斜率为k,则直线CD的斜率为-,‎ 故直线AB的方程为y=k(x-2).‎ 联立方程组,消去x,整理得ky2-8y-16k=0.‎ 设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=,‎ 因为P(xP,yP)为弦AB的中点,所以yP=(y1+y2)=,‎ 由yP=k(xP-2)得xP=+2=+2,故P.‎ 同理可得Q(4k2+2,-4k).‎ 故|QF|===4,‎ ‎|PF|==.‎ 因为PF⊥QF,‎ 所以△FPQ的面积S=|PF|·|QF|=××4 ‎=8×=8≥8×2=16,当且仅当|k|=,即k=±1时,等号成立.‎ 所以△FPQ的面积的最小值为16.‎ ‎ 求点Q的坐标时,可根据直线AB与CD的斜率关系,把点P坐标中的k换成-,即可得到点Q的坐标.‎ ‎[教师备选例题]‎ 已知点A(0,-2),椭圆E:+=1(a>b>0)的离心率为,F是椭圆E的右焦点,直线AF的斜率为,O为坐标原点.‎ ‎(1)求E的方程;‎ ‎(2)设过点A的动直线l与E相交于P,Q两点.当△OPQ的面积最大时,求l的方程.‎ ‎[解](1)设F(c,0),由条件知,=,得c=.‎ 又=,所以a=2,b2=a2-c2=1.‎ 故E的方程为+y2=1.‎ ‎(2)当l⊥x轴时不合题意,故设l:y=kx-2,P(x1,y1),Q(x2,y2).‎ 将y=kx-2代入+y2=1,得(1+4k2)x2-16kx+12=0.‎ ‎ 当Δ=16(4k2-3)>0,即k2>时,x1,2=.‎ 从而|PQ|=|x1-x2|‎ ‎=.‎ 又点O到直线PQ的距离d=,‎ 所以△OPQ的面积S△OPQ=d·|PQ|=.‎ 设=t,则t>0,S△OPQ==.‎ 因为t+≥4,当且仅当t=2,即k=±时等号成立,且满足Δ>0.‎ 所以,当△OPQ的面积最大时,‎ l的方程为y=x-2或y=-x-2.‎ ‎ 利用二次函数求最值 ‎ (2019·合肥模拟)已知直线l:x-y+1=0与焦点为F的抛物线C:y2=2px(p>0)相切.‎ ‎(1)求抛物线C的方程;‎ ‎(2)过焦点F的直线m与抛物线C分别相交于A,B两点,求A,B两点到直线l的距离之和的最小值.‎ ‎[解](1)∵直线l:x-y+1=0与抛物线C:y2=2px(p>0)相切,‎ 联立消去x得y2-2py+2p=0,从而Δ=4p2-8p=0,解得p=2或p=0(舍).‎ ‎∴抛物线C的方程为y2=4x.‎ ‎(2)由于直线m的斜率不为0,‎ 可设直线m的方程为ty=x-1,A(x1,y1),B(x2,y2).‎ 联立消去x得y2-4ty-4=0,∵Δ>0,‎ ‎∴y1+y2=4t,即x1+x2=4t2+2,‎ ‎∴线段AB的中点M的坐标为(2t2+1,2t).‎ 设点A到直线l的距离为dA,点B到直线l的距离为dB,点M到直线l的距离为d,‎ 则dA+dB=2d=2·=2|t2-t+1|=2,‎ ‎∴当t=时,A,B两点到直线l的距离之和最小,最小值为.‎ ‎ 本例第(2)问的关键是根据梯形中位线定理得到dA+dB=2d.‎ ‎[教师备选例题]‎ ‎(2019·齐齐哈尔模拟)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,过点F且斜率为1的直线与抛物线C相交于A,B两点,且|AB|=8.‎ ‎(1)求抛物线C的方程;‎ ‎(2)过点Q(1,1)作直线交抛物线C不同于R(1,2)的D,E两点,若直线DR,ER分别交直线l:y=2x+2于M,N两点,求|MN|取最小值时直线DE的方程.‎ ‎[解](1)由题意知,设A(xA,yA),B(xB,yB),F,直线AB的方程为x=y+,‎ 联立得y2-2py-p2=0,‎ 解得y=(1±)p.‎ 则|AB|===4p=8,‎ ‎∴p=2,∴抛物线的方程为y2=4x.‎ ‎(2)设D(x1,y1),E(x2,y2),‎ 由题意知,直线DE的斜率存在且不为0.‎ 设直线DE的方程为x=m(y-1)+1(m≠0),‎ 联立消去x得y2-4my+4(m-1)=0,∴y1+y2=4m,y1y2=4(m-1).‎ ‎∴|y2-y1|==4.‎ 设直线DR的方程为y=k1(x-1)+2,‎ 联立解得xM=.‎ 又k1===,‎ ‎∴xM==-.‎ 同理得xN=-.‎ ‎∴|MN|=|xM-xN|==2·=2·.‎ 令m-1=t,t≠0,则m=t+1.‎ ‎∴|MN|=2=2 ‎=2≥.‎ ‎∴当t=-2,m=-1时,|MN|取得最小值.‎ 此时直线DE的方程为x=-(y-1)+1,即x+y-2=0.‎ ‎ (2019·黄山模拟)已知点M(1,n)在抛物线y2=2px(p>0)上,且点M到抛物线焦点的距离为2.直线l与抛物线交于A,B两点,且线段AB的中点为P(3,2).‎ ‎(1)求直线l的方程.‎ ‎(2)点Q是直线y=x上的动点,求·的最小值.‎ ‎[解](1)由题意知,抛物线的准线方程为x=-,所以1+=2,解得p=2,‎ 所以抛物线的方程为y2=4x.‎ 设A(x1,y1),B(x2,y2),‎ 则y=4x1,y=4x2,‎ 则y-y=4(x1-x2),‎ 即===1,‎ 所以直线l的方程为y-2=x-3,‎ 即x-y-1=0.‎ ‎(2)因为点A,B都在直线l上,所以A(x1,x1-1),B(x2,x2-1),设Q(m,m),‎ ·=(x1-m,x1-(m+1))·(x2-m,x2-(m+1))=(x1-m)(x2-m)+[x1-(m+1)][x2-(m+1)]=x1x2-m(x1+x2)+m2+x1x2-(m+1)(x1+x2)+(m+1)2=2x1x2-(2m+1)(x1+x2)+m2+(m+1)2,‎ 联立得x2-6x+1=0,‎ 则x1+x2=6,x1x2=1,‎ 所以·=2-(2m+1)×6+m2+m2+2m+1=2m2-10m-3=2-,‎ 当m=时,·取得最小值,为-.‎ ‎ 利用导数求最值 ‎ (2017·浙江高考)如图,已知抛物线x2=y,点A,B,抛物线上的点P(x,y).过点B作直线AP的垂线,垂足为Q.‎ ‎(1)求直线AP斜率的取值范围;‎ ‎(2)求|PA|·|PQ|的最大值.‎ ‎[解](1)设直线AP的斜率为k,k==x-,‎ 因为-