第十五讲椭圆、双曲线、抛物线
命题要点:(1)椭圆、双曲线、抛物线的定义;(2)椭圆、双曲线、抛物线的标准方程及简单的几何性质;
命题趋势:高考主要考查椭圆、双曲线的基础知识,如椭圆、双曲线的标准方程、离心率等问题,直线与椭圆、双曲线的位置关系,以及双曲线的渐近线方程等,这类问题多以选择、填空题的形式出现,难度不大;而抛物线则是高考考查的重点,主要考查抛物线的标准方程和几何性质等基础知识、基本技能和基本方法,考查直线与抛物线的位置关系以及相关的参数取值范围。与不等式、导数、函数、向量等知识相结合,计算量大、难度也大,常处于压轴题的位置。
方法总结
椭圆:(1)定义法:根据椭圆定义,确定a2、b2的值,再结合焦点位置,直接写出椭圆方程.
(2)待定系数法:根据椭圆焦点是在x轴还是y轴上,设出相应形式的标准方程,然后根据条件确定关于a、b、c的方程组,解出a2、b2,从而写出椭圆的标准方程.
双曲线:(1)定义法:由题目条件判断出动点轨迹是双曲线,由双曲线定义,确定2a、2b或2c,从而求出a2、b2,写出双曲线方程.
(2)待定系数法:先确定焦点是在x轴上还是在y轴上,设出标准方程,再由条件确定a2、b2的值,即“先定型,再定量”;如果焦点位置不好确定,可将双曲线方程设为-=λ(λ≠0),再根据条件求λ的值.
抛物线:(1)定义法:根据条件确定动点满足的几何特征,从而确定p的值,得到抛物线的标准方程.
(2)待定系数法:根据条件设出标准方程,再确定参数p的值,这里要注意抛物线标准方程有四种形式.从简单化角度出发,焦点在x轴的,设为y2=ax(a≠0),焦点在y轴的,设为x2=by(b≠0).
题型分析:
类型一 椭圆
1.定义式:|PF1|+|PF2|=2a(2a>|F1F2|).
2.标准方程:焦点在x轴上:+=1(a>b>0);
焦点在y轴上:+=1(a>b>0);
焦点不确定:mx2+ny2=1(m>0,n>0).
3.离心率:e==<1.
4.过焦点垂直于对称轴的弦长即通径长为.
[例1] (2012年高考安徽卷)如图,点F1(-c,0),F2(c,0)分别是椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点,过点F1作x轴的垂线交椭圆C的上半部分于点P,过点F2作直线PF2的垂线交直线x=于点Q.
(1)如果点Q的坐标是(4,4),求此时椭圆C的方程;
(2)证明:直线PQ与椭圆C只有一个交点.
[解析] 解法一 由条件知,P(-c,),故直线PF2的斜率为kPF2==-.
因为PF2⊥F2Q,所以直线F2Q的方程为
y=x-,
故Q(,2a).
由题设知,=4,2a=4,解得a=2,c=1.
故椭圆方程为+=1.
解法二 设直线x=与x轴交于点M.由条件知,P(-c,).
因为△PF1F2∽△F2MQ,所以=,
即=,解得|MQ|=2a.
所以解得
故椭圆方程为+=1.
(2)证明:直线PQ的方程为=,
即y=x+a.
将上式代入+=1得x2+2cx+c2=0,
解得x=-c,y=.
所以直线PQ与椭圆C只有一个交点.
跟踪训练
1.已知圆M:x2+y2+2mx-3=0(m<0)的半径为2,椭圆C:+=1的左焦点为F(-c,0),若垂直于x轴且经过F点的直线l与圆M相切,则a的值为( )
A. B.1 C.2 D.4
解析:圆M的方程可化为(x+m)2+y2=3+m2,则由题意得m2+3=4,即m2=1(m<0),∴m=-1,则圆心M的坐标为(1,0).由题意知直线l的方程为x=-c,又∵直线l与圆M相切,∴c=1,∴a2-3=1,∴a=2.
答案:C
2.(2012年山东师大附中一测)点P是椭圆+=1上一点,F1、F2分别是椭圆的左、右焦点,且△PF1F2的内切圆半径为1,当P点在第一象限时,P点的纵坐标为( )
A. B. C. D.
解析:由题意知,|PF1|+|PF2|=10,|F1F2|=6,设点P的纵坐标为yp,由题意易知S△PF1F2=(|PF1|+|PF2|+|F1F2|)×1=|F1F2|·yp,所以yp=+1=.
答案:A
类型二 双曲线
1.定义式:||PF1|-|PF2||=2a(2a<|F1F2|).
2.标准方程
焦点在x轴上:-=1(a>0,b>0),
焦点在y轴上:-=1(a>0,b>0),
焦点不明确:mx2+ny2=1(mn<0).
3.离心率与渐近线问题
(1)焦点到渐近线的距离为b;
(2)e== >1,
注意:若a>b>0,则1
若a=b>0,则e=,
若b>a>0,则e>.;
(3)焦点在x轴上,渐近线的斜率k=±,
焦点在y轴上,渐近线的斜率k=±;
(4)与-=1共渐近线的双曲线方程可设为
-=λ(λ≠0).
[例2] (1)(2012年高考湖南卷)已知双曲线C:-=1的焦距为10,点P(2,1)在C的渐近线上,则C的方程为( )
A.-=1 B.-=1 C.-=1 D.-=1
(2)(2012年高考江苏卷)在平面直角坐标系xOy中,若双曲线-=1的离心率为,则m的值为________.
[解析] (1)根据双曲线标准方程中系数之间的关系求解.
∵双曲线-=1的焦距为10,
∴c=5= .①
又双曲线渐近线方程为y=±x,且P(2,1)在渐近线上,
∴=1,即a=2b.②
由①②解得a=2,b=,故应选A.
(2)建立关于m的方程.
∵c2=m+m2+4,∴e2===5,
∴m2-4m+4=0,∴m=2.
[答案] (1)A (2)2
跟踪训练
1.(2012年合肥模拟)过双曲线-=1(a>0,b>0)的右焦点F,作圆x2+y2=a2的切线FM交y轴于点P,切圆于点M, ,则双曲线的离心率是( )
A. B.
C.2 D.
解析:由已知条件知,点M为直角三角形OFP斜边PF的中点,故OF=OM,即c=a,所以双曲线的离心率为.
答案:A
2.已知双曲线-=1的左、右焦点分别为F1、F2,过点F2作与x轴垂直的直线与双曲线一个交点为P,且∠PF1F2=,则双曲线的渐近线方程为__________________.
解析:根据已知得点P的坐标为(c,±),则|PF2|=,又∠PF1F2=,则|PF1|=,故-=2a,所以=2,=,所以该双曲线的渐近线方程为y=±x.
答案:y=±x
类型三 抛物线
1.定义式:|PF|=d.
2.根据焦点及开口确定标准方程.注意p>0时才有几何意义,即焦点到准线的距离.
3.直线l过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F,交抛物线于A、B两点,则有:
(1)通径的长为2p;
(2)焦点弦公式:|AB|=x1+x2+p=;
(3)x1x2=,y1y2=-p2;
(4)以焦点弦为直径的圆与抛物线的准线相切;
(5)+=.
[例3] (2012年高考福建卷)如图,等边三角形OAB的边长为8,且其三个顶点均在抛物线E:x2=2py(p>0)上.
(1)求抛物线E的方程;
(2)设动直线l与抛物线E相切于点P,与直线y=-1相交于点Q,证明以PQ为直径的圆恒过y轴上某定点.
[解析] (1)依题意,|OB|=8,∠BOy=30°.
设B(x,y),则x=|OB|sin 30°=4,
y=|OB|cos 30°=12.
因为点B(4,12)在x2=2py上,
所以(4)2=2p×12,解得p=2.
故抛物线E的方程为x2=4y.
(2)证明:证法一 由(1)知y=x2,y′=x.
设P(x0,y0),则x0≠0,y0=x,且l的方程为
y-y0=x0(x-x0),即y=x0x-x.
由得
所以Q为(,-1).
设M(0,y1),令=0对满足y0=x(x0≠0)的x0,y0恒成立.
由于=(x0,y0-y1),=(,-1-y1),
由=0,得-y0-y0y1+y1+y=0,
即(y+y1-2)+(1-y1)y0=0. (*)
由于(*)式对满足y0=x(x0≠0)的y0恒成立,
所以
解得y1=1.
故以PQ为直径的圆恒过y轴上的定点M(0,1).
证法二 由(1)知y=x2,y′=x.设P(x0,y0),则x0≠0,y0=x,且l的方程为y-y0=x0(x-x0),即y=x0x-x.
由,得
所以Q为(,-1).
取x0=2,此时P(2,1),Q(0,-1),以PQ为直径的圆为(x-1)2+y2=2,交y轴于点M1(0,1)、M2(0,-1);取x0=1,此时P(1,),Q(-,-1),以PQ为直径的圆为(x+)2+(y+)2=,交y轴于点M3(0,1)、M4(0,-).
故若满足条件的点M存在,只能是M(0,1).
以下证明点M(0,1)就是所要求的点.
因为=(x0,y0-1),=(,-2),
所以=-2y0+2
=2y0-2-2y0+2=0.
故以PQ为直径的圆恒过y轴上的定点M(0,1).
跟踪训练
(2012年郑州模拟)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,则此抛物线的方程为( )
A.y2=9x B.y2=6x C.y2=3x D.y2=x
解析:过点B作准线的垂线,垂足为B1,记准线与x轴的交点为F1,则依题意得==,所以|BB1|=|FF1|=,由抛物线的定义得|BF|=|BB1|=.令A(x1,y1)、B(x2,y2),依题意知F(,0),可设直线l的方程为y=k(x-).
联立方程,消去y得k2x2-p(k2+2)x+=0,则x1+x2=,x1·x2=.又由抛物线的定义知|AF|=x1+,|BF|=x2+,则可得+=,于是有+=,解得2p=3,所以此抛物线的方程是y2=3x,选C.
答案:C
析典题(预测高考)
高考真题
【真题】 (2012年高考陕西卷)已知椭圆C1:+y2=1,椭圆C2以C1的长轴为短轴,且与C1有相同的离心率.
(1)求椭圆C2的方程;
(2)设O为坐标原点,点A,B分别在椭圆C1和C2上,,求直线AB的方程.
【解析】 (1)由已知可设椭圆C2的方程为
+=1(a>2),
其离心率为,故=,解得a=4.
故椭圆C2的方程为+=1.
(2)解法一 A,B两点的坐标分别记为(xA,yA),(xB,yB),
由及(1)知,O,A,B三点共线且点A,B不在y轴上,
因此可设直线AB的方程为y=kx.
将y=kx代入+y2=1中,得(1+4k2)x2=4,
所以x=.
将y=kx代入+=1中,得(4+k2)x2=16,
所以x=.
又由,得x=4x,即=,
解得k=±1.故直线AB的方程为y=x或y=-x.
解法二 A,B两点的坐标分别记为(xA,yA),(xB,yB),
由 及(1)知,O,A,B三点共线且点A,B不在y轴上,
因此可设直线AB的方程为y=kx.
将y=kx代入+y2=1中,得(1+4k2)x2=4,
所以x=.
由,得x=,y=.
将x,y代入+=1中,得=1,
即4+k2=1+4k2,
解得k=±1.故直线AB的方程为y=x或y=-x.
【名师点睛】 本题主要考查椭圆的简单性质及直线与椭圆的位置关系的应用.考查化归思想及运算求解能力.难度中上.本题(2)中=2的作用是:一是说明直线AB过原点可设出直线AB的方程.二是利用向量知识可得A、B点之间横坐标的关系以便建立方程求斜率k.
考情展望
高考对椭圆、双曲线、抛物线的考查,各种题型都有.选择、填空中主要考查这三种圆锥曲线的定义及几何性质与应用.解答题中着重考查直线与椭圆、直线与抛物线的位置关系,涉及方程求法、范围、最值、定点、定值的探索与证明问题等内容.难度中上.
名师押题
【押题】已知抛物线C:y2=2px(p>0)的准线为l,焦点为F,圆M的圆心在x轴的正半轴上,圆M与y轴相切,过原点O作倾斜角为的直线n,交直线l于点A,交圆M于不同的两点O、B,且|AO|=|BO|=2.
(1)求圆M和抛物线C的方程;
(2)若P为抛物线C上的动点,求的最小值;
(3)过直线l上的动点Q向圆M作切线,切点分别为S、T,求证:直线ST恒过一个定点,并求该定点的坐标.
【解析】 (1)易得B(1,),A(-1,-),设圆M的方程为(x-a)2+y2=a2(a>0),
将点B(1,)代入圆M的方程得a=2,所以圆M的方程为(x-2)2+y2=4,因为点A(-1,-)在准线l上,所以=1,p=2,所以抛物线C的方程为y2=4x.
(2)由(1)得,M(2,0),F(1,0),设点P(x,y),则=(2-x,-y),=(1-x,-y),又点P在抛物线y2=4x上,所以=(2-x)(-x)+y2=x2-3x+2+4x=x2+x+2,因为x≥0,所以≥2,即的最小值为2.
(3)设点Q(-1,m),则|QS|=|QT|=,以Q为圆心, 为半径的圆的方程为(x+1)2+(y-m)2=m2+5,即x2+y2+2x-2my-4=0①
又圆M的方程为(x-2)2+y2=4,
即x2+y2-4x=0②
由①②两式相减即得直线ST的方程:3x-my-2=0,
显然直线ST恒过定点(,0).
经典作业;
一、选择题:本大题共6小题,每小题5分,共30分.在每小题给出的四个选项中,选出符合题目要求的一项填在答题卡上.
1.(2011·辽宁)已知F是抛物线y2=x的焦点,A,B是抛物线上的两点,|AF|+|BF|=3,则线段AB的中点M到y轴的距离为( )
A. B.1
C. D.
解析:利用抛物线定义
A到准线距离|AA′|,B到准线距离|BB′|,
且|AA′|+|BB′|=3,
AB中点M到y轴距离d=-=.
答案:C
2.(2011·湖北)将两个顶点在抛物线y2=2px(p>0)上,另一个顶点是此抛物线焦点的正三角形个数记为n,则( )
A.n=0 B.n=1
C.n=2 D.n≥3
解析:如图所示.
答案:C
3.(2011·全国Ⅱ)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.-
解析:由得:y2-2y-8=0, y1=4,y2=-2.
则A(4,4),B(1,-2),F(1,0)
|AF|==5,
|BF|==2
|AB|==3
cos∠AFB==
=-.
答案:D
4.(2011·浙江)已知椭圆C1:+=1(a>b>0)与双曲线C2:x2-=1有公共的焦点,C2的一条渐近线与以C1的长轴为直径的圆相交于A,B两点.若C1恰好将线段AB三等分,则( )
A.a2= B.a2=13
C.b2= D.b2=2
解析:依题意:a2-b2=5,
令椭圆+=1,
如图可知MN=AB,
∴=,
由
∴x=,
由∴x=,
∴==,
∴又a2=b2+5,
∴9b2=b2+4,∴b2=.
答案:C
5.(2011·福建)设圆锥曲线的两个焦点分别为F1,F2,若曲线上存在点P满足|PF1|:|F1F2|:|PF2|=4:3:2,则曲线的离心率等于( )
A.或 B.或2
C.或2 D.或
解析:∵|PF1|:|F1F2|:|PF2|=4:3:2,
∴|PF1|=|F1F2|,|PF2|=|F1F2|
则若|PF1|+|PF2|=|F1F2|+|F1F2|=2|F1F2|>|F1F2|,
知P点在椭圆上,2a=4c,∴a=2c,∴e=.
若|PF1|-|PF2|=|F1F2|-|F1F2|=|F1F2|<|F1F2|,
知P点在双曲线上,2a=c,∴=,∴e=.
答案:A
6.(2011·邹城一中5月模拟)设F1,F2是双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右两个焦点,若双曲线右支上存在一点P,使(+)·=0(O为坐标原点),且|PF1|=|PF2|,则双曲线的离心率为( )
A. B.+1
C. D.+1
解析:∵(+)·=0,
∴OB⊥PF2且B为PF2的中点,
又O是F1F2的中点
∴OB∥PF1,∴PF1⊥PF2.
则
整理,可得(-1)c=2a,
∴e==+1.
答案:D
二、填空题:本大题共4小题,每小题5分,共20分,把答案填在题中横线上.
7.(2011·江西)若椭圆+=1的焦点在x轴上,过点作圆x2+y2=1的切线,切点分别为A,B,直线AB恰好经过椭圆的右焦点和上顶点,则椭圆方程是________.
解析:可知其中一个切点(1,0)为椭圆的右焦点,∴c=1.
两切点的连线AB被OP垂直平分,∴所求直线OP斜率kOP=.∴kAB=-2,
∴直线AB:y-0=-2(x-1)
∴y=-2x+2,∴上顶点坐标为(0,2).
∴b=2,a2=b2+c2=5
∴椭圆方程+=1.
答案:+=1
8.(2011·课标)在平面直角坐标系xOy中,椭圆C的中心在原点,焦点F1,F2在x轴上,离心率为,过F1的直线l交C于A,B两点,且△ABF2的周长为16,那么C的方程为________.
解析:由已知4a=16,a=4,又e==,
∴c=2,
∴b2=a2-c2=8,∴椭圆方程为+=1.
答案:+=1
9.(2011·浙江)设F1,F2分别为椭圆+y2=1的左、右焦点,点A,B在椭圆上,若=5,则点A的坐标是____________.
解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),
∵F1(-,0),F2(,0),
∵=(x1+,y1),=(x2-,y2),
∴(x1+,y1)=5(x1-,y2),
∵?,
又∵点A,B都在椭圆上,
∴+y=1,
+y=1,
∴+(5y2)2=1,
∴+25y=1,
∴25-20x2+24=1,
∴25-20x2+24=1,
∴x2=,∴x1=5x2-6=0,
∴把x1=0代入椭圆方程得y=1,∴y1=±1,
∴点A(0,±1).
答案:(0,±1)
10.(2011·全国)已知F1、F2分别为双曲线C:-=1的左、右焦点,点A∈C,点M的坐标为(2,0),AM为∠F1AF2的角平分线,则|AF2|=________.
解析:如图所示,
由角平分线定理知:=,
∵点M为(2,0),
∴点A在双曲线的右支上,
∵F1(-6,0),F2(6,0),a=3,
∴|F1M|=8,|F2M|=4,
∴==2, ①
又由双曲线定义知|AF1|-|AF2|=2a=6, ②
由①②解得|AF2|=6.
答案:6
三、解答题:本大题共4小题,共50分.解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤.
11.(12分)(2011·江西)P(x0,y0)(x0≠±a)是双曲线E:-=1(a>0,b>0)上一点,M、N分别是双曲线E的左、右顶点,直线PM,PN的斜率之积为.
(1)求双曲线的离心率;
(2)过双曲线E的右焦点且斜率为1的直线交双曲线于A,B两点,O为坐标原点,C为双曲线上一点,满足=λ+,求λ的值.
解:(1)点P(x0,y0)(x0≠±a)在双曲线-=1上,有-=1,
由题意又有·=,可得a2=5b2,c2=a2+b2=6b2,则e==.
(2)联立,得4x2-10cx+35b2=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2)
则①
设=(x3,y3),=λ+,即
又C为双曲线上一点,即x-5y=5b2,有(λx1+x2)2-5(λy1+y2)2=5b2
化简得:λ2(x-5y)+(x-5y)+2λ(x1x2-5y1y2)=5b2
又A(x1,y1),B(x2,y2)在双曲线上,
所以x-5y=5b2,x-5y=5b2
由①式又有x1x2-5y1y2=x1x2-5(x1-c)(x2-c)=-4x1x2+5c(x1+x2)-5c2=10b2
得λ2+4λ=0,解出λ=0或λ=-4.
12.(13分)(2011·辽宁)如图,已知椭圆C1的中心在原点O,长轴左、右端点M,N在x轴上,椭圆C2的短轴为MN,且C1,C2的离心率都为e.直线l⊥MN,l与C1交于两点,与C2交于两点,这四点按纵坐标从大到小依次为A,B,C,D.
(1)设e=,求|BC|与|AD|的比值;
(2)当e变化时,是否存在直线l,使得BO∥AN,并说明理由.
解:(1)因为C1,C2的离心率相同,故依题意可设
C1:+=1,C2:+=1(a>b>0).
设直线l:x=t(|t|当e=时,b=a,分别用yA,yB表示A,B的纵坐标,可知
|BC|:|AD|===.
(2)t=0时的l不符合题意,t≠0时,BO∥AN当且仅当BO的斜率kBO与AN的斜率kAN相等时成立,
即=,
解得t=-=-·a
因为|t|所以当0当13(12分)?(2010·福建)已知抛物线C:y2=2px(p>0)过点A(1,-2).
(1)求抛物线C的方程,并求其准线方程;
(2)是否存在平行于OA(O为坐标原点)的直线l,使得直线l与抛物线C有公共点,且直线OA与l的距离等于?若存在,求出直线l的方程;若不存在,说明理由.
实录 (1)将点A(1,-2)代入y2=2px,得p=2,故所求抛物线C的方程为y2=4x,
其准线方程为x=-1.
错因 遗漏判别式的应用.(2)假设存在直线l,设l:y=-2x+t,
由直线OA与l的距离d=,
得=,解得t=±1.
故符合题意的直线l存在,其方程为2x+y-1=0或2x+y+1=0.
正解 (1)将(1,-2)代入y2=2px,得(-2)2=2p·1,
所以p=2.
故所求的抛物线C的方程为y2=4x,其准线方程为x=-1.
(2)假设存在符合题意的直线l,其方程为y=-2x+t,
由得y2+2y-2t=0.
因为直线l与抛物线C有公共点,
所以Δ=4+8t≥0,解得t≥-.
另一方面,由直线OA与l的距离d=,
可得=,解得t=±1.
因为-1?,1∈,
所以符合题意的直线l存在,其方程为2x+y-1=0.
14.(13分)?(2011·江西)已知过抛物线y2=2px(p>0)的焦点,斜率为2的直线交抛物线于A(x1,y1),B(x2,y2)(x1<x2)两点,且|AB|=9.
(1)求该抛物线的方程;
(2)O为坐标原点,C为抛物线上一点,若=+λ,求λ的值.
[审题视点] (1)联立方程,利用焦点弦公式求解;(2)先求出A、B坐标,利用关系式表示出点C坐标,再利用点C在抛物线上求解.
解 (1)直线AB的方程是y=2,与y2=2px联立,从而有4x2-5px+p2=0,所以x1+x2=,
由抛物线定义得:|AB|=x1+x2+p=9,
所以p=4,从而抛物线方程是y2=8x.
(2)由p=4,4x2-5px+p2=0可简化为x2-5x+4=0,
从而x1=1,x2=4,y1=-2,y2=4,
从而A(1,-2),B(4,4);
设=(x3,y3)=(1,-2)+λ(4,4)=(4λ+1,4λ-2),
又y=8x3,即[2(2λ-1)]2=8(4λ+1),
即(2λ-1)2=4λ+1,解得λ=0,或λ=2.