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【走向高考】2015届高考数学一轮总复习 8-7圆锥曲线的综合问题课后强化作业 新人教A版
基础巩固强化
一、选择题
1.(文)已知F1、F2为椭圆+=1的两个焦点,过F1的直线交椭圆于A、B两点.若|F2A|+|F2B|=30,则|AB|=( )
A.16 B.18
C.22 D.20
[答案] C
[解析] 由题意知,a=13,(|AF1|+|AF2|)+(|BF1|+|BF2|)=|AB|+|AF2|+|BF2|=4a=52,
∵|BF2|+|AF2|=30,∴|AB|=22.
(理)(2013·辽宁五校联考)已知点M(-3,0)、N(3,0)、B(1,0),动圆C与直线MN相切于点B,分别过点M、N且与圆C相切的两条直线相交于点P,则点P的轨迹方程为( )
A.x2-=1(x>1) B.x2-=1(x>0)
C.x2-=1(x>0) D.x2-=1(x>1)
[答案] A
[解析] 如图,设两切线分别与圆相切于点S、T,则|PM|-|PN|=(|PS|+|SM|)-(|PT|+|TN|)=|SM|-|TN|=|BM|-|BN|=2=2a,所以所求曲线为双曲线的右支,∴a=1,c=3,∴b2=8,故点P的轨迹方程为x2-=1(x>0),由题意知,P点不可能与B点重合,∴x>1.
2.直线y=kx-k+1与椭圆+=1的位置关系为( )
A.相交 B.相切
C.相离 D.不确定
[答案] A
[解析] 直线y=k(x-1)+1过椭圆内定点(1,1),故直线与椭圆相交.
3.(文)已知双曲线x2-=1的左顶点为A1,右焦点为F2,P为双曲线右支上一点,则·的最小值为( )
A.-2 B.-
C.1 D.0
[答案] A
[解析] 由已知得A1(-1,0),F2(2,0).设P(x,y)(x≥1),则·=(-1-x,-y)·(2-x,-y)=4x2-x-5.令f(x)=4x2-x-5,则f(x)在x≥1上单调递增,所以当x=1时,函数f(x)取最小值,即·取最小值,最小值为-2.
(理)(2013·大纲理,11)已知抛物线C:y2=8x与点M(-2,2),过C的焦点且斜率为k的直线与C交于A、B两点,若·=0,则k=( )
A. B.
C. D.2
[答案] D
[解析] ∵y2=8x,∴焦点坐标为(2,0),
设直线方程为y=k(x-2),与抛物线方程联立
消去y得k2x2-(4k2+8)x+4k2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
∴x1+x2=,x1·x2=4,
∴y1+y2=k(x1-2)+k(x2-2)=k(x1+x2)-4k=,
y1·y2=k2(x1-2)(x2-2)=k2x1x2-2k2(x1+x2)+4k2=-16.
∴·=(x1+2,y1-2)·(x2+2,y2-2)
=x1x2+2(x1+x2)+y1y2-2(y1+y2)+8==0,
∴k2-4k+4=0,∴k=2.
4.已知以F1(-2,0)、F2(2,0)为焦点的椭圆与直线x+y
+4=0有且仅有一个公共点,则椭圆的长轴长为( )
A.3 B.2
C.2 D.4
[答案] C
[解析] 根据题意设椭圆方程为+=1(b>0),则将x=-y-4代入椭圆方程得,
4(b2+1)y2+8b2y-b4+12b2=0,
∵椭圆与直线x+y+4=0有且仅有一个公共点,
∴Δ=(8b2)2-4×4(b2+1)(-b4+12b2)=0,
即(b2+4)(b2-3)=0,∴b2=3,
长轴长为2=2,故选C.
5.(2013·新课标Ⅰ)O为坐标原点,F为抛物线C:y2=4x的焦点,P为C上一点,若|PF|=4,则△POF的面积为( )
A.2 B.2
C.2 D.4
[答案] C
[解析] 设P点坐标为(x0,y0),则由抛物线的焦半径公式得|PF|=x0+=4,x0=3,代入抛物线的方程,得|y0|=2,S△POF=|y0|·|OF|=2,选C.
6.已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线y=2x-4与C交于A、B两点,则cos∠AFB=( )
A. B.
C.- D.-
[答案] D
[解析] 方法一:联立
解得或不妨设A在x轴上方,
∴A(4,4),B(1,-2),
∵F点坐标为(1,0),∴=(3,4),=(0,-2),
cos∠AFB===-.
方法二:同上求得A(4,4),B(1,-2),|AB|=3,|AF|=5,|BF|=2,
由余弦定理知,
cos∠AFB==-.
二、填空题
7.(文)已知F是椭圆+=1(a>0,b>0)的左焦点,若椭圆上存在点P,使得直线PF与圆x2+y2=b2相切,当直线PF的倾斜角为时,此椭圆的离心率是________.
[答案]
[解析] 解法1:设直线PF与圆x2+y2=b2的切点为M,则依题意得OM⊥MF,∵直线PF的倾斜角为,
∴∠OFP=,∴sin==,椭圆的离心率e=====.
解法2:依题意可知PF:y=-(x+c)(c=),
又O到PF的距离为b,即=b,∴=b2=a2-c2,
∴4a2=7c2,∴e==.
(理)设直线l:y=2x+2,若l与椭圆x2+=1的交点为A、B,点P为椭圆上的动点,则使△PAB的面积为-1的点P的个数为________.
[答案] 3
[解析] 设与l平行且与椭圆相切的直线方程为y=2x+b,代入x2+=1中消去y得,8x2+4bx+b2-4=0,
由Δ=16b2-32(b2-4)=0得,b=±2,
显见y=2x+2与两轴交点为椭圆的两顶点A(-1,0),B(0,2),
∵直线y=2x+2与l距离d=,
∴欲使S△ABP=|AB|·h=h=-1,须使h=,∵d=h,∴直线y=2x+2与椭圆切点,及y=2x+4-2与椭圆交点均满足,∴这样的点P有3个.
8.(2013·唐山一中第二次月考)已知双曲线-=1(a,b>0)的右焦点F,若过F
且倾斜角为60°的直线l与双曲线的右支有且只有1个交点,则此双曲线的离心率e的取值范围是________.
[答案] [2,+∞)
[解析] 由条件知≥tan60°=,∴≥3,
∴e≥2.
9.(文)(2013·浙江宁波四中)椭圆2x2+y2=1上的点到直线y=x-4的距离的最小值是________.
[答案] 2-
[解析] 设与直线y=x-4平行的椭圆的切线方程为y=x+c,代入2x2+y2=1得5x2+2cx+c2-1=0,由Δ=12c2-20(c2-1)=0,得c=±,可知直线y=x-与y=x-4距离最近,此两直线距离为d=2-.
(理)(2012··湖南长沙月考)直线l:x-y=0与椭圆+y2=1相交A、B两点,点C是椭圆上的动点,则△ABC面积的最大值为________.
[答案]
[解析] 设与l平行的直线方程为x-y+a=0,当此直线与椭圆的切点为C时,△ABC的面积最大,将y=x+a代入+y2=1中整理得,3x2+4ax+2(a2-1)=0,由Δ=16a2-24(a2-1)=0得,a=±,两平行直线x-y=0与x-y+=0的距离d=,将y=x代入+y2=1中得,x1=-,x2=,
∴|AB|=|-(-)|=,
∴S△ABC=|AB|·d=××=.
三、解答题
10.过抛物线C:x2=2py(p>0)的焦点F作直线l与抛物线C交于A、B两点,当点A的纵坐标为1时,|AF|=2.
(1)求抛物线C的方程;
(2)若直线l的斜率为2,问抛物线C上是否存在一点M,使得MA⊥MB,并说明理由.
[解析] (1)由抛物线的定义得|AF|等于点A到准线y=-的距离,
∴1+=2,∴p=2,
∴抛物线C的方程为x2=4y.
(2)抛物线C的焦点为F(0,1),直线l的方程y=2x+1,
设点A、B、M的坐标分别为(x1,)、(x2,)、(x0,),
由方程组消去y得,x2=4(2x+1),
即x2-8x-4=0,
由韦达定理得x1+x2=8,x1x2=-4.
∵MA⊥MB,∴·=0,
∴(x1-x0)(x2-x0)+(-)(-)=0,
∴(x1-x0)(x2-x0)+(x1-x0)(x2-x0)(x1+x0)(x2+x0)=0.
∵M不与A,B重合,∴(x1-x0)(x2-x0)≠0,
∴1+(x1+x0)(x2+x0)=0,x1x2+(x1+x2)x0+x+16=0,
∴x+8x0+12=0,∵Δ=64-48>0.
∴方程x+8x0+12=0有解,即抛物线C上存在一点M,使得MA⊥MB.
能力拓展提升
11.(2013·浙江嵊州一中月考)设A,B分别为双曲线-=1(a>0,b>0)的左,右顶点,双曲线的实轴长为4,焦点到渐近线的距离为.
(1)求双曲线的方程;
(2)已知直线y=x-2与双曲线的右支交于M、N两点,且在双曲线的右支上存在点D
,使得+=t,求t的值及点D的坐标.
[解析] (1)由题意知a=2,∴一条渐近线方程为y=x,
即bx-2y=0,∴=,
∴b2=3,∴双曲线的方程为-=1.
(2)设M(x1,y1),N(x2,y2),D(x0,y0)(x0>0),
∵+=t,∴x1+x2=tx0,y1+y2=ty0,
将直线方程代入双曲线方程得x2-16x+84=0,
则x1+x2=16,y1+y2=(x1-2)+(x2-2)
=(x1+x2)-4=12,
∴∴
∴t=4,点D的坐标为(4,3).
12.(文)(2013·山西山大附中月考)已知抛物线y2=4x,过点M(0,2)的直线l与抛物线交于A、B两点,且直线l与x轴交于点C.
(1)求证:|MA|,|MC|,|MB|成等比数列;
(2)设=α,=β,试问α+β是否为定值,若是,求出此定值,若不是,请说明理由.
[解析] (1)证明:设直线l的方程为y=kx+2(k≠0),
联立方程得k2x2+(4k-4)x+4=0.①
设A(x1,y1),B(x2,y2),C(-,0),则
x1+x2=-,x1·x2=.②
∴|MA|·|MB|=|x1-0|·|x2-0|=,
而|MC|2=(|--0|)2=,
∴|MC|2=|MA|·|MB|≠0,
即|MA|,|MC|,|MB|成等比数列.
(2)由=α,=β得
(x1,y1-2)=α(-x1-,-y1),(x2,y2-2)=β(-x2-,-y2),
即得α=,β=,
则α+β=.
将②代入得α+β=-1,故α+β为定值,且定值为-1.
(理)(2013·北京东城联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,椭圆短轴的一个端点与两个焦点构在的三角形的面积为.
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知动直线y=k(x+1)与椭圆C相交于A、B两点.
①若线段AB中点的横坐标为-,求斜率k的值;
②若点M(-,0),求证:·为定值.
[解析] (1)椭圆+=1(a>b>0)满足a2=b2+c2,=,×b×2c=,解得a2=5,b2=,则椭圆方程为+=1.
(2)①将y=k(x+1)代入+=1中得,
(1+3k2)x2+6k2x+3k2-5=0,
Δ=36k4-4(3k2+1)(3k2-5)=48k2+20>0,
x1+x2=-.
因为AB中点的横坐标为-,所以-=-,解得k=±.
②证明:由①知x1+x2=-,x1x2=,
所以·=(x1+,y1)(x2+,y2)
=(x1+)(x2+)+y1y2
=(x1+)(x2+)+k2(x1+1)(x2+1)
=(1+k2)x1x2+(+k2)(x1+x2)++k2
=(1+k2)+(+k2)(-)++k2
=++k2=.
∴·为定值.
13.(文)点A、B分别为椭圆+=1长轴的左、右端点,点F是椭圆的右焦点,点P在椭圆上,且位于x轴上方,PA⊥PF.
(1)求点P的坐标;
(2)设M是椭圆长轴AB上的一点,M到直线AP的距离等于|MB|,求椭圆上的点到点M的距离d的最小值.
[解析] (1)由已知可得点A(-6,0),F(4,0),设点P的坐标是(x,y),则=(x+6,y),=(x-4,y).
由已知得
消去y得,2x2+9x-18=0,∴x=或x=-6,
由于y>0,只能x=,于是y=,
所以点P的坐标是(,).
(2)直线AP的方程是x-y+6=0.
设点M的坐标是(m,0),则M到直线AP的距离是
,于是=|m-6|,
又-6≤m≤6,解得m=2.
∵椭圆上的点(x,y)到点M的距离是d,
∴d2=(x-2)2+y2=x2-4x+4+20-x2
=(x-)2+15,
由于-6≤x≤6,所以当x=时d取最小值.
(理)
如图所示,在△DEM中,⊥,=(0,-8),N在y轴上,且=(+),点E在x轴上移动.
(1)求点M的轨迹方程;
(2)过点F(0,1)作互相垂直的两条直线l1、l2,l1与点M的轨迹交于点A、B,l2与点M的轨迹交于点C、Q,求·的最小值.
[解析] (1)设M(x,y),E(a,0),由条件知D(0,-8),
∵N在y轴上且N为EM的中点,∴x=-a,
∵⊥,∴·=(-a,-8)·(x-a,y)=-a(x-a)-8y=2x2-8y=0,∴x2=4y(x≠0),
∴点M的轨迹方程为x2=4y(x≠0).
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),Q(x4,y4),直线l1:y=kx+1(k≠0),则直线l2:y=-x+1,
由消去y得,x2-4kx-4=0,
∴x1+x2=4k,x1x2=-4,
由消去y得,x2+x-4=0,
∴x3+x4=-,x3x4=-4.
∵A、B在直线l1上,∴y1=kx1+1,y2=kx2+1,
∵C、Q在直线l2上,∴y3=-x3+1,y4=-x4+1.
∴·=(x3-x1,y3-y1)·(x2-x4,y2-y4)
=(x3-x1)(x2-x4)+(y3-y1)·(y2-y4)
=(x3-x1)(x2-x4)+(-x3-kx1)(kx2+x4)
=x3x2-x1x2-x3x4+x1x4-x2x3-k2x1x2-x3x4-x1x4
=(-1-k2)x1x2+(-1-)x3x4=4(1+k2)+4(1+)=8+4(k2+)≥16等号在k2=时取得,
即k=±1时成立.∴·的最小值为16.
14.(文)(2013·东北三校联考)已知点E(m,0)为抛物线y2=4x内一个定点,过E斜率分别为k1、k2的两条直线交抛物线于点A、B、C、D,且M、N分别是AB、CD的中点.
(1)若m=1,k1k2=-1,求三角形EMN面积的最小值;
(2)若k1+k2=1,求证:直线MN过定点.
[解析] (1)当m=1时,E为抛物线y2=4x的焦点,
设AB方程为y=k1(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2).
由得k1y2-4y-4k1=0,y1+y2=,y1y2=-4.
AB中点M(,),∴M(+1,);同理,点N(2k+1,-2k1).
∵k1k2=-1,∴AB⊥CD,
∴S△EMN=|EM|·|EN|=·=2≥2=4,
当且仅当k=,即k1=±1时,△EMN的面积取最小值4.
(2)设AB方程为y=k1(x-m),A(x1,y1),B(x2,y2),
由得k1y2-4y-4k1m=0,y1+y2=,y1y2=-4m,
AB中点M(,),∴M(+m,);
同理,点N(+m,).
∵k1+k2=1,∴kMN===k1k2,
∴lMN:y-=k1k2[x-(+m)],即y=k1k2(x-m)+2,∴直线MN恒过定点(m,2).
(理)
(2013·石嘴山市调研)如图,已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率e=,短轴右端点为A,M(1,0)为线段OA的中点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)过点M任作一条直线与椭圆C相交于两点P、Q,试问在x轴上是否存在定点N,使得∠PNM=∠QNM?若存在,求出点N的坐标;若不存在,说明理由.
[解析] (1)由题意知b=2,又e=,即=,
解得a=2,所以椭圆方程为+=1.
(2)假设存在点N(x0,0)满足题设条件.
当PQ⊥x轴时,由椭圆的对称性可知恒有∠PNM=∠QNM,即x0∈R;
当PQ与x轴不垂直时,设PQ的方程为y=k(x-1),代入椭圆方程中化简得:(k2+2)x2-2k2x+k2-8=0.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),则x1+x2=,x1x2=,
kPN+kQN=+=+
=,
∵(x1-1)(x2-x0)+(x2-1)(x1-x0)
=2x1x2-(1+x0)(x1+x2)+2x0
=-+2x0.
若∠PNM=∠QNM,则kPN+kQN=0,
即k[-+2x0]=0,整理得k(x0-4)=0,∵k∈R,∴x0=4.
综上,在x轴上存在定点N(4,0),使得∠PNM=∠QNM.
考纲要求
1.了解圆锥曲线的实际背景,了解圆锥曲线在刻画现实世界和解决实际问题中的作用.
2.理解直线与圆锥曲线的位置关系.
3.理解数形结合思想的应用.
补充说明
1.向量法
向量的坐标可以用其起点、终点的坐标表示,因此向量与解析几何保持着天然的联系.通过向量的坐标可以把解析几何的很多问题向量化,利用向量的共线、垂直、夹角、距离等公式巧妙地解决解析几何问题.
2.点差法
涉及到直线被圆锥曲线截得弦的中点问题(即中点弦问题)时,常用根与系数的关系及点差法求解.
[例]
P(1,1)为椭圆+=1内的一定点,过P点引一弦,与椭圆相交于A、B两点,且P恰好为弦AB的中点,如图所示,求弦AB所在的直线方程及弦AB的长度.
[解析] 设弦AB所在的直线方程为
y-1=k(x-1),A、B两点坐标分别为
(x1,y1),(x2,y2),则
x+2y=4,① x+2y=4.②
①-②得:
(x1+x2)(x1-x2)+2(y1+y2)(y1-y2)=0.
∵P(1,1)为弦AB的中点,∴x1+x2=2,y1+y2=2.
∴k==-.
∴所求直线的方程为y-1=-(x-1).
即x+2y-3=0.
将其代入椭圆方程整理得,6y2-12y+5=0.
根据弦长公式,有
|AB|=·=.
[说明] (1)点差法的一个基本步骤是:点A(x1,y1),B(x2,y2)都在圆锥曲线f(x·y)=0上,∴f(x1,y1)=0,f(x2,y2)=0,两式相减f(x1,y1)-f(x2,y2)=0,然后变形构造出及x1+x2和y1+y2,再结合已知条件求解.
(2)中点弦问题除了用点差法外,求弦长时应注意是否过焦点,遇到AO⊥BO的情况,常用·=x1x2+y1y2=0解决,有时中点弦问题还可以利用对称、特例法解决.
3.要重视解题过程中思想方法的提炼及解题规律的总结
(1)方程思想
解析几何题大部分都以方程形式给定直线和圆锥曲线,因此直线与圆锥曲线相交的弦长问题常归纳为对方程解的讨论.利用韦达定理进行整体处理,以简化解题运算量.
(2)函数思想
对于圆锥曲线上一些动点,在变化过程中会引入一些相互联系、相互制约的量,从而使一些线段的长度及a、b、c、e、p之间构成函数关系,函数思想在处理这类问题时就很有效.
(3)坐标法
坐标法是解析几何的基本方法,因此要加强坐标法的训练.
(4)对称思想
由于圆锥曲线和圆都具有对称性质,所以可使分散的条件相对集中,减少一些变量和未知量,简化计算,提高解题速度,促成问题的解决.
(5)数形结合
解析几何是数形结合的典范,解决解析几何问题应充分利用图形的直观和曲线的几何性质,才能简化解答过程.
(6)参数思想
一些解析几何问题,在解题过程中可先引入适当的参数(如斜率k,点的坐标,圆锥曲线方程中的系数等),把所研究问题转化为参数的函数或不等式、方程等来解决.
备选习题
1.(2013·珠海模拟)在平面直角坐标系xOy中,设点F(,0),直线l:x=-,点P在直线l上移动,R是线段PF与y轴的交点,RQ⊥FP,PQ⊥l.
(1)求动点Q的轨迹C的方程;
(2)设圆M过A(1,0),且圆心M在曲线C上,TS是圆M在y轴上截得的弦,当M运动时,弦长|TS|是否为定值?请说明理由.
[解析]
(1)依题意知,点R是线段FP的中点,且RQ⊥FP,
∴RQ是线段FP的垂直平分线.
∵|PQ|是点Q到直线l的距离.
点Q在线段FP的垂直平分线上,
∴|PQ|=|QF|.
故动点Q的轨迹是以F为焦点,l为准线的抛物线,
其方程为y2=2x(x>0).
(2)弦长|TS|为定值.理由如下:取曲线C上点M(x0,y0),
M到y轴的距离为d=|x0|=x0,
圆的半径r=|MA|=,
则|TS|=2=2,
因为点M在曲线C上,
所以x0=,
所以|TS|=2=2,是定值.
2.(2013·陕西理,20)已知动圆过定点A(4,0),且在y轴上截得弦长MN的长为8.
(1)求动圆圆心的轨迹C的方程;
(2)已知点B(-1,0),设不垂直于x轴的直线l与轨迹C交于不同的两点P,Q,若x轴是∠PBQ的角平分线,证明直线l过定点.
[解析] (1)
如图,设动圆的圆心O1(x,y),由题意知|O1A|=|O1M|,当O1不在y轴上时,过O1作O1H⊥MN交MN于H,则H为MN的中点,
∴|O1M|2=|O1H|2+|MH|2=x2+16,
又|O1A|2=(x-4)2+y2,
∴(x-4)2+y2=x2+16,整理得y2=8x(x≠0),
当O1在y轴上时,∵|OA|=4=|MM|,
∴O1与O重合,此时点O1(0,0)也满足y2=8x,
∴动圆圆心O1的轨迹C方程为y2=8x.
(2)证明:由题意,设直线l的方程为y=kx+b(k≠0),
P(x1,y1),Q(x2,y2),
将y=kx+b代入y2=8x中,
得k2x2+(2bk-8)x+b2=0,
其中Δ=-32kb+64>0.
由根与系数的关系得,x1+x2=,①
x1x2=,②
因为x轴是∠PBQ的角平分线,
所以=-,
即y1(x2+1)+y2(x1+1)=0,
(kx1+b)(x2+1)+(kx2+b)(x1+1)=0,
2kx1x2+(b+k)(x1+x2)+2b=0,③
将①,②代入③得2kb2+(k+b)(8-2bk)+2k2b=0,
∴k=-b,此时Δ>0,∴直线l的方程为y=k(x-1),
即直线l过定点(1,0).