- 1.55 MB
- 2021-05-13 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
圆锥曲线
一、知识结构
1.方程的曲线
在平面直角坐标系中,如果某曲线C(看作适合某种条件的点的集合或轨迹 )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)曲线上的点的坐标都是这个方程的解;
(2)以这个方程的解为坐标的点都是曲线上的点.那么这个方程叫做曲线的方程;这条曲线叫做方程的曲线.
点与曲线的关系 若曲线C的方程是f(x,y)=0,则点P0(x0,y0)在曲线C上f(x0,y 0)=0;
点P0(x0,y0)不在曲线C上f(x0,y0)≠0
两条曲线的交点 若曲线C1,C2的方程分别为f1(x,y)=0,f2(x,y)=0,则
f1(x0,y0)=0
点P0(x0,y0)是C1,C2的交点
f2(x0,y0) =0
方程组有n个不同的实数解,两条曲线就有n个不同的交点;方程组没有实数解,曲线就没有 交点.
2.圆
圆的定义:点集:{M||OM|=r},其中定点O为圆心,定长r为半径.
圆的方程:
(1)标准方程
圆心在c(a,b),半径为r的圆方程是
(x-a)2+(y-b)2=r2
圆心在坐标原点,半径为r的圆方程是
x2+y2=r2
(2)一般方程
当D2+E2-4F>0时,一元二次方程
x2+y2+Dx+Ey+F=0
叫做圆的一般方程,圆心为(-,-),半径是.配方,将方程x2+y2+Dx+Ey+F=0化为
(x+)2+(y+)2=
当D2+E2-4F=0时,方程表示一个点
(-,-);
当D2+E2-4F<0时,方程不表示任何图形.
点与圆的位置关系 已知圆心C(a,b),半径为r,点M的坐标为(x0,y0),则
|MC|<r点M在圆C内,|MC|=r点M在圆C上,|MC|>r点M在圆C内,
其中|MC|=.
(3)直线和圆的位置关系
①直线和圆有相交、相切、相离三种位置关系
直线与圆相交有两个公共点
直线与圆相切有一个公共点
直线与圆相离没有公共点
②直线和圆的位置关系的判定
(i)判别式法
(ii)利用圆心C(a,b)到直线Ax+By+C=0的距离d=与半径r的大小关系来判定.
3.椭圆、双曲线和抛物线基本知识
曲
线
性
质
椭 圆
双曲线
抛物线
轨迹条件
{M||MF1|+|MF2|=2a,|F1F2|<2a}
{M||MF1|-|MF2|.
=±2a,|F2F2|>2a}.
{M| |MF|=点M到直线l的距离}.
圆 形
标准方程
+=1(a>b>0)
-=1(a>0,b>0)
y2=2px(p>0)
顶 点
A1(-a,0),A2(a,0);
B1(0,-b),B2(0,b)
A1(0,-a),A2(0,a)
O(0,0)
轴
对称轴x=0,y=0
长轴长:2a
短轴长:2b
对称轴x=0,y=0
实轴长:2a 虚轴长:2b
对称轴y=0
焦 点
F1(-c,0),F2(c,0)
焦点在长轴上
F1(-c,0),F2(c,0)
焦点在实轴上
F(,0)
焦点对称轴上
焦 距
|F1F2|=2c,
c=
|F1F2|=2c,
c=
准 线
x=±
准线垂直于长轴,且在椭圆外.
x=±
准线垂直于实轴,且在两顶点的内侧.
x=-
准线与焦点位于顶点两侧,且到顶点的距离相等.
离心率
e=,0<e<1
e=,e>1
e=1
4.圆锥曲线的统一定义
平面内的动点P(x,y)到一个定点F(c,0)的距离与到不通过这个定点的一条定直线l的距离之 比是一个常数e(e>0),则动点的轨迹叫做圆锥曲线.其中定点F(c,0)称为焦点,定直线l称为准线,正常数e称为离心率.
当0<e<1时,轨迹为椭圆,当e=1时,轨迹为抛物线当e>1时,轨迹为双曲线
5.坐标变换
坐标变换 在解析几何中,把坐标系的变换(如改变坐标系原点的位置或坐标轴的方向)叫做 坐标变换.实施坐标变换时,点的位置,曲线的形状、大小、位置都不改变,仅仅只改变点 的坐标与曲线的方程.
坐标轴的平移 坐标轴的方向和长度单位不改变,只改变原点的位置,这种坐标系的变换叫 做坐标轴的平移,简称移轴.
坐标轴的平移公式 设平面内任意一点M,它在原坐标系xOy中的坐标是9x,y),在新坐标系x ′O′y′中的坐标是(x′,y′).设新坐标系的原点O′在原坐标系xOy中的坐标是(h,k),则
x=x′+h x′=x-h
(1) 或(2)
y=y′+k y′=y-k公式(1)或(2)叫做平移(或移轴)公式.
中心或顶点在(h,k)的圆锥曲线方程见下表.
方 程
焦 点
焦 线
对称轴
椭圆
+=1
(±c+h,k)
x=±+h
x=h
y=k
+ =1
(h,±c+k)
y=±+k
x=h
y=k
双曲线
-=1
(±c+h,k)
=±+k
x=h
y=k
-=1
(h,±c+h)
y=±+k
x=h
y=k
抛物线
(y-k)2=2p(x-h)
(+h,k)
x=-+h
y=k
(y-k)2=-2p(x-h)
(-+h,k)
x=+h
y=k
(x-h)2=2p(y-k)
(h, +k)
y=-+k
x=h
(x-h)2=-2p(y-k)
(h,- +k)
y=+k
x=h
二、知识点、能力点提示
(一)曲线和方程,由已知条件列出曲线的方程,曲线的交点
说明 在求曲线方程之前必须建立坐标系,然后根据条件列出等式进行化简 .特别是在求出方程后要考虑化简的过程是否是同解变形,是否满足已知条件,只有这样求 出的曲线方程才能准确无误.另外,要求会判断 曲线间有无交点,会求曲线的交点坐标.
三、 考纲中对圆锥曲线的要求:
考试内容:
. 椭圆及其标准方程.椭圆的简单几何性质.椭圆的参数方程;
. 双曲线及其标准方程.双曲线的简单几何性质;
. 抛物线及其标准方程.抛物线的简单几何性质;
考试要求:
. (1)掌握椭圆的定义、标准方程和椭圆的简单几何性质,理解椭圆的参数方程;
. (2)掌握双曲线的定义、标准方程和双曲线的简单几何性质;
. (3)掌握抛物线的定义、标准方程和抛物线的简单几何性质;
. (4)了解圆锥曲线的初步应用。
四.对考试大纲的理解
高考圆锥曲线试题一般有3题(1个选择题, 1个填空题, 1个解答题), 共计22分左右, 考查的知识点约为20个左右. 其命题一般紧扣课本, 突出重点, 全面考查. 选择题和填空题考查以圆锥曲线的基本概念和性质为主, 难度在中等以下,一般较容易得分,解答题常作为数学高考中的压轴题,综合考查学生数形结合、等价转换、分类讨论、逻辑推理等诸方面的能力,重点考查圆锥曲线中的重要知识点, 通过知识的重组与链接, 使知识形成网络, 着重考查直线与圆锥曲线的位置关系, 往往结合平面向量进行求解,在复习应充分重视。
求圆锥曲线的方程
【复习要点】
求指定的圆锥曲线的方程是高考命题的重点,主要考查识图、画图、数形结合、等价转化、分类讨论、逻辑推理、合理运算及创新思维能力,解决好这类问题,除要求熟练掌握好圆锥曲线的定义、性质外,命题人还常常将它与对称问题、弦长问题、最值问题等综合在一起命制难度较大的题,解决这类问题常用定义法和待定系数法.
一般求已知曲线类型的曲线方程问题,可采用“先定形,后定式,再定量”的步骤.
定形——指的是二次曲线的焦点位置与对称轴的位置.
定式——根据“形”设方程的形式,注意曲线系方程的应用,如当椭圆的焦点不确定在哪个坐标轴上时,可设方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0).
定量——由题设中的条件找到“式”中特定系数的等量关系,通过解方程得到量的大小.
【例题】
【例1】 双曲线=1(b∈N)的两个焦点F1、F2,P为双曲线上一点,
|OP|<5,|PF1|,|F1F2|,|PF2|成等比数列,则b2=_________.
解:设F1(-c,0)、F2(c,0)、P(x,y),则
|PF1|2+|PF2|2=2(|PO|2+|F1O|2)<2(52+c2),
即|PF1|2+|PF2|2<50+2c2,
又∵|PF1|2+|PF2|2=(|PF1|-|PF2|)2+2|PF1|·|PF2|,
依双曲线定义,有|PF1|-|PF2|=4,
依已知条件有|PF1|·|PF2|=|F1F2|2=4c2
∴16+8c2<50+2c2,∴c2<,
又∵c2=4+b2<,∴b2<,∴b2=1.
【例2】 已知圆C1的方程为,椭圆C2的方程为
,C2的离心率为,如果C1与C2相交于A、B两点,且线段AB恰为圆C1的直径,求直线AB的方程和椭圆C2的方程。
解:由
设椭圆方程为
设
又
两式相减,得
又
即
将
由
得
解得 故所有椭圆方程
【例1】 过点(1,0)的直线l与中心在原点,焦点在x轴上且离心率为的椭圆C相交于A、B两点,直线y=x过线段AB的中点,同时椭圆C上存在一点与右焦点关于直线l对称,试求直线l与椭圆C的方程.
解法一:由e=,得,从而a2=2b2,c=b.
设椭圆方程为x2+2y2=2b2,A(x1,y1),B(x2,y2)在椭圆上.
则x12+2y12=2b2,x22+2y22=2b2,两式相减得,
(x12-x22)+2(y12-y22)=0,
设AB中点为(x0,y0),则kAB=-,
又(x0,y0)在直线y=x上,y0=x0,
于是-=-1,kAB=-1,
设l的方程为y=-x+1.
右焦点(b,0)关于l的对称点设为(x′,y′),
由点(1,1-b)在椭圆上,得1+2(1-b)2=2b2,b2=.
∴所求椭圆C的方程为 =1,l的方程为y=-x+1.
解法二:由e=,从而a2=2b2,c=b.
设椭圆C的方程为x2+2y2=2b2,l的方程为y=k(x-1),
将l的方程代入C的方程,得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2b2=0,
则x1+x2=,y1+y2=k(x1-1)+k(x2-1)=k(x1+x2)-2k=-.
直线l:y=x过AB的中点(),则,
解得k=0,或k=-1.
若k=0,则l的方程为y=0,焦点F(c,0)关于直线l的对称点就是F点本身,不能在椭圆C上,所以k=0舍去,从而k=-1,直线l的方程为y=-(x-1),即y=-x+1,以下同解法一.
解法3:设椭圆方程为
直线不平行于y轴,否则AB中点在x轴上与直线中点矛盾。
故可设直线
,
,,,
,,
,,
,,,
,,
则,
,,
,
所以所求的椭圆方程为:
【例1】 如图,已知△P1OP2的面积为,P为线段P1P2的一个三等分点,求以直线OP1、OP2为渐近线且过点P的离心率为的双曲线方程.
解:以O为原点,∠P1OP2的角平分线为x轴建立如图所示的直角坐标系.
设双曲线方程为=1(a>0,b>0)
由e2=,得.
∴两渐近线OP1、OP2方程分别为y=x和y=-x
设点P1(x1, x1),P2(x2,-x2)(x1>0,x2>0),
则由点P分所成的比λ==2,
得P点坐标为(),
又点P在双曲线=1上,
所以=1,
即(x1+2x2)2-(x1-2x2)2=9a2,整理得8x1x2=9a2 ①
即x1x2= ②
由①、②得a2=4,b2=9
故双曲线方程为=1.
【例1】 过椭圆C:上一动点P引圆O:x2 +y2 =b2的两条切线PA、PB,A、B为切点,直线AB与x轴,y轴分别交于M、N两点。(1) 已知P点坐标为(x0,y0 )并且x0y0≠0,试求直线AB方程;(2) 若椭圆的短轴长为8,并且,求椭圆C的方程;(3) 椭圆C上是否存在点P,由P向圆O所引两条切线互相垂直?若存在,请求出存在的条件;若不存在,请说明理由。
解:(1)设A(x1,y1),B(x2, y2)
切线PA:,PB:
∵P点在切线PA、PB上,∴
∴直线AB的方程为
(2)在直线AB方程中,令y=0,则M(,0);令x=0,则N(0,)
∴ ①
∵2b=8 ∴b=4 代入①得a2 =25, b2 =16
∴椭圆C方程: (注:不剔除xy≠0,可不扣分)
(3) 假设存在点P(x0,y0)满足PA⊥PB,连接OA、OB由|PA|=|PB|知,
四边形PAOB为正方形,|OP|=|OA| ∴ ①
又∵P点在椭圆C上 ∴ ②
由①②知x
∵a>b>0 ∴a2 -b2>0
(1)当a2-2b2>0,即a>b时,椭圆C上存在点,由P点向圆所引两切线互相垂直;
(2)当a2-2b2<0,即b0
设x1,x2为方程*的两根,则
故AB中点M的坐标为(,)
∴线段AB的垂直平分线方程为:
将D(0,-1)坐标代入,化简得:4m=3k2-1
故m、k满足,消去k2得:m2-4m>0
解得:m<0或m>4
又∵4m=3k2-1>-1 ∴m>-
故m.
【直线与圆锥曲线练习】
一、选择题
1.斜率为1的直线l与椭圆+y2=1相交于A、B两点,则|AB|的最大值为( )
A.2 B. C. D.
2.抛物线y=ax2与直线y=kx+b(k≠0)交于A、B两点,且此两点的横坐标分别为x1,x2,直线与x轴交点的横坐标是x3,则恒有( )
A.x3=x1+x2 B.x1x2=x1x3+x2x3
C.x1+x2+x3=0 D.x1x2+x2x3+x3x1=0
二、填空题
3.已知两点M(1,)、N(-4,-),给出下列曲线方程:①4x+2y-1=0,
②x2+y2=3,③+y2=1,④-y2=1,在曲线上存在点P满足|MP|=|NP|的所有曲线方程是_________.
4.正方形ABCD的边AB在直线y=x+4上,C、D两点在抛物线y2=x上,则正方形ABCD的面积为_________.
5.在抛物线y2=16x内,通过点(2,1)且在此点被平分的弦所在直线的方程是_________.
三、解答题
6.已知抛物线y2=2px(p>0),过动点M(a,0)且斜率为1的直线l与该抛物线交于不同的两点A、B,且|AB|≤2p.
(1)求a的取值范围.
(2)若线段AB的垂直平分线交x轴于点N,
求△NAB面积的最大值.
7.已知中心在原点,顶点A1、A2在x轴上,离心率e=的双曲线过点P(6,6).
(1)求双曲线方程.
(2)动直线l经过△A1PA2的重心G,与双曲线交于不同的两点M、N,问:是否存在直线l,使G平分线段MN,证明你的结论.
8.已知双曲线C的两条渐近线都过原点,且都以点A(,0)为圆心,1为半径的圆相切,双曲线的一个顶点A1与A点关于直线y=x对称.
(1)求双曲线C的方程.
(2)设直线l过点A,斜率为k,当0<k<1时,双曲线C的上支上有且仅有一点B到直线l的距离为,试求k的值及此时B点的坐标.
直线与圆锥曲线参考答案
一、1.解析:弦长|AB|=≤.答案:C
2.解析:解方程组,得ax2-kx-b=0,可知x1+x2=,x1x2=-,x3=-,代入验证即可.答案:B
二、3.解析:点P在线段MN的垂直平分线上,判断MN的垂直平分线于所给曲线是否存在交点.答案:②③④
4.解析:设C、D所在直线方程为y=x+b,代入y2=x,利用弦长公式可求出|CD|的长,利用|CD|的长等于两平行直线y=x+4与y=x+b间的距离,求出b的值,再代入求出|CD|的长.
答案:18或50
5.解析:设所求直线与y2=16x相交于点A、B,且A(x1,y1),B(x2,y2),代入抛物线方程得y12=16x1,y22=16x2,两式相减得,(y1+y2)(y1-y2)=16(x1-x2).
即kAB=8.
故所求直线方程为y=8x-15.
答案:8x-y-15=0
三、6.解:(1)设直线l的方程为:y=x-a,代入抛物线方程得(x-a)2=2px,即x2-2(a+p)x+a2=0
∴|AB|=≤2p.∴4ap+2p2≤p2,即4ap≤-p2
又∵p>0,∴a≤-.
(2)设A(x1,y1)、B(x2,y2),AB的中点 C(x,y),
由(1)知,y1=x1-a,y2=x2-a,x1+x2=2a+2p,
则有x==p.
∴线段AB的垂直平分线的方程为y-p=-(x-a-p),从而N点坐标为(a+2p,0)
点N到AB的距离为
从而S△NAB=
当a有最大值-时,S有最大值为p2.
7.解:(1)如图,设双曲线方程为=1.由已知得,解得a2=9,b2=12.
所以所求双曲线方程为=1.
(2)P、A1、A2的坐标依次为(6,6)、(3,0)、(-3,0),
∴其重心G的坐标为(2,2)
假设存在直线l,使G(2,2)平分线段MN,设M(x1,y1),N(x2,y2).则有
,∴kl=
∴l的方程为y= (x-2)+2,
由,消去y,整理得x2-4x+28=0.
∵Δ=16-4×28<0,∴所求直线l不存在.
8.解:(1)设双曲线的渐近线为y=kx,由d==1,解得k=±1.
即渐近线为y=±x,又点A关于y=x对称点的坐标为(0,).
∴a==b,所求双曲线C的方程为x2-y2=2.
(2)设直线l:y=k(x-)(0<k<1,依题意B点在平行的直线l′上,且l与l′间的距离为.
设直线l′:y=kx+m,应有,化简得m2+2km=2. ②
把l′代入双曲线方程得(k2-1)x2+2mkx+m2-2=0,
由Δ=4m2k2-4(k2-1)(m2-2)=0.
可得m2+2k2=2 ③
②、③两式相减得k=m,代入③得m2=,解设m=,k=,此时x=,y=
.故B(2,).