压轴大题——练思维
压轴大题练1(函数+解析几何创新)
(本小题满分17分)已知以下事实:反比例函数y=(k≠0)的图象是双曲线,两条坐标轴是其两条渐近线.
(1)①直接写出函数y=的图象C0的实轴长;
②将曲线C0绕原点顺时针转,得到曲线C,直接写出曲线C的方程;
(2)已知点A是曲线C的左顶点,圆E:(x-1)2+(y-1)2=r2(r>0)与直线l:x=1交于P,Q两点(P在Q上方),直线AP,AQ分别与双曲线C交于M,N两点.试问:点A到直线MN的距离是否存在最大值?若存在,求出此最大值以及此时r的值;若不存在,请说明理由.
参考答案与解析
压轴大题——练思维
压轴大题练1
解:(1)①由题意可知,双曲线y=的实轴在直线y=x上,(点拨:利用双曲线的对称性)(2分)
联立
解得或
即双曲线y=的两顶点为(,),(-,-),(4分)
故实轴长为
2a==2. (5分)
②将曲线C0绕原点顺时针转,得到曲线C,
曲线C的方程为x2-y2=1.(提醒:旋转后双曲线位于标准位置且渐近线变为y=±x,所以该双曲线为等轴双曲线)(7分)
(2)方法一:由题意得A(-1,0),
设M(x1,y1),N(x2,y2),显然直线MN的斜率存在,(提醒:分析出直线的斜率是存在的,避免了讨论)(8分)
设直线MN:y=kx+m,
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联立得(1-k2)x2-2kmx-(m2+1)=0,
所以Δ=4(m2+1-k2)>0,x1+x2=,x1x2=-,①(10分)
因为直线MA:y=(x+1),令x=1,
则yP=,同理,yQ=,②
依题意得yP+yQ=2,③(题眼:利用圆心E为线段PQ的中点)
由①②③得,-2k+2m=-m2+2km-k2,
所以(m-k)(m-k+2)=0,即m=k或m=k-2,(关键一步:给出参数m,k的关系,为研究直线过定点提供理论基础)(12分)
若m=k,则直线MN:y=k(x+1)过点A,不合题意;(13分)
若m=k-2,则直线MN:y=k(x+1)-2.
所以直线MN恒过G(-1,-2),(重要结论)(14分)
所以dmax=|AG|=2(d为点A到直线MN的距离).(15分)
当且仅当MN⊥AG,即k=0时取得,
此时直线MN方程为y=-2,结合x2-y2=1,
解得N(,-2),yQ=-(-1),r=1-yQ=,(16分)
综上所述,点A到直线MN的距离存在最大值,最大值为2,此时圆E的半径为.(注意:解答题的规范性,必须总结)(17分)
方法二:由题意得A(-1,0),P(1,1+r),Q(1,1-r),设M(x1,y1),N(x2,y2),
则直线AP:x=y-1,
直线AQ:x=y-1,(8分)
联立得y2-y=0,
yA=0为此方程的一根,另外一根为y1,则y1=,(点拨:如果一根已知,利用根与系数的关系很容易求另一个根)
代入直线AP的方程得,x1=-1,(10分)
同理可得y2=,x2=-1,(注意“同理”的应用,简化了计算)(11分)
即M(-1,),
N(-1,),
则kMN==,(12分)
所以直线MN的方程为
y=+=(x+1)-2,(13分)
所以直线MN过定点G(-1,-2),(重要结论)(14分)
所以dmax=|AG|=2(d为点A到直线MN的距离).(15分)
当且仅当MN⊥AG,即kMN==0时取得,
解得r=,(16分)
综上所述,点A到直线MN的距离存在最大值,最大值为2,此时圆E的半径为.(注意:解答题的规范性,必须总结)(17分)
方法三:由题意得A(-1,0),P(1,1+r),Q(1,1-r),设M(x1,y1),N(x2,y2),
则kAP+kAQ=+=1,(8分)
(本方法所用重要结论,提纲挈领,为解决问题指明方向)
依题意,直线MN不过点A,可设直线MN:m(x+1)+ny=1,(9分)
(设法巧妙,后续显示该设法的巧妙之处,但该法不是常规方法)
曲线C的方程x2-y2=1改写为[(x+1)-1]2-y2=1,
即(x+1)2-2(x+1)-y2=0,
联立直线MN的方程得(x+1)2-2(x+1)[m(x+1)+ny]-y2=0,(“1”的整体代换,关键步骤,感觉是神来之笔)
所以(1-2m)(x+1)2-2n(x+1)y-y2=0,(10分)
若x=-1,则y=0,代入直线MN方程,无解;(11分)
故x≠-1,两边同时除以(x+1)2得()2+2n·+2m-1=0,(12分)
(分类讨论,构造关于斜率的一元二次方程)
则Δ=4n2-8m+4>0,+=kAP+kAQ=-2n=1得n=-,(13分)
在直线MN:m(x+1)-y=1中,
令x=-1,则y=-2,
所以直线MN恒过G(-1,-2),(重要结论)(14分)
所以dmax=|AG|=2(d为点A到直线MN的距离),(15分)
当且仅当MN⊥AG,即kMN=0,所以m=0时取得,此时Δ=1-0+4>0,符合题意,
且直线MN方程为y=-2,解得N(,-2),yQ=-(-1),r=1-yQ=,(16分)
综上所述,点A到直线MN的距离存在最大值,最大值为2,此时圆E的半径为.(注意:解答题的规范性,必须总结)(17分)