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- 2021-05-13 发布
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高考数学考点归纳之 曲线与方程
一、基础知识
1.曲线与方程
一般地,在平面直角坐标系中,如果某曲线 C上的点与一个二元方程 f(x,y)=0的实数
解建立了如下关系:
(1)曲线上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❶.
2.求动点轨迹方程的一般步骤
(1)建立适当的坐标系❷,用有序实数对(x,y)表示曲线上任意一点 M的坐标;
(2)写出适合条件 p的点 M的集合 P={M|p(M)}❸;
(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为最简形式;
(5)说明化简后的方程的解为坐标的点都在曲线上.
(1)如果曲线 C的方程是 f(x,y)=0, 那么点 P0(x0,y0)在曲线 C上的充要条件是 f(x0,
y0)=0.
(2)“曲线 C是方程 f(x,y)=0 的曲线”是“曲线 C上的点的坐标都是方程 f(x,y)=0
的解”的充分不必要条件.
坐标系建立的不同,同一曲线在不同坐标系中的方程也不同,但它们始终表示同一曲
线.
有时此过程可根据实际情况省略,直接列出曲线方程.
考点一 直接法求轨迹方程
1.已知点 F(0,1),直线 l:y=-1,P为平面上的动点,过点 P作直线 l的垂线,垂足
为 Q,且 QP
―→
· QF
―→
= FP
―→
· FQ
―→
,则动点 P的轨迹 C的方程为( )
A.x2=4y B.y2=3x
C.x2=2y D.y2=4x
解析:选 A 设点 P(x,y),则 Q(x,-1).
∵ QP
―→
· QF
―→
= FP
―→
· FQ
―→
,
∴(0,y+1)·(-x,2)=(x,y-1)·(x,-2),
即 2(y+1)=x2-2(y-1),整理得 x2=4y,
∴动点 P的轨迹 C的方程为 x2=4y.
2.在平面直角坐标系 xOy中,点 B与点 A(-1,1)关于原点 O对称,P是动点,且直线
AP与 BP的斜率之积等于-
1
3
.则动点 P的轨迹方程为________________.
解析:因为点 B与点 A(-1,1)关于原点 O对称,
所以点 B的坐标为(1,-1).
设点 P的坐标为(x,y),由题意得
y-1
x+1
·y+1
x-1
=-
1
3
,
化简得 x2+3y2=4(x≠±1).
故动点 P的轨迹方程为 x2+3y2=4(x≠±1).
答案:x2+3y2=4(x≠±1)
3.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____________________.
解析:设 A(x,y),由题意可知 D
x
2
,
y
2 .
∵|CD|=3,∴
x
2
-5 2+
y
2 2=9,
即(x-10)2+y2=36,
由于 A,B,C三点不共线,
∴点 A不能落在 x轴上,即 y≠0,
∴点 A的轨迹方程为(x-10)2+y2=36(y≠0).
答案:(x-10)2+y2=36(y≠0)
考点二 定义法求轨迹方程
[典例精析]
已知圆 M:(x+1)2+y2=1,圆 N:(x-1)2+y2=9,动圆 P与圆 M外切并且与圆 N内切,
圆心 P的轨迹为曲线 C.求 C的方程.
[解] 由已知得圆 M的圆心为 M(-1,0),半径 r1=1;圆 N的圆心为 N(1,0),半径 r2=3.
设圆 P的圆心为 P(x,y),半径为 R.
因为圆 P与圆 M外切并且与圆 N内切,
所以|PM|+|PN|=(R+r1)+(r2-R)=r1+r2=4>|MN|=2.
由椭圆的定义可知,曲线 C是以 M,N为左、右焦点,长半轴长为 2,短半轴长为 3的
椭圆(左顶点除外),其方程为
x2
4
+
y2
3
=1(x≠-2).
[解题技法]
定义法求曲线方程的 2种策略
(1)运用圆锥曲线的定义求轨迹方程,可从曲线定义出发直接写出方程,或从曲线定义
出发建立关系式,从而求出方程.
(2)定义法和待定系数法适用于已知曲线的轨迹类型,利用条件把待定系数求出来,使
问题得解.
[题组训练]
如图,已知△ABC的两顶点坐标 A(-1,0),B(1,0),圆 E是△ABC的内
切圆,在边 AC,BC,AB上的切点分别为 P,Q,R,|CP|=1(从圆外一点到
圆的两条切线段长相等),动点 C的轨迹为曲线 M,求曲线 M的方程.
解:由题知|CA|+|CB|=|CP|+|CQ|+|AP|+|BQ|=2|CP|+|AB|=4>|AB|,
所以曲线 M是以 A,B为焦点,长轴长为 4的椭圆(挖去与 x轴的交点).
设曲线 M:
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0,y≠0),
则 a2=4,b2=a2-
|AB|
2 2=3,
所以曲线 M的方程为
x2
4
+
y2
3
=1(y≠0).
考点三 代入法(相关点)求轨迹方程
[典例精析]
如图所示,抛物线 E:y2=2px(p>0)与圆 O:x2+y2=8相交于 A,
B两点,且点 A的横坐标为 2.过劣弧 AB上动点 P(x0,y0)作圆 O的切线
交抛物线 E于 C,D两点,分别以 C,D为切点作抛物线 E的切线 l1,
l2,l1与 l2相交于点 M.
(1)求 p的值;
(2)求动点 M的轨迹方程.
[解] (1)由点 A的横坐标为 2,可得点 A的坐标为(2,2),代入 y2=2px,解得 p=1.
(2)由(1)知抛物线 E:y2=2x,
设 C
y21
2
,y1
,D
y22
2
,y2
,y1≠0,y2≠0.切线 l1的斜率为 k,则切线 l1:y-y1=k
x-y21
2 ,
代入 y2=2x,得 ky2-2y+2y1-ky21=0,
由Δ=0,解得 k=1
y1
,∴l1的方程为 y=1
y1
x+y1
2
,
同理 l2的方程为 y=1
y2
x+y2
2
.
联立
y=1
y1
x+y1
2
,
y=1
y2
x+y2
2
,
解得
x=y1y2
2
,
y=y1+y2
2
.
易知 CD的方程为 x0x+y0y=8,
其中 x0,y0满足 x20+y20=8,x0∈[2,2 2 ],
由
y2=2x,
x0x+y0y=8,
得 x0y2+2y0y-16=0,
则
y1+y2=-
2y0
x0
,
y1·y2=-
16
x0
.
代入
x=y1y2
2
,
y=y1+y2
2
,
可得 M(x,y)满足
x=-
8
x0
,
y=-
y0
x0
,
可得
x0=-
8
x
,
y0=8y
x
,
代入 x20+y20=8,并化简,得
x2
8
-y2=1.
考虑到 x0∈[2,2 2],知 x∈[-4,-2 2],
∴动点 M的轨迹方程为
x2
8
-y2=1,x∈[-4,-2 2].
[解题技法]
“相关点法”求轨迹方程的基本步骤
(1)设点:设被动点坐标为(x,y),主动点坐标为(x1,y1);
(2)求关系式:求出两个动点坐标之间的关系式
x1=fx,y,
y1=gx,y;
(3)代换:将上述关系式代入已知曲线方程,便可得到所求动点的轨迹方程.
[题组训练]
已知曲线 E:ax2+by2=1(a>0,b>0),经过点 M
3
3
,0
的直线 l与曲线 E交于点 A,
B,且MB
―→
=-2MA
―→
.若点 B的坐标为(0,2),求曲线 E的方程.
解:设 A(x0,y0),∵B(0,2),M
3
3
,0
,
故MB
―→
=
-
3
3
,2
,MA
―→
=
x0- 3
3
,y0 .
由于MB
―→
=-2MA
―→
,∴
-
3
3
,2
=-2
x0- 3
3
,y0 .
∴x0=
3
2
,y0=-1,即 A
3
2
,-1
.
∵A,B都在曲线 E上,
∴
a·02+b·22=1,
a·
3
2 2+b·-12=1,
解得
a=1,
b=1
4
.
∴曲线 E的方程为 x2+y2
4
=1.
[课时跟踪检测]
A级
1.平面直角坐标系中,已知两点 A(3,1),B(-1,3),若点 C满足 OC
―→
=λ1 OA
―→
+λ2 OB
―→
(O为原点),其中λ1,λ2∈R,且λ1+λ2=1,则点 C的轨迹是( )
A.直线 B.椭圆
C.圆 D.双曲线
解析:选 A 设 C(x,y),因为 OC
―→
=λ1 OA
―→
+λ2 OB
―→
,
所以(x,y)=λ1(3,1)+λ2(-1,3),
即
x=3λ1-λ2,
y=λ1+3λ2,
解得
λ1=
y+3x
10
,
λ2=
3y-x
10
,
又λ1+λ2=1,所以
y+3x
10
+
3y-x
10
=1,即 x+2y=5,所以点 C的轨迹是直线,故选 A.
2.如图所示,在平面直角坐标系 xOy中,A(1,0),B(1,1),C(0,1),映
射 f将 xOy平面上的点 P(x,y)对应到另一个平面直角坐标系 uO′v 上的
点 P′(2xy,x2-y2),则当点 P沿着折线 ABC运动时,在映射 f的作用
下,动点 P′的轨迹是( )
解析:选 D 当 P沿 AB运动时,x=1,设 P′(x′,y′),则
x′=2y,
y′=1-y2
(0≤y≤1),
故 y′=1-x′2
4
(0≤x′≤2,0≤y′≤1).当P沿BC运动时,y=1,则
x′=2x,
y′=x2-1
(0≤x≤1),
所以 y′=
x′2
4
-1(0≤x′≤2,-1≤y′≤0),由此可知 P′的轨迹如 D所示,故选 D.
3.设点 A为圆(x-1)2+y2=1上的动点,PA是圆的切线,且|PA|=1,则 P点的轨迹方
程为( )
A.y2=2x B.(x-1)2+y2=4
C.y2=-2x D.(x-1)2+y2=2
解析:选 D 如图,设 P(x,y),
圆心为 M(1,0).连接 MA,PM,
则 MA⊥PA,且|MA|=1,
又因为|PA|=1,
所以|PM|= |MA|2+|PA|2= 2,
即|PM|2=2,所以(x-1)2+y2=2.
4.设过点 P(x,y)的直线分别与 x轴的正半轴和 y轴的正半轴交于 A,B两点,点 Q 与
点 P关于 y轴对称,O为坐标原点.若 BP
―→
=2 PA
―→
,且OQ
―→
· AB
―→
=1,则点 P的轨迹方程是
( )
A.3
2
x2+3y2=1(x>0,y>0)
B.3
2
x2-3y2=1(x>0,y>0)
C.3x2-3
2
y2=1(x>0,y>0)
D.3x2+3
2
y2=1(x>0,y>0)
解析:选 A 设 A(a,0),B(0,b),a>0,b>0.由 BP
―→
=2 PA
―→
,得(x,y-b)=2(a-x,
-y),即 a=3
2
x>0,b=3y>0.点 Q(-x,y),故由OQ
―→
· AB
―→
=1,得(-x,y)·(-a,b)=1,
即 ax+by=1.将 a=3
2
x,b=3y代入 ax+by=1,得所求的轨迹方程为
3
2
x2+3y2=1(x>0,y
>0).
5.如图所示,已知 F1,F2是椭圆Γ:x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的左,右焦
点,P是椭圆Γ上任意一点,过 F2作∠F1PF2的外角的角平分线的垂线,
垂足为 Q,则点 Q 的轨迹为( )
A.直线 B.圆
C.椭圆 D.双曲线
解析:选 B 延长 F2Q,与 F1P的延长线交于点 M,连接 OQ.因为
PQ 是∠F1PF2的外角的角平分线,且 PQ⊥F2M,所以在△PF2M中,|PF2|
=|PM|,且 Q 为线段 F2M的中点.又 O为线段 F1F2的中点,由三角形
的中位线定理,得|OQ|=1
2
|F1M|=1
2
(|PF1|+|PF2|).根据椭圆的定义,得|PF1|+|PF2|=2a,所
以|OQ|=a,所以点 Q 的轨迹为以原点为圆心,半径为 a的圆,故选 B.
6.在平面直角坐标系中,O为坐标原点,A(1,0),B(2,2),若点 C满足 OC
―→
= OA
―→
+t( OB
―→
- OA
―→
),其中 t∈R,则点 C的轨迹方程是____________________.
解析:设 C(x,y),则 OC
―→
=(x,y), OA
―→
+t( OB
―→
- OA
―→
)=(1+t,2t),所以
x=t+1,
y=2t
消去参数 t得点 C的轨迹方程为 y=2x-2.
答案:y=2x-2
7.设 F1,F2为椭圆
x2
4
+
y2
3
=1的左、右焦点,A为椭圆上任意一点,过焦点 F1向∠F1AF2
的外角平分线作垂线,垂足为 D,则点 D的轨迹方程是________________.
解析:由题意,延长 F1D,F2A并交于点 B,易证 Rt△ABD≌Rt△AF1D,
则|F1D|=|BD|,|F1A|=|AB|,又 O为 F1F2的中点,连接 OD,则 OD∥F2B,
从而可知|DO|=1
2
|F2B|=
1
2
(|AF1|+|AF2|)=2,设点 D的坐标为(x,y),则 x2
+y2=4.
答案:x2+y2=4
8.(2019·福州质检)已知 A(-2,0),B(2,0),斜率为 k的直线 l上存在不同的两点 M,N
满足|MA|-|MB|=2 3,|NA|-|NB|=2 3,且线段 MN的中点为(6,1),则 k的值为________.
解析:因为|MA|-|MB|=2 3,|NA|-|NB|=2 3,
由双曲线的定义知,点 M,N在以 A,B为焦点的双曲线的右支上,且 c=2,a= 3,
所以 b=1,所以该双曲线的方程为
x2
3
-y2=1.
设 M(x1,y1),N(x2,y2),则 x1+x2=12,y1+y2=2.设直线 l的方程为 y=kx+m,代入
双曲线的方程,消去 y,得(1-3k2)x2-6mkx-3m2-3=0,
所以 x1+x2=
6mk
1-3k2
=12,①
y1+y2=k(x1+x2)+2m=12k+2m=2,②
由①②解得 k=2.
答案:2
9.如图,动圆 C1:x2+y2=t2(1<t<3)与椭圆 C2:
x2
9
+y2=1相交于 A,
B,C,D四点.点 A1,A2分别为 C2的左、右顶点,求直线 AA1与直线
A2B交点 M的轨迹方程.
解:由椭圆 C2:
x2
9
+y2=1,知 A1(-3,0),A2(3,0).
设点 A的坐标为(x0,y0),
由曲线的对称性,得 B(x0,-y0),
设点 M的坐标为(x,y),
直线 AA1的方程为 y= y0
x0+3
(x+3).①
直线 A2B的方程为 y= -y0
x0-3
(x-3).②
由①②相乘得 y2= -y20
x20-9
(x2-9).③
又点 A(x0,y0)在椭圆 C2上,故 y20=1-x20
9
.④
将④代入③得
x2
9
-y2=1(x<-3,y<0).
因此点 M的轨迹方程为
x2
9
-y2=1(x<-3,y<0).
10.(2019·武汉模拟)在平面直角坐标系 xOy中取两个定点 A1(- 6,0),A2( 6,0),再
取两个动点 N1(0,m),N2(0,n),且 mn=2.
(1)求直线 A1N1与 A2N2的交点 M的轨迹 C的方程;
(2)过 R(3,0)的直线与轨迹 C交于 P,Q 两点,过点 P作 PN⊥x轴且与轨迹 C交于另一
点 N,F为轨迹 C的右焦点,若 RP
―→
=λ RQ
―→
(λ>1),求证: NF
―→
=λ FQ
―→
.
解:(1)依题意知,直线 A1N1的方程为 y=m
6
(x+ 6),①
直线 A2N2的方程为 y=-
n
6
(x- 6),②
设 M(x,y)是直线 A1N1与 A2N2的交点,
①×②得 y2=-
mn
6
(x2-6),
又 mn=2,整理得
x2
6
+
y2
2
=1.故点 M的轨迹 C的方程为
x2
6
+
y2
2
=1.
(2)证明:设过点 R的直线 l:x=ty+3,P(x1,y1),Q(x2,y2),则 N(x1,-y1),
由
x=ty+3,
x2
6
+
y2
2
=1, 消去 x,得(t2+3)y2+6ty+3=0,(*)
所以 y1+y2=-
6t
t2+3
,y1y2=
3
t2+3
.
由 RP
―→
=λ RQ
―→
,得(x1-3,y1)=λ(x2-3,y2),故 x1-3=λ(x2-3),y1=λy2,
由(1)得 F(2,0),要证 NF
―→
=λ FQ
―→
,
即证(2-x1,y1)=λ(x2-2,y2),
只需证 2-x1=λ(x2-2),只需
x1-3
x2-3
=-
x1-2
x2-2
,
即证 2x1x2-5(x1+x2)+12=0,
又 x1x2=(ty1+3)(ty2+3)=t2y1y2+3t(y1+y2)+9,x1+x2=ty1+3+ty2+3=t(y1+y2)+6,
所以 2t2y1y2+6t(y1+y2)+18-5t(y1+y2)-30+12=0,即 2t2y1y2+t(y1+y2)=0,
而 2t2y1y2+t(y1+y2)=2t2· 3
t2+3
-t· 6t
t2+3
=0成立,即 NF
―→
=λ FQ
―→
成立.
B级
1.方程(2x+3y-1)( x-3-1)=0表示的曲线是( )
A.两条直线 B.两条射线
C.两条线段 D.一条直线和一条射线
解析:选 D 原方程可化为
2x+3y-1=0,
x-3≥0,
或 x-3-1=0,即 2x+3y-1=0(x≥3)
或 x=4,故原方程表示的曲线是一条直线和一条射线.
2.动点 P为椭圆
x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)上异于椭圆顶点 A(a,0),B(-a,0)的一点,F1,F2
为椭圆的两个焦点,动圆 M与线段 F1P,F1F2的延长线及线段 PF2相切,则圆心 M的轨迹
为除去坐标轴上的点的( )
A.抛物线 B.椭圆
C.双曲线的右支 D.一条直线
解析:选 D 如图,设切点分别为 E,D,G,由切线长相等可得|F1E|
=|F1G|,|F2D|=|F2G|,|PD|=|PE|.由椭圆的定义可得|F1P|+|PF2|=|F1P|
+|PD|+|DF2|=|F1E|+|DF2|=2a,即|F1E|+|GF2|=2a,也即|F1G|+|GF2|
=2a,故点 G与点 A重合,所以点 M的横坐标是 x=a,即点 M的轨迹
是一条直线(除去 A点),故选 D.
3.已知圆的方程为 x2+y2=4,若抛物线过点 A(-1,0),B(1,0)且以圆的切线为准线,
则抛物线的焦点轨迹方程是________________.
解析:设抛物线焦点为 F,过 A,B,O作准线的垂线 AA1,BB1,OO1,则|AA1|+|BB1|
=2|OO1|=4,由抛物线定义得|AA1|+|BB1|=|FA|+|FB|,所以|FA|+|FB|=4,故 F点的轨迹是
以 A,B为焦点,长轴长为 4的椭圆(去掉长轴两端点).所以抛物线的焦点轨迹方程为
x2
4
+
y2
3
=1(y≠0).
答案:
x2
4
+
y2
3
=1(y≠0)
4.如图,P是圆 x2+y2=4上的动点,P点在 x轴上的射影是 D,点 M满
足DM
―→
=
1
2
DP
―→
.
(1)求动点 M的轨迹 C的方程,并说明轨迹是什么图形;
(2)过点 N(3,0)的直线 l与动点 M的轨迹 C交于不同的两点 A,B,求以 OA,OB为邻边
的平行四边形 OAEB的顶点 E的轨迹方程.
解:(1)设 M(x,y),则 D(x,0),
由DM
―→
=
1
2
DP
―→
,知 P(x,2y),
∵点 P在圆 x2+y2=4上,
∴x2+4y2=4,故动点 M的轨迹 C的方程为
x2
4
+y2=1,且轨迹 C是以(- 3,0),( 3,
0)为焦点,长轴长为 4的椭圆.
(2)设 E(x,y),由题意知 l的斜率存在,
设 l:y=k(x-3),代入
x2
4
+y2=1,
得(1+4k2)x2-24k2x+36k2-4=0,
Δ=(-24k2)2-4(1+4k2)(36k2-4)>0,得 k2<1
5
,
设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2=
24k2
1+4k2
,
∴y1+y2=k(x1-3)+k(x2-3)=k(x1+x2)-6k= 24k3
1+4k2
-6k= -6k
1+4k2
.
∵四边形 OAEB为平行四边形,
∴ OE
―→
= OA
―→
+ OB
―→
=(x1+x2,y1+y2)=
24k2
1+4k2
,
-6k
1+4k2 ,
又 OE
―→
=(x,y),
∴
x= 24k2
1+4k2
,
y= -6k
1+4k2
,
消去 k得,x2+4y2-6x=0,
∵k2<1
5
,∴0<x<8
3
.
∴顶点 E的轨迹方程为 x2+4y2-6x=0
0<x<8
3 .
5.如图,斜线段 AB与平面α所成的角为 60°,B为斜足,平面α上的动点 P满足∠PAB=
30°,则点 P的轨迹是( )
A.直线 B.抛物线
C.椭圆 D.双曲线的一支
解析:选 C 母线与中轴线夹角为 30°,然后用平面α去截,使直线 AB与
平面α的夹角为 60°,则截口为 P的轨迹图形,由圆锥曲线的定义可知,P的
轨迹为椭圆.故选 C.
6.若曲线 C上存在点 M,使 M到平面内两点 A(-5,0),B(5,0)距离之差的绝对值为 8,
则称曲线 C为“好曲线”.以下曲线不是“好曲线”的是( )
A.x+y=5 B.x2+y2=9
C.x
2
25
+
y2
9
=1 D.x2=16y
解析:选 B ∵M到平面内两点 A(-5,0),B(5,0)距离之差的绝对值为 8,
∴M的轨迹是以 A(-5,0),B(5,0)为焦点的双曲线,方程为
x2
16
-
y2
9
=1.
A项,直线 x+y=5过点(5,0),故直线与 M的轨迹有交点,满足题意;
B项,x2+y2=9的圆心为(0,0),半径为 3,与 M的轨迹没有交点,不满足题意;
C项,
x2
25
+
y2
9
=1的右顶点为(5,0),故椭圆
x2
25
+
y2
9
=1与 M的轨迹有交点,满足题意;
D项,把 x2=16y代入
x2
16
-
y2
9
=1,可得 y-y2
9
=1,
即 y2-9y+9=0,∴Δ>0,满足题意.
7.已知△ABC中,A,B,C的对边分别为 a,b,c,且顶点 A,B的坐标分别为(-4,0),
(4,0),C为动点,且满足 sin B+sin A=5
4
sin C,则 C点的轨迹方程为________________.
解析:由 sin B+sin A=5
4
sin C可知 b+a=5
4
c=10,
则|AC|+|BC|=10>8=|AB|,∴满足椭圆定义.
令椭圆方程为
x2
a′2
+
y2
b′2
=1,则 a′=5,c′=4,b′=3,
则轨迹方程为
x2
25
+
y2
9
=1(x≠±5).
答案:
x2
25
+
y2
9
=1(x≠±5)