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定点问题
【题型一】直线恒过定点问题的四种解法:
找k与b的关系(首选):先设出所证直线方程的斜截式,即,再通过题中的条件找到 与 的函数关系(即),再带入直线方程中,转化为只含一个未知数 (斜率)的方程,即可找到定点。
根据两点求直线方程法:分别把直线上两个点坐标求出来,用含有单一变量的参数k(斜率)表示出点坐标,然后根据点斜式写出直线方程,方程中由于只含一个参数,那么就可以找到定点。
求定点坐标法(必须有对称轴):主要是结合图像的对称性,定点都会在圆锥曲线的对称轴上,若发现定点为x轴上的点,则设出定点坐标再根据题中条件求出 的值,即可找到定点,
4. 找特殊点法:根据动直线的特殊情况,求出定点坐标。然后再去再证明,过该定点的所有直线都成立。
方法一:找k与b的关系
【例1】设分别是椭圆:,的左 右焦点,设是椭圆的上顶点,过任作两条互相垂直的直线分别交椭圆于两点,证明直线过定点,并求出定点坐标.
【详解】设直线的方程为,
联立可得,所以,
又,
,
化简整理有,得或.
当时,直线经过点,不满足题意;.当时满足方程中,
故直线经过轴上定点.
变式1 如图,已知椭圆上顶点为,右焦点为,直线与圆相切,其中.
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)不过点的动直线与椭圆相交于,两点,且,证明:动直线过定点,并且求出该定点坐标.
变式2已知椭圆上,右顶点为,若点,是椭圆上不同的两点(均异于)且满足直线与斜率之积为.试判断直线是否过定点,若是,求出定点坐标,若不是,说明理由.
方法二:求直线方程法
【例2】已知A、B分别为椭圆E:的左、右顶点,P为直线x=6上的动点,PA与E的另一交点为C,PB与E的另一交点为D.证明:直线CD过定点.
【详解】解法一:设,则直线的方程为:,即:
联立直线的方程与椭圆方程可得:,
整理得:,解得:或
将代入直线可得:,所以点的坐标为.
同理可得:点的坐标为
当时,直线的方程为:,
整理可得:
整理得:,所以直线过定点.
当时,直线:,直线过点.故直线CD过定点.
解法二:找(2)设.
若,设直线的方程为,由题意可知.
由于直线的方程为,所以.
直线的方程为,所以,可得.
由于,故,可得,
即.①
将代入得.,所以.
代入①式得.,解得(舍去),.
故直线的方程为,即直线过定点.,若,则直线的方程为,过点.
综上,直线过定点.
变式3 在平面直角坐标系中,椭圆C的方程为,设椭圆C的左、右顶点分别为A,B,点P,Q为椭圆上异于A,B的两动点,记直线的斜率为,直线的斜率为,已知.求证:直线恒过x轴上一定点.
变式4 已知双曲线C:的右焦点,过点作双曲线的两条互相垂直的弦,,设,的中点分别为,.证明:直线必过定点,并求出此定点的坐标.
方法三:求定点坐标(基于图形的对称性)
【例3】已知椭圆的标准方程为,过点.右焦点为,设过与轴垂直的直线为,纵坐标不为的点为上一动点,过作直线的垂线交于点,证明:直线过定点.
【详解】由对称性可知,若直线过定点,则点必在轴上,设点,
设点,则,所以,直线的垂线的斜率为,
故直线的方程为,
在直线的方程中,令,可得,即点,
所以,直线的方程为,
因为点在直线上,所以,,即,①
又因为,所以,,②
将②代入①可得,即,
,则,所以,直线过定点.
变式5 已知椭圆的方程为,设,、是椭圆上关于轴对称的任意两点,连接交椭圆于另一点,求直线的斜率范围,并证明直线与轴相交于定点.
变式6 已知椭圆,过的直线与椭圆相交于,两点,且与轴相交于点.设关于轴的对称点为,证明:直线过轴上的定点.
方法四:找特殊点
【例4】已知椭圆E:,设过点的直线交E于M,N两点,过M且平行于x轴的直线与线段AB交于点T,点H满足.证明:直线HN过定点.
【详解】,所以,
①若过点的直线斜率不存在,直线.代入,
可得,,代入AB方程,可得
,由得到.求得HN方程:,过点.
②若过点的直线斜率存在,设.
联立得,
可得,,且
联立可得
可求得此时,
将,代入整理得,
将代入,得
显然成立,综上,可得直线HN过定点
【题型二】圆恒过定点
【例5】已知椭圆C:,已知圆的切线与椭圆相交于、两点,那么以为直径的圆是否经过定点,如果是,求出定点的坐标,如果不是,请说明理由.
【详解】(1)当直线的斜率不存在时,因为直线与圆相切,故其中的一条切线方程为.
由,可得,,则以为直径的圆的方程为.
(2)当直线的斜率为零时,因为直线与圆相切,所以其中的一条切线方程为.
由,可得,,则以为直径的圆的方程为.
显然以上两圆都经过点.
(3)当直线的斜率存在且不为零时,设直线的方程为.
联立消去,得,
设,,,,则,.
所以.所以①,
因为直线和圆相切,所以圆心到直线的距离,整理,得,②
将②代入①,得,显然以为直径的圆经过定点,
综上可知,以为直径的圆过定点.
变式7 抛物线的方程为,过焦点任作一直线与曲线交于,两点,直线,与直线别交于点,为坐标原点).试判断以线段为直径的圆是否经过点?请说明理由.
变式8 已知椭圆C:,如图,椭圆左顶点为,过原点的直线(与坐标轴不重合)与椭圆交于,两点,直线,分别与轴交于,两点.试问:以为直径的圆是否经过定点(与直线的斜率无关)?请证明你的结论.
课后作业
1.已知双曲线的方程为,设斜率分别为,的两条直线,均经过点,且直线,与双曲线分别交于,两点,异于点,若,试判断直线是否经过定点,若存在定点,求出该定点坐标;若不存在,说明理由.
平面直角坐标系中,椭圆,抛物线的焦点是椭圆的一个顶点.设直线不经过,且与相交于,两点,若直线与的斜率之和为,证明:过定点.
椭圆C:的左、右焦点分别为、,右顶点为,若直线与椭圆相交于、两点、不是左右顶点),且以为直径的圆过点.求证:直线过定点,并求出该定点的坐标.
已知椭圆:,若点为椭圆上异于,的任意一点,过原点且与直线平行的直线与直线交于点,直线与直线交于点,试判断以线段为直径的圆是否过定点?若过定点,求出定点的坐标;若不过定点,请说明理由.
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圆锥曲线定点
一、直线恒过定点问题的四种解法:
找k与b的关系(首选):先设出所证直线方程的斜截式,即,再通过题中的条件找到 与 的函数关系(即),再带入直线方程中,转化为只含一个未知数 (斜率)的方程,即可找到定点。
根据两点求直线方程法:分别把直线上两个点坐标求出来,用含有单一变量的参数k(斜率)表示出点坐标,然后根据点斜式写出直线方程,方程中由于只含一个参数,那么就可以找到定点。
求定点坐标法(必须有对称轴):主要是结合图像的对称性,定点都会在圆锥曲线的对称轴上,若发现定点为x轴上的点,则设出定点坐标再根据题中条件求出 的值,即可找到定点,
4. 找特殊点法:根据动直线的特殊情况,求出定点坐标。然后再去再证明,过该定点的所有直线都成立。
方法一:找k与b的关系
【例1】设分别是椭圆的左 右焦点,是上一点,与轴垂直.直线与的另一个交点为,且直线的斜率为.
(1)求椭圆的离心率;
(2)设是椭圆的上顶点,过任作两条互相垂直的直线分别交椭圆于两点,证明直线过定点,并求出定点坐标.
(1)由题意知,点在第一象限,是上一点且与轴垂直,
的横坐标为.当时,,即.
又直线的斜率为,所以,
即,即
则,解得或(舍去),
即.
(2)解:已知是椭圆的上顶点,则,
由(1)知,解得,
所以,椭圆的方程为,
设直线的方程为,
联立可得,
所以,
又,
,
化简整理有,得或.
当时,直线经过点,不满足题意;.
当时满足方程中,
故直线经过轴上定点.
变式1如图,已知椭圆上顶点为,右焦点为,直线与圆相切,其中.
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)不过点的动直线与椭圆相交于,两点,且,证明:动直线过定点,并且求出该定点坐标.
【详解】(Ⅰ)椭圆上顶点为,右焦点为,,
则直线的方程为,圆的圆心为,半径为,
由直线和圆相切的条件可得,解得(负的舍去),则椭圆的方程为;
(Ⅱ)证明:,从而直线与坐标轴不垂直,
由,可设直线的方程为,得到直线的方程为,
将代入椭圆的方程中,并整理得,解得或,
可得的坐标为,,即,,
将上式中的换成,同理可得,,则直线的斜率为,
所以直线的方程为,整理得直线的方程为,
则直线过定点.
变式2已知椭圆上,右顶点为,若点,是椭圆上不同的两点(均异于)且满足直线与斜率之积为.试判断直线是否过定点,若是,求出定点坐标,若不是,说明理由.
【详解】由题意,直线的斜率存在,可设直线的方程为(),,,.
联立得.
.∴,,
∵直线与直线斜率之积为.∴,
∴. 化简得,
∴, 化简得,解得或.
当时,直线方程为,过定点.代入判别式大于零中,解得().
当时,直线的方程为,过定点,不符合题意.
综上所述:直线过定点.
方法二:求直线方程法
【例2】已知A、B分别为椭圆E:的左、右顶点,P为直线x=6上的动点,PA与E的另一交点为C,PB与E的另一交点为D.证明:直线CD过定点.
【详解】解法一:设,则直线的方程为:,即:
联立直线的方程与椭圆方程可得:,整理得:
,解得:或
将代入直线可得:,所以点的坐标为.
同理可得:点的坐标为
当时,直线的方程为:,
整理可得:
整理得:,所以直线过定点.
当时,直线:,直线过点.
故直线CD过定点.
解法二:找(2)设.
若,设直线的方程为,由题意可知.
由于直线的方程为,所以.
直线的方程为,所以,可得.
由于,故,可得,
即.①
将代入得.,所以.
代入①式得.,解得(舍去),.
故直线的方程为,即直线过定点.,若,则直线的方程为,过点.
综上,直线过定点.
变式3 在平面直角坐标系中,椭圆C的方程为,设椭圆C的左、右顶点分别为A,B,点P,Q为椭圆上异于A,B的两动点,记直线的斜率为,直线的斜率为,已知.求证:直线恒过x轴上一定点.
【详解】依题意,点,设,
因为若直线的斜率为0,则点P,Q关于y轴对称,必有,不合题意.
所以直线斜率必不为0,设其方程为,与椭圆C联立,
整理得:,所以,且
因为点是椭圆上一点,即,则,
所以,即
因为
,
所以,此时,
故直线:恒过x轴上一定点.
变式4已知双曲线C:的右焦点,过点作双曲线的两条互相垂直的弦,,设,的中点分别为,.证明:直线必过定点,并求出此定点的坐标.
【详解】设设过的弦所在的直线方程为:,,,,,
则有中点,,联立直线与双曲线的方程:整理可得:,
因为弦与双曲线有两个交点,所以,,
所以,所以,;
当时,将的坐标中的换成,同理可得的坐标,,
①当直线不垂直于轴时,直线的斜率,
将代入方程可得直线,化简可得,
所以直线恒过定点;
②当直线垂直于轴时,可得,直线也过定点;
当时,垂直于轴,则的中点与重合,为轴,的中点为与重合,此时为轴,显然过
当的斜率为0时,则的坐标为原点,此时与轴垂直,这时的中点为与重合,此时直线为轴,也过点;
综上所述直线恒过定点.
方法三:求定点坐标(基于图形的对称性)
【例3】已知椭圆的标准方程为,过点.右焦点为,设过与轴垂直的直线为,纵坐标不为的点为上一动点,过作直线的垂线交于点,证明:直线过定点.
【详解】由对称性可知,若直线过定点,则点必在轴上,设点,
设点,则,所以,直线的垂线的斜率为,
故直线的方程为,
在直线的方程中,令,可得,即点,
所以,直线的方程为,
因为点在直线上,所以,,即,①
又因为,所以,,②
将②代入①可得,即,
,则,所以,直线过定点.
变式5 已知椭圆的方程为,设,、是椭圆上关于轴对称的任意两点,连接交椭圆于另一点,求直线的斜率范围,并证明直线与轴相交于定点.
【详解】由题意知直线的斜率存在,设直线的方程为.
代入椭圆方程,可得.①
由△,得,
又不合题意,直线的斜率的取值范围是:,,.
设点,,,,则,.
直线的方程为.
令,得.
将,代入整理,得.②
由①得,
代入②整理,得.
直线与轴相交于定点.
变式6 已知椭圆,过的直线与椭圆相交于,两点,且与轴相交于点.设关于轴的对称点为,证明:直线过轴上的定点.
【详解】(1)由题意可设直线的方程为,联立椭圆方程,
可得,
设,,,,由题设可得,,
可得,,可得直线的方程为,
令,可得,
故直线过轴上的定点,.
方法四:找特殊点
【例4】已知椭圆E:,设过点的直线交E于M,N两点,过M且平行于x轴的直线与线段AB交于点T,点H满足.证明:直线HN过定点.
【详解】,所以,
①若过点的直线斜率不存在,直线.代入,
可得,,代入AB方程,可得
,由得到.求得HN方程:,过点.
②若过点的直线斜率存在,设.
联立得,
可得,,且
联立可得
可求得此时,
将,代入整理得,
将代入,得
显然成立,综上,可得直线HN过定点
【题型二】圆恒过定点
【例5】已知椭圆C:,已知圆的切线与椭圆相交于、两点,那么以为直径的圆是否经过定点,如果是,求出定点的坐标,如果不是,请说明理由.
【详解】当直线的斜率不存在时,因为直线与圆相切,故其中的一条切线方程为.
由,可得,,则以为直径的圆的方程为.
当直线的斜率为零时,因为直线与圆相切,所以其中的一条切线方程为.
由,可得,,则以为直径的圆的方程为.
显然以上两圆都经过点.
当直线的斜率存在且不为零时,设直线的方程为.
联立消去,得,
设,,,,则,.
所以.所以①,
因为直线和圆相切,所以圆心到直线的距离,整理,得,②
将②代入①,得,显然以为直径的圆经过定点,
综上可知,以为直径的圆过定点.
变式7 抛物线的方程为,过焦点任作一直线与曲线交于,两点,直线,与直线别交于点,为坐标原点).试判断以线段为直径的圆是否经过点?请说明理由.
【解析】设直线的方程为,,,则,.
得,同理得,
得,.,
则,
则,因此,以线段为直径的圆经过点.
变式8 已知椭圆C:,如图,椭圆左顶点为,过原点的直线(与坐标轴不重合)与椭圆交于,两点,直线,分别与轴交于,两点.试问:以为直径的圆是否经过定点(与直线的斜率无关)?请证明你的结论.
【解析】以为直径的圆过定点.
证明如下:设,,则,,且,即,
,直线方程为:,,
直线方程为:,,
以为直径的圆为,
或通过求得圆心,得到圆的方程.
即,
,,
令,则,解得.
以为直径的圆过定点.
课后作业
1.已知双曲线的方程为,设斜率分别为,的两条直线,均经过点,且直线,与双曲线分别交于,两点,异于点,若,试判断直线是否经过定点,若存在定点,求出该定点坐标;若不存在,说明理由.
【答案】当直线的斜率不存在时,点,关于轴对称,设,,,,
则由,得,即,解得,不符合题意,故直线的斜率存在.
不妨设直线的方程为,代入,
整理得,△.
设,,,,则,
由,得,即,
整理得,
,
整理得:,即,
或.
当时,直线的方程为,经过定点;
当时,直线的方程为,经过定点,不符合题意.
综上,直线过定点.
平面直角坐标系中,椭圆,抛物线的焦点是椭圆的一个顶点.设直线不经过,且与相交于,两点,若直线与的斜率之和为,证明:过定点.
【详解】证明:①当斜率不存在时,设,,,
直线与直线的斜率的和为,,
解得,此时过椭圆右顶点,不存在两个交点,故不满足;
②当斜率存在时,设,,,,,,
联立,整理,得,,①
直线与直线的斜率的和为,
②
①代入②得,,此时△,存在,使得△成立,
直线的方程为,当时,,过定点.
椭圆C:的左、右焦点分别为、,右顶点为,若直线与椭圆相交于、两点、不是左右顶点),且以为直径的圆过点.求证:直线过定点,并求出该定点的坐标.
【详解】证明:设,,,,将代入椭圆方程得.
(6分)
,,,
为直径的圆过点,,
右顶点为,,,,,
,
或都满足△,(9分)
若直线恒过定点不合题意舍去,
若直线恒过定点.(12分)
已知椭圆:,若点为椭圆上异于,的任意一点,过原点且与直线平行的直线与直线交于点,直线与直线交于点,试判断以线段为直径的圆是否过定点?若过定点,求出定点的坐标;若不过定点,请说明理由.
【详解】设直线的方程为:,,则过原点的直线且与直线平行的直线为
因为是直线,的交点,所以,,
因为直线与椭圆联立:,整理可得:,
可得,,即,,因为,
直线的方程为:,联立,解得:,,
由题意可得,设,,所以,,,,
由题意可得以线段为直径的圆过点,所以,所以,,,
可得,①,
要使①成立,,解得:,,或,,
所以的坐标或.
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