- 399.00 KB
- 2021-06-11 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
第2讲 椭圆、双曲线、抛物线
1.以选择题、填空题形式考查圆锥曲线的方程、几何性质(特别是离心率).
2.以解答题形式考查直线与圆锥曲线的位置关系(弦长、中点等).
热点一 圆锥曲线的定义与标准方程
1.圆锥曲线的定义
(1)椭圆:|PF1|+|PF2|=2a(2a>|F1F2|).
(2)双曲线:||PF1|-|PF2||=2a(2a<|F1F2|).
(3)抛物线:|PF|=|PM|,点F不在直线l上,PM⊥l于M.
2.求解圆锥曲线标准方程“先定型,后计算”
所谓“定型”,就是确定曲线焦点所在的坐标轴的位置;所谓“计算”,就是指利用待定系数法求出方程中的a2,b2,p的值.
例1 (1)(2017·湛江模拟)已知双曲线-=1(a>0)的一个焦点与抛物线y2=8x的焦点重合,则a等于( )
A.1 B.2
C. D.
答案 A
解析 抛物线y2=8x的焦点为F,在双曲线-=1(a>0)中, c=2,c2=4,b2=3,所以a2=c2-b2=4-3=1, 所以a=1,故选A.
(2)如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线l交抛物线于点A,B,交其准线于点C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则此抛物线方程为( )
A.y2=9x
B.y2=6x
C.y2=3x
D.y2=x
答案 C
解析 如图分别过点A,B作准线的垂线,分别交准线于点E,D
,设=a,则由已知得=2a,由抛物线定义,得=a,故∠BCD=30°,在Rt△ACE中, ∵=|AF|=3,
=3+3a,∴2=,即3+3a=6,从而得a=1,=3a=3.
∴p===,
因此抛物线方程为y2=3x,故选C.
思维升华 (1)准确把握圆锥曲线的定义和标准方程及其简单几何性质,注意当焦点在不同坐标轴上时,椭圆、双曲线、抛物线方程的不同表示形式.
(2)求圆锥曲线方程的基本方法就是待定系数法,可结合草图确定.
跟踪演练1 (1)(2017届沈阳市东北育才学校模拟)已知双曲线与椭圆+=1的焦点相同,且它们的离心率的乘积等于,则此双曲线的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
答案 B
解析 由题意得c=4,×=⇒a=2,∴b2=12.又双曲线的焦点在y轴上,∴双曲线的方程为-=1,故选B.
(2)△ABC的两个顶点为A(-4,0),B(4,0),△ABC的周长为18,则C点轨迹方程为( )
A.+=1(y≠0) B.+=1(y≠0)
C.+=1(y≠0) D.+=1(y≠0)
答案 D
解析 ∵△ABC的两顶点A(-4,0),B(4,0),周长为18,∴|AB|=8,|BC|+|AC|=10.∵10>8,∴点C到两个定点的距离之和等于定值,满足椭圆的定义,∴点C的轨迹是以A,B为焦点的椭圆.∴2a=10,2c=8,即a=5,c=4,∴b=3.∴C点的轨迹方程为+=1(y≠0).故选D.
热点二 圆锥曲线的几何性质
1.椭圆、双曲线中a,b,c之间的关系
(1)在椭圆中:a2=b2+c2,离心率为e== .
(2)在双曲线中:c2=a2+b2,离心率为e==.
2.双曲线-=1(a>0,b>0)的渐近线方程为y=±x.注意离心率e与渐近线的斜率的关系.
例2 (1)(2017·全国Ⅲ)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右顶点分别为A1,A2,且以线段A1A2为直径的圆与直线bx-ay+2ab=0相切,则椭圆C的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 A
解析 由题意知,以A1A2为直径的圆的圆心坐标为(0,0),半径为a.又直线bx-ay+2ab=0与圆相切,
所以圆心到直线的距离d==a,解得a=b,
所以= .
所以e=== = =.
故选A.
(2)(2017届百校大联考全国名校联盟联考)过双曲线E:-=1(a>0,b>0)的右顶点A作斜率为-1的直线,该直线与E的渐近线交于B,C两点,若+2=0,则双曲线E的渐近线方程为 ( )
A.y=±x B.y=±4x
C.y=±x D.y=±2x
答案 D
解析 直线l:y=-x+a与渐近线l1:bx-ay=0交于点B,直线l:y=-x+a与渐近线l2:bx+ay=0交于点C,A.因为+2=0,所以=3,所以-a=3,
所以b=2a.
所以双曲线E的渐近线方程为y=±2x,故选D.
思维升华 (1)明确圆锥曲线中a,b,c,e各量之间的关系是求解问题的关键.
(2)在求解有关离心率的问题时,一般并不是直接求出c和a
的值,而是根据题目给出的椭圆或双曲线的几何特点,建立关于参数c,a,b的方程或不等式,通过解方程或不等式求得离心率的值或取值范围.
跟踪演练2 (1)(2017届株洲一模)已知椭圆+=1(a>b>0),F1为左焦点,A为右顶点, B1,B2分别为上、下顶点,若F1,A,B1,B2四点在同一个圆上,则此椭圆的离心率为( )
A. B.
C. D.
答案 B
解析 由题设圆的半径r=,则b2+2=2,即a2-c2=ac⇒e2+e-1=0,解得e=,故选B.
(2)已知双曲线C: -=1(a>0, b>0)的焦距为2c,直线l过点且与双曲线C的一条渐近线垂直,以双曲线C的右焦点为圆心,半焦距为半径的圆与直线l交于M, N两点,若=c,则双曲线C的渐近线方程为( )
A.y=±x B.y=±x
C.y=±2x D.y=±4x
答案 B
解析 由题意可设渐近线方程为y=x,则直线l的斜率kl=-,直线方程为y=-,
整理可得ax+by-a2=0.
焦点到直线的距离
d==,
则弦长为2=2=c,
整理可得c4-9a2c2+12a3c-4a4=0,
即e4-9e2+12e-4=0,
分解因式得=0.
又双曲线的离心率e>1,则e==2,
所以= = =,
所以双曲线C的渐近线方程为y=±x.
故选B.
热点三 直线与圆锥曲线
判断直线与圆锥曲线公共点的个数或求交点问题有两种常用方法
(1)代数法:联立直线与圆锥曲线方程可得到一个关于x,y的方程组,消去y(或x)得一元二次方程,此方程根的个数即为交点个数,方程组的解即为交点坐标.
(2)几何法:画出直线与圆锥曲线的图象,根据图象判断公共点个数.
例3 如图,已知P为椭圆E:+=1(a>b>0)上的点,且a2+b2=5.过点P的动直线与圆F:x2+y2=a2+1相交于A,B两点,过点P作直线AB的垂线与椭圆E相交于点Q.
(1)求椭圆E的离心率;
(2)若|AB|=2,求|PQ|.
解 (1)依题意知,+=1,a2+b2=5,a>b>0,
解得a2=3,b2=2,
所以椭圆E的离心率e= = =.
(2)依题意知圆F的圆心为原点,半径r=2,=2,
所以原点到直线AB的距离为
d== =1,
因为点P的坐标为,所以直线AB的斜率存在,设为k.
所以直线AB的方程为y-1=k,
即kx-y-k+1=0,
所以d==1,解得k=0或k=2.
①当k=0时,此时直线PQ的方程为x=,
所以的值为点P的纵坐标的两倍,
即=2×1=2;
②当k=2时,直线PQ的方程为
y-1=-,
将它代入椭圆E的方程+=1,
消去y并整理,得34x2-10x-21=0,
设Q点坐标为,所以+x1=,
解得x1=-,
所以= =.
思维升华 解决直线与圆锥曲线问题的通法是联立方程,利用根与系数的关系,设而不求思想,弦长公式等简化计算;涉及中点弦问题时,也可用“点差法”求解.
跟踪演练3 (2017届百校大联考全国名校联盟联考)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,点P在椭圆C上, =,过点F1的直线l与椭圆C分别交于M,N两点.
(1)求椭圆C的方程及离心率;
(2)若△OMN的面积为,O为坐标原点,求直线l的方程.
解 (1)由题意得
解得a=,b=,c=1,
故所求椭圆的方程为+=1,离心率为e==.
(2)当直线MN与x轴垂直时, =,
此时S△MON=不符合题意,舍去;
当直线MN与x轴不垂直时,
设直线MN的方程为y=k,
由
消去y得x2+6k2x+3k2-6=0.
设M,N,
则x1+x2=,x1x2=,
所以=
=
==,
原点O到直线MN的距离为d=,
所以三角形的面积S△OMN=d
=××,
由S△OMN=,得k2=3,故k=±,
所以直线l的方程为y=或y=-.
真题体验
1.(2017·全国Ⅱ改编)若双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线被圆(x-2)2+y2=4所截得的弦长为2,则双曲线C的离心率为________.
答案 2
解析 设双曲线的一条渐近线方程为y=x,
圆的圆心为(2,0),半径为2,
由弦长为2,得圆心到渐近线的距离为=.
由点到直线的距离公式,得=,
解得b2=3a2.
所以双曲线C的离心率e====2.
2.(2017·全国Ⅱ改编)过抛物线C:y2=4x的焦点F,且斜率为的直线交C于点M(M在x轴上方),l为C的准线,点N在l上且MN⊥l,则M到直线NF的距离为________.
答案 2
解析 抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线方程为x
=-1.由直线方程的点斜式可得直线MF的方程为y=(x-1).
联立方程组
解得或
∵点M在x轴的上方,∴M(3,2).
∵MN⊥l,∴N(-1,2).
∴|NF|==4,
|MF|=|MN|=3-(-1)=4.
∴△MNF是边长为4的等边三角形.
∴点M到直线NF的距离为2.
3.(2017·全国Ⅲ)双曲线-=1(a>0)的一条渐近线方程为y=x,则a=________.
答案 5
解析 ∵双曲线的标准方程为-=1(a>0),
∴双曲线的渐近线方程为y=±x.
又双曲线的一条渐近线方程为y=x,∴a=5.
4.(2017·山东)在平面直角坐标系xOy中,双曲线-=1(a>0,b>0)的右支与焦点为F的抛物线x2=2py (p>0)交于A,B两点,若|AF|+|BF|=4|OF|,则该双曲线的渐近线方程为________.
答案 y=±x
解析 设A(x1,y1),B(x2,y2),
由得a2y2-2pb2y+a2b2=0,
∴y1+y2=.
又∵|AF|+|BF|=4|OF|,
∴y1++y2+=4×,即y1+y2=p,
∴=p,即=,∴=,
∴双曲线的渐近线方程为y=±x.
押题预测
1.(2017届江西师范大学附属中学模拟)已知F1,F2是双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过F2作双曲线一条渐近线的垂线,垂足为点A,交另一条渐近线于点B,且=,则该双曲线的离心率为( )
A. B.
C. D.2
押题依据 圆锥曲线的几何性质是圆锥曲线的灵魂,其中离心率、渐近线是高考命题的热点.
答案 A
解析 由F2到渐近线y=x的距离为d==b,即=b,则=3b.
在△AF2O中, =c,tan∠F2OA=, tan∠AOB==,化简可得a2=2b2,即c2=a2+b2=a2,即e==,故选A.
2.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,且点在该椭圆上.
(1)求椭圆C的方程;
(2)过椭圆C的左焦点F1的直线l与椭圆C相交于A,B两点,若△AOB的面积为,求圆心在原点O且与直线l相切的圆的方程.
押题依据 椭圆及其性质是历年高考的重点,直线与椭圆的位置关系中的弦长、中点等知识应给予充分关注.
解 (1)由题意可得e==,
又a2=b2+c2,
所以b2=a2.
因为椭圆C经过点,
所以+=1,
解得a=2,所以b2=3,
故椭圆C的方程为+=1.
(2)由(1)知F1(-1,0),设直线l的方程为x=ty-1,
由消去x,得(4+3t2)y2-6ty-9=0,
显然Δ>0恒成立,设A(x1,y1),B(x2,y2),
则y1+y2=,y1y2=-,
所以|y1-y2|=
==,
所以S△AOB=·|F1O|·|y1-y2|==,
化简得18t4-t2-17=0,
即(18t2+17)(t2-1)=0,
解得t=1,t=-(舍去).
又圆O的半径r==,
所以r=,故圆O的方程为x2+y2=.
A组 专题通关
1.(2017·天津)已知双曲线-=1(a>0,b>0)的右焦点为F,点A在双曲线的渐近线上,△OAF是边长为2的等边三角形(O为原点),则双曲线的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-y2=1 D.x2-=1
答案 D
解析 根据题意画出草图如图所示
.
由△AOF是边长为2的等边三角形,得∠AOF=60°,c=|OF|=2.
又点A在双曲线的渐近线y=x上,∴=tan 60°=.
又a2+b2=4,∴a=1,b=,
∴双曲线的方程为x2-=1.
故选D.
2.(2017届汕头模拟)若椭圆+=1上一点P与椭圆的两个焦点F1,F2的连线互相垂直,则△PF1F2的面积为( )
A.36 B.16
C.20 D.24
答案 B
解析 设=n,则m2+n2=4=80,即2-2mn=80.又m+n=2×6=12,∴mn=32,S△PF1F2=mn=16,故选B.
3. (2017届常德一模)已知抛物线C: y2=4x的焦点为F,过F的直线l交抛物线C于A,B两点,弦AB的中点M到抛物线C的准线的距离为5,则直线l的斜率为( )
A.± B.±1
C.± D.±
答案 C
解析 由题意知直线l的斜率存在且不为零,设直线l的方程为y=k,点A,B,
线段AB的中点为M.
由得k2x2-x+k2=0,
所以x1+x2=.
又因为弦AB的中点M到抛物线C的准线的距离为5,所以+=+1=5,
所以x1+x2==8,解得k2=,
所以k=±,故选C.
4.(2017·河南省豫北重点中学联考)如图, F1,F2是双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点,过F2的直线与双曲线C交于A,B两点,若∶|BF1|∶|AF1|=3∶4∶5,则双曲线的离心率为( )
A. B.3
C. D.2
答案 A
解析 设=3x,=5x,所以△ABF1是直角三角形.因为=2a,所以+2a=4x+2a, =x+2a.又=2a,即5x-x-2a=2a,解得x=a,又2+2=4c2,即2+2=4c2,即2+2=4c2,解得=13,即e=,故选A.
5.(2017·全国Ⅱ)已知F是抛物线C:y2=8x的焦点,M是C上一点,FM的延长线交y轴于点N.若M为FN的中点,则|FN|=________.
答案 6
解析 如图,不妨设点M位于第一象限内,抛物线C的准线交x轴于点A,过点M作准线的垂线,垂足为点B,交y轴于点P,
∴PM∥OF.
由题意知,F(2,0),
|FO|=|AO|=2.
∵点M为FN的中点,PM∥OF,
∴|MP|=|FO|=1.
又|BP|=|AO|=2,
∴|MB|=|MP|+|BP|=3.
由抛物线的定义知|MF|=|MB|=3,
故|FN|=2|MF|=6.
6.(2017届浙江省嘉兴市第一中学适应性考试)若双曲线-=1(a>0,b>0)的右焦点到渐近线的距离等于焦距的倍,则双曲线的离心率为________,如果双曲线上存在一点P到双曲线的左、右焦点的距离之差为4,则双曲线的虚轴长为________.
答案 2 4
解析 由右焦点到渐近线的距离等于焦距的倍可知,双曲线的渐近线y=x的倾斜角为,即=,所以e===2.因为a=2,从而b=a=2,
所以虚轴长为4.
7.(2017·泉州质检)椭圆C:+y2=1(a>1)的离心率为, F1,F2是C的两个焦点,过F1的直线l与C交于A,B两点,则的最大值为______.
答案 7
解析 因为离心率为,所以=⇒a=2,
由椭圆定义得++=4a=8,
即+=8-.
而由焦点弦性质知,当AB⊥x轴时,取最小值2×=1,因此的最大值为8-1=7.
8.一动圆与圆O1:(x+3)2+y2=1外切,与圆O2:(x-3)2+y2=81内切,则动圆圆心的轨迹方程为________________.
答案 +=1
解析 两定圆的圆心和半径分别是O1(-3,0),r1=1;
O2(3,0),r2=9.
设动圆圆心为M(x,y),半径为R,则由题设条件,
可得|MO1|=R+1,|O2M|=9-R.
∴|MO1|+|MO2|=10>|O1O2|=6.
由椭圆的定义知,点M在以O1,O2为焦点的椭圆上,
且2a=10,2c=6,∴b2=16.
∴动圆圆心的轨迹方程为+=1.
9.(2017届唐山模拟)已知椭圆Γ:+=1(a>b>0)经过点M,且离心率为.
(1)求椭圆Γ的方程;
(2)设点M在x轴上的射影为点N,过点N的直线l与椭圆Γ相交于A, B两点,且+3=0,求直线l的方程.
解 (1)由已知可得+=1, =,
解得a=2, b=1,
所以椭圆Γ的方程为+y2=1.
(2)由已知N的坐标为,
当直线l斜率为0时,直线l为x轴,易知+3=0不成立.
当直线l斜率不为0时,设直线l的方程为x=my+,
代入+y2=1,整理得y2+2my-1=0,
设A, B,则
y1+y2=, ①
y1y2=, ②
由+3=0,得y2=-3y1, ③
由①②③解得m=±.
所以直线l的方程为x=±y+,
即y=±.
10.如图所示,抛物线y2=4x的焦点为F,动点T(-1,m),过F作TF的垂线交抛物线于P,Q两点,弦PQ的中点为N.
(1)证明:线段NT平行于x轴(或在x轴上);
(2)若m>0且|NF|=|TF|,求m的值及点N的坐标.
(1)证明 易知抛物线的焦点为F(1,0),准线方程为x=-1,动点T(-1,m)在准线上,则kTF=-.
当m=0时,T为抛物线准线与x轴的交点,这时PQ为抛物线的通径,点N与焦点F重合,显然线段NT在x轴上.
当m≠0时,由条件知kPQ=,
所以直线PQ的方程为y=(x-1),
联立
得x2-(2+m2)x+1=0,
Δ=[-(2+m2)]2-4=m2(4+m2)>0,
设P(x1,y1),Q(x2,y2),
可知x1+x2=2+m2,y1+y2=(x1+x2-2)=2m.
所以弦PQ的中点N,又T(-1,m),
所以kNT=0,则NT平行于x轴.
综上可知,线段NT平行于x轴(或在x轴上).
(2)解 已知|NF|=|TF|,
在△TFN中,tan∠NTF==1⇒∠NTF=45°,
设A是准线与x轴的交点,则△TFA是等腰直角三角形,所以|TA|=|AF|=2,
又动点T(-1,m),其中m>0,则m=2.
因为∠NTF=45°,所以kPQ=tan 45°=1,
又焦点F(1,0),可得直线PQ的方程为y=x-1.
由m=2,得T(-1,2),由(1)知线段NT平行于x轴,
设N(x0,y0),则y0=2,代入y=x-1,得x0=3,
所以N(3,2).
B组 能力提高
11.(2017·长沙市长郡中学模拟)2000多年前,古希腊大数学家阿波罗尼奥斯(Apollonius)发现:平面截圆锥的截口曲线是圆锥曲线.已知圆锥的高为PH, AB为地面直径,顶角为2θ,那么不过顶点P的平面与PH夹角>a>θ时,截口曲线为椭圆;与PH夹角a=θ时,截口曲线为抛物线;与PH夹角θ>a>0时,截口曲线为双曲线.如图,底面内的直线AM⊥AB,过AM的平面截圆锥得到的曲线为椭圆,其中与PB的交点为C,可知AC为长轴.那么当C在线段PB上运动时,截口曲线的短轴端点的轨迹为( )
A.圆的部分 B.椭圆的部分
C.双曲线的部分 D.抛物线的部分
答案 D
解析 如图,因为对于给定的椭圆来说,短轴的端点Q到焦点F的距离等于半长轴a,但短轴的端点Q到直线AM的距离也是a,即说明短轴的端点Q到定点F的距离等于到定直线AM的距离,所以由抛物线的定义可知,短轴的端点的轨迹是抛物线的一部分,故选D.
12.已知椭圆M:+=1(a>b>0)的一个焦点为F,离心率为,过点F的动直线交M于A, B两点,若x轴上的点P使得∠APO=∠BPO总成立(O为坐标原点),则t等于( )
A.-2 B.2 C.- D.
答案 B
解析 在椭圆中c=1, e==,得a=,b=1,故椭圆的方程为+y2=1.设A, B,由题意可知,当直线斜率不存在时, t可以为任意实数;当直线斜率存在时,可设直线方程为y=k,联立方程组
得x2-4k2x+2k2-2=0,
∴x1+x2=, x1x2=,
使得∠APO=∠BPO总成立,即使得PF为∠APB的角平分线,
即直线PA和PB的斜率之和为0,
即+=0, ①
由y1=k(x1-1), y2=k,
代入①整理得2x1x2-+2t=0,
由根与系数的关系,可得-+2t=0,
化简可得t=2,故选B.
13.(2017·武汉调研)已知直线MN过椭圆+y2=1的左焦点F,与椭圆交于M,N两点,直线PQ过原点O与MN平行,且与椭圆交于P,Q两点,则=________.
答案 2
解析 方法一 特殊化,设MN⊥x轴,则===,2=4, ==2.
方法二 由题意知F(-1,0),当直线MN的斜率不存在时,|MN|==,|PQ|=2b=2,则=2;当直线MN的斜率存在时,设直线MN的斜率为k,
则MN方程为y=k(x+1),M(x1,y1),N(x2,y2),
联立方程
整理得(2k2+1)x2+4k2x+2k2-2=0.
由根与系数的关系,得
x1+x2=-,x1x2=,
则|MN|=·
=.
直线PQ的方程为y=kx,P(x3,y3),Q(x4,y4),
则解得x2=,y2=,
则|OP|2=x2+y2=,又|PQ|=2|OP|,
所以|PQ|2=4|OP|2=,∴=2.
14.(2017·天津)已知椭圆+=1(a>b>0)的左焦点为F(-c,0),右顶点为A,点E的坐标为(0,c),△EFA的面积为.
(1)求椭圆的离心率;
(2)设点Q在线段AE上,|FQ|=,延长线段FQ与椭圆交于点P,点M,N在x轴上,PM∥QN,且直线PM与直线QN间的距离为c,四边形PQNM的面积为3c.
①求直线FP的斜率;
②求椭圆的方程.
解 (1)设椭圆的离心率为e.
由已知可得(c+a)c=.
又由b2=a2-c2,可得2c2+ac-a2=0,
即2e2+e-1=0,解得e=-1或e=.
又因为00),则直线FP的斜率为.
由(1)知a=2c,可得直线AE的方程为+=1,
即x+2y-2c=0.与直线FP的方程联立,
可得x=,y=,
即点Q的坐标为.
由已知|FQ|=,
有2+2=2,
整理得3m2-4m=0,所以m=(m=0舍去),
即直线FP的斜率为.
②由a=2c,可得b=c,
故椭圆方程可以表示为+=1.
由①得直线FP的方程为3x-4y+3c=0,与椭圆方程联立得
消去y,整理得7x2+6cx-13c2=0,
解得x=-(舍去)或x=c.因此可得点P,
进而可得|FP|= =,
所以|PQ|=|FP|-|FQ|=-=c.
由已知,线段PQ的长即为PM与QN这两条平行直线间的距离,故直线PM和QN都垂直于直线FP.
因为QN⊥FP,
所以|QN|=|FQ|·tan∠QFN=×=,
所以△FQN的面积为|FQ||QN|=.
同理△FPM的面积等于.
由四边形PQNM的面积为3c,得-=3c,
整理得c2=2c.又由c>0,得c=2.
所以椭圆的方程为+=1.