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- 2021-05-13 发布
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学案55 曲线与方程
导学目标: 了解曲线的方程与方程的曲线的对应关系.
自主梳理
1.曲线的方程与方程的曲线
在直角坐标系中,如果某曲线C(看作点的集合或适合某种条件的点的轨迹)上的点与一个二元方程f(x,y)=0的实数解建立了如下的关系:
(1)__________________都是这个方程的______.
(2)以这个方程的解为坐标的点都是________________,那么,这个方程叫做曲线的方程,这条曲线叫做方程的曲线.
2.平面解析几何研究的两个主要问题
(1)根据已知条件,求出表示平面曲线的方程;
(2)通过曲线的方程研究曲线的性质.
3.求曲线方程的一般方法(五步法)
求曲线(图形)的方程,一般有下面几个步骤:
(1)建立适当的坐标系,用有序实数对(x,y)表示________________________;
(2)写出适合条件p的点M的集合P=____________;
(3)用坐标表示条件p(M),列出方程f(x,y)=0;
(4)化方程f(x,y)=0为________;
(5)说明以化简后的方程的解为坐标的点都在________.
自我检测
1.(2011·湛江月考)已知动点P在曲线2x2-y=0上移动,则点A(0,-1)与点P连线中点的轨迹方程是( )
A.y=2x2 B.y=8x2
C.2y=8x2-1 D.2y=8x2+1
2.一动圆与圆O:x2+y2=1外切,而与圆C:x2+y2-6x+8=0内切,那么动圆的圆心P的轨迹是( )
A.双曲线的一支 B.椭圆
C.抛物线 D.圆
3.(2011·佛山模拟)已知直线l的方程是f(x,y)=0,点M(x0,y0)不在l上,则方程f(x,y)-f(x0,y0)=0表示的曲线是( )
A.直线l B.与l垂直的一条直线
C.与l平行的一条直线 D.与l平行的两条直线
4.若M、N为两个定点且|MN|=6,动点P满足·=0,则P点的轨迹是( )
A.圆 B.椭圆 C.双曲线 D.抛物线
5.(2011·江西)若曲线C1:x2+y2-2x=0与曲线C2:y(y-mx-m)=0有四个不同的交点,则实数m的取值范围是( )
A.(-,) B.(-,0)∪(0,)
C.[-,] D.(-∞,-)∪(,+∞)
探究点一 直接法求轨迹方程
例1 动点P与两定点A(a,0),B(-a,0)连线的斜率的乘积为k,试求点P
的轨迹方程,并讨论轨迹是什么曲线.
变式迁移1 已知两点M(-2,0)、N(2,0),点P为坐标平面内的动点,满足||||+·=0,则动点P(x,y)的轨迹方程为______________.
探究点二 定义法求轨迹方程
例2 (2011·包头模拟)已知两个定圆O1和O2,它们的半径分别是1和2,且|O1O2|=4.动圆M与圆O1内切,又与圆O2外切,建立适当的坐标系,求动圆圆心M的轨迹方程,并说明轨迹是何种曲线.
变式迁移2 在△ABC中,A为动点,B、C为定点,B,C,且满足条件sin C-sin B=sin A,则动点A的轨迹方程是( )
A.-=1 (y≠0)
B.-=1 (x≠0)
C.-=1 (y≠0)的左支
D.-=1 (y≠0)的右支
探究点三 相关点法(代入法)求轨迹方程
例3 如图所示,从双曲线x2-y2=1上一点Q引直线x+y=2的垂线,垂足为N.求线段QN的中点P的轨迹方程.
变式迁移3 已知长为1+的线段AB的两个端点A、B分别在x轴、y轴上滑动,P是AB上一点,且=.求点P的轨迹C的方程.
分类讨论思想的应用
例 (12分)
过定点A(a,b)任作互相垂直的两直线l1与l2,且l1与x轴交于点M,l2与y轴交于点N,如图所示,求线段MN的中点P的轨迹方程.
多角度审题 要求点P坐标,必须先求M、N两点,这样就要求直线l1、l2,又l1、l2过定点且垂直,只要l1的斜率存在,设一参数k1即可求出P点坐标,再消去k1即得点P轨迹方程.
【答题模板】
解 (1)当l1不平行于y轴时,设l1的斜率为k1,则k1≠0.因为l1⊥l2,
所以l2的斜率为-,
l1的方程为y-b=k1(x-a),①
l2的方程为y-b=-(x-a),②
在①中令y=0,得M点的横坐标为x1=a-,[4分]
在②中令x=0,得N点的纵坐标为y1=b+,[6分]
设MN中点P的坐标为(x,y),则有
消去k1,得2ax+2by-a2-b2=0 (x≠).③[8分]
(2)当l1平行于y轴时,MN中点为,其坐标满足方程③.
综合(1)(2)知所求MN中点P的轨迹方程为2ax+2by-a2-b2=0.[12分]
【突破思维障碍】
引进l1的斜率k1作参数,写出l1、l2的直线方程,求出M、N的坐标,求出点P的坐标,得参数方程,消参化为普通方程,本题还要注意直线l1的斜率是否存在.
【易错点剖析】
当AM⊥x轴时,AM的斜率不存在,此时MN中点为,易错点是把斜率不存在的情况忽略,因而丢掉点.
1.求轨迹方程的常用方法:(1)直接法:如果动点运动的条件就是一些几何量的等量关系,这些条件简单明确,易于表达成含x,y的等式,就得到轨迹方程,这种方法称之为直接法.用直接法求动点轨迹的方程一般有建系设点,列式,代换,化简,证明五个步骤,但最后的证明可以省略.(2)定义法:运用解析几何中一些常用定义(例如圆锥曲线的定义),可从曲线定义出发直接写出轨迹方程,或从曲线定义出发建立关系式,从而求出轨迹方程.(3)代入法:动点所满足的条件不易表达或求出,但形成轨迹的动点P(x,y)却随另一动点Q(x′,y′)的运动而有规律的运动,且动点Q的轨迹为给定或容易求得,则可先将x′,y′表示为x、y的式子,再代入Q的轨迹方程,然后整理得P的轨迹方程,代入法也称相关点法.(4)参数法:求轨迹方程有时很难直接找出动点的横坐标、纵坐标之间的关系,则可借助中间变量(参数),使x、y之间建立起联系,然后再从所求式子中消去参数,得出动点的轨迹方程.
2.本节易错点:(1)容易忽略直线斜率不存在的情况;(2)利用定义求曲线方程时,应考虑是否符合曲线的定义.
(满分:75分)
一、选择题(每小题5分,共25分)
1.已知椭圆的焦点是F1、F2,P是椭圆的一个动点,如果M是线段F1P的中点,则动点M的轨迹是( )
A.圆 B.椭圆
C.双曲线的一支 D.抛物线
2.(2011·唐山模拟)已知A、B是两个定点,且|AB|=3,|CB|-|CA|=2,则点C的轨迹为( )
A.双曲线 B.双曲线的一支
C.椭圆 D.线段
3.长为3的线段AB的端点A、B分别在x轴、y轴上移动,=2,则点C的轨迹是( )
A.线段 B.圆 C.椭圆 D.双曲线
4.(2011·银川模拟)如图,圆O:x2+y2=16,A(-2,0),B(2,0)为两个定点.直线l是圆O的一条切线,若经过A、B两点的抛物线以直线l为准线,则抛物线焦点所在的轨迹是( )
A.双曲线 B.椭圆
C.抛物线 D.圆
5.已知F1、F2是椭圆+=1的两个焦点,平面内一个动点M满足|MF1|-|MF2|=2,则动点M的轨迹是( )
A.双曲线 B.双曲线的一个分支
C.两条射线 D.一条射线
二、填空题(每小题4分,共12分)
6.已知两定点A(-2,0),B(1,0),如果动点P满足|PA|=2|PB|,则点P的轨迹所包围的图形的面积等于______.
7.(2011·泰安月考)已知△ABC的顶点B(0,0),C(5,0),AB边上的中线长|CD|=3,则顶点A的轨迹方程为______________.
8.平面上有三点A(-2,y),B,C(x,y),若⊥,则动点C的轨迹方程为__________.
三、解答题(共38分)
9.(12分)已知抛物线y2=4px (p>0),O为顶点,A,B为抛物线上的两动点,且满足OA⊥OB,如果OM⊥AB于点M,求点M的轨迹方程.
10.(12分)(2009·宁夏,海南)已知椭圆C的中心为平面直角坐标系xOy的原点,焦点在x轴上,它的一个顶点到两个焦点的距离分别是7和1.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若P为椭圆C上的动点,M为过P且垂直于x轴的直线上的一点,=λ,求点M的轨迹方程,并说明轨迹是什么曲线.
11.(14分)(2011·石家庄模拟)在平面直角坐标系xOy中,有一个以F1(0,-)和F2(0,)为焦点、离心率为的椭圆,设椭圆在第一象限的部分为曲线C,动点P在C上,C在点P处的切线与x轴,y轴的交点分别为A,B,且=+.求:
(1)点M的轨迹方程;
(2)||的最小值.
学案55 曲线与方程
自主梳理
1.(1)曲线上的点的坐标 解 (2)曲线上的点 3.(1)曲线上任意一点M的坐标 (2){M|p(M)} (4)最简形式 (5)曲线上
自我检测
1.C 2.A 3.C 4.A
5.B [
C1:(x-1)2+y2=1,
C2:y=0或y=mx+m=m(x+1).
当m=0时,C2:y=0,此时C1与C2显然只有两个交点;
当m≠0时,要满足题意,需圆(x-1)2+y2=1与直线y=m(x+1)有两交点,当圆与直线相切时,m=±,
即直线处于两切线之间时满足题意,
则-B>0,表示焦点在x轴上的椭圆;
2° A=B>0,表示圆;
3° 00>B,表示焦点在x轴上的双曲线;
5° A<00,点P的轨迹是焦点在x轴上的双曲线(除去A、B两点).
②若k<0,(*)式可化为+=1.
1° 当-1b>0).
连接MO,由三角形的中位线可得
|F1M|+|MO|=a (a>|F1O|),则M的轨迹为以F1、O为焦点的椭圆.]
2.B [A、B是两个定点,|CB|-|CA|=2<|AB|,所以点C轨迹为双曲线的一支.]
3.C [设C(x,y),A(a,0),B(0,b),则a2+b2=9,①
又=2,所以(x-a,y)=2(-x,b-y),
即②
代入①式整理可得x2+=1.]
4.B [
设抛物线的焦点为F,因为A、B在抛物线上,
所以由抛物线的定义知,A、B到F的距离AF、BF分别等于A、B到准线l的距离AM、BN(如图所示),
于是|AF|+|BF|=|AM|+|BN|.
过O作OR⊥l,由于l是圆O的一条切线,所以四边形AMNB是直角梯形,OR是中位线,
故有|AF|+|BF|=|AM|+|BN|
=2|OR|=8>4=|AB|.
根据椭圆的定义知,焦点F的轨迹是一个椭圆.]
5.D [因为|F1F2|=2,|MF1|-|MF2|=2,
所以轨迹为一条射线.]
6.4π
解析 设P(x,y),由题知有:(x+2)2+y2=4[(x-1)2+y2],整理得x2-4x+y2=0,配方得(x-2)2+y2=4,可知圆的面积为4π.
7.(x-10)2+y2=36 (y≠0)
解析 方法一 直接法.
设A(x,y),y≠0,则D,
∴|CD|= =3.
化简得(x-10)2+y2=36,
∵A、B、C三点构成三角形,
∴A不能落在x轴上,即y≠0.
方法二
定义法.如图所示,
设A(x,y),D为AB的中点,过A作AE∥CD交x轴于E,
则E(10,0).
∵|CD|=3,∴|AE|=6,
∴A到E的距离为常数6.
∴A的轨迹为以E为圆心,6为半径的圆,
即(x-10)2+y2=36.
又A、B、C不共线,故A点纵坐标y≠0.
故A点轨迹方程为(x-10)2+y2=36 (y≠0).
8.y2=8x
解析 =,=.
∵⊥,∴·=0,
得2·x-·=0,得y2=8x.
9.解 设M(x,y),直线AB斜率存在时,
设直线AB的方程为y=kx+b.
由OM⊥AB得k=-.
设A、B两点坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2),
由y2=4px及y=kx+b消去y,
得k2x2+x(2kb-4p)+b2=0,所以x1x2=.
消去x,得ky2-4py+4pb=0,
所以y1y2=.(4分)
由OA⊥OB,得y1y2=-x1x2,
所以=-,b=-4kp.
故y=kx+b=k(x-4p).(8分)
用k=-代入,
得x2+y2-4px=0 (x≠0).(10分)
AB斜率不存在时,经验证也符合上式.
故M的轨迹方程为x2+y2-4px=0 (x≠0).(12分)
10.解 (1)设椭圆长半轴长及半焦距分别为a、c,由已知得解得又∵b2=a2-c2,∴b=,
所以椭圆C的方程为+=1.(4分)
(2)设M(x,y),其中x∈[-4,4],
由已知=λ2及点P在椭圆C上可得=λ2,
整理得(16λ2-9)x2+16λ2y2=112,
其中x∈[-4,4].(5分)
①当λ=时,化简得9y2=112,
所以点M的轨迹方程为y=±(-4≤x≤4).
轨迹是两条平行于x轴的线段.(7分)
②当λ≠时,方程变形为+=1,
其中x∈[-4,4].
当0<λ<时,点M的轨迹为中心在原点、实轴在y轴上的双曲线满足-4≤x≤4的部分.
当<λ<1时,点M的轨迹为中心在原点、长轴在x轴上的椭圆满足-4≤x≤4的部分;
当λ≥1时,点M的轨迹为中心在原点,长轴在x轴上的椭圆.(12分)
11.解 (1)椭圆的方程可写为+=1,其中a>b>0,
由得,所以曲线C的方程为x2+=1(01,y>2).(10分)
(2)||2=x2+y2,y2==4+,
所以||2=x2-1++5≥4+5=9,
当且仅当x2-1=,即x=时,上式取等号.
故||的最小值为3.(14分)