课件102张PPT。x≤-a或x≥aA1(0,-a),A2(0,a)2a2bx轴、y轴原点a2+b2
“专题跟踪检测”见“专题跟踪检测 (十五)”
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专题跟踪检测(十五) 圆锥曲线与方程
一、选择题
1.已知椭圆的方程为+=1,焦点在x轴上,则m的取值范围是( )
A.{m|-4≤m≤4}
B.{m|-4C.{m|m>4,或m<-4}
D.{m|0解析:选B 由16>m2>0得-42.双曲线3mx2-my2=3的一个焦点是(0,2),则m的值是( )
A.-1 B.1
C.- D.
解析:选A 方程化为标准形式为-=1,则+=4,解得m=-1.
3.若双曲线-=1(a>0,b>0)的焦点到其渐近线的距离等于实半轴长,则该双曲线的离心率为( )
A. B.5
C. D.2
解析:选C 取双曲线的一条渐近线bx+ay=0,则焦点(c,0)到该渐近线的距离d==b=a,则e===.
4.已知椭圆的方程为2x2+3y2=m(m>0),则此椭圆的离心率为( )
A. B.
C. D.
解析:选B 2x2+3y2=m(m>0)?+=1,
∴c2=-=,∴e2=,∴e=.故选B.
5.与双曲线-=1有共同的渐近线,且经过点(-3,2)的双曲线方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
解析:选D 设所求双曲线方程为-=k(k≠0),把(-3,2)代入方程得-=k,于是k=,故双曲线方程为-=,即-=1,故选D.
6.直线y=a(a∈R)与抛物线y2=x交点的个数是( )
A.0 B.1
C.2 D.0或1
答案:B
7.双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F,直线l过焦点F,且斜率为k,则直线l与双曲线C的左,右两支都相交的充要条件是( )
A.k>- B.k<
C.k>或k<- D.-解析:选D 由双曲线渐近线的几何意义知-8.过点(0,1)作直线,使它与抛物线y2=4x仅有一个公共点,这样的直线有( )
A.1条 B.2条
C.3条 D.4条
解析:选C 设过点(0,1)斜率为k的直线方程为y=kx+1.
由得k2x2+(2k-4)x+1=0.(*)
当k=0时,(*)式只有一个根;
当k≠0时,Δ=(2k-4)2-4k2=-16k+16,
由Δ=0,即-16k+16=0得k=1.
所以k=0或k=1时,直线与抛物线只有一个公共点,
又直线x=0和抛物线只有一个公共点.故共有3条直线与y2=4x仅有一个公共点.
9.椭圆+=1(a>b>0)的两顶点为A(a,0),B(0,b),且左焦点为F,△FAB是以角B为直角的直角三角形,则椭圆的离心率e为( )
A. B.
C. D.
解析:选B 由题意F(-c,0),=(c,b),=(a,-b),则·=0,即ac-b2=0,则c2+ac-a2=0,则e2+e-1=0,解得e=,又010.设O是坐标原点,F是抛物线y2=2px(p>0)的焦点,A是抛物线上的一点,与x轴正方向的夹角为60°,则||为( )
A. B.
C.p D.p
解析:选B 如图,过A作AD⊥x轴于D,令|FD|=m,则|FA|=2m,|AD|=m,由抛物线定义知|FA|=|AB|,即p+m=2m,∴m=p.
∴||= =p.
11.设圆(x+1)2+y2=25的圆心为C,A(1,0)是圆内一定点,Q为圆周上任一点.线段AQ的垂直平分线与CQ的连线交于点M,则M的轨迹方程为( )
A.-=1 B.+=1
C.-=1 D.+=1
解析:选D 如图,∵M为AQ垂直平分线上一点,则|AM|=|MQ|,∴|MC|+|MA|=|MC|+|MQ|=|CQ|=5,故M的轨迹为椭圆.
∴a=,c=1,则b2=a2-c2=,
∴椭圆的标准方程为+=1.
12.若一条双曲线的离心率为,则这条双曲线的( )
A.实轴长、虚轴长、焦距依次构成等差数列
B.虚轴长、实轴长、焦距依次构成等差数列
C.实轴长、虚轴长、焦距依次构成等比数列
D.虚轴长、实轴长、焦距依次构成等比数列
解析:选A 由于e==,设c=5k,则a=3k,b=4k,易知实轴长、虚轴长、焦距依次构成等差数列,故选A.
13.一动圆与圆O:x2+y2=1外切,与圆C:x2+y2-6x+8=0内切,那么动圆的圆心P的轨迹是( )
A.双曲线的一支 B.椭圆
C.抛物线 D.圆
解析:选A 圆C的方程可化为(x-3)2+y2=1,易知圆C与圆O相离,设动圆P的半径为R.因为圆P与圆O外切而与圆C内切,∴R>1,且|PO|=R+1,|PC|=R-1,∴|PO|-|PC|=2,即P在以O,C为焦点的双曲线的右支上(|PO|>|PC|).故选A.
14.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线方程为y=x,且与椭圆+=1有公共焦点,则C的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
解析:选B 根据双曲线C的渐近线方程为y=x,
可知=.①
又椭圆+=1的焦点坐标为(3,0)和(-3,0),
所以a2+b2=9.②
根据①②可知a2=4,b2=5,
所以C的方程为-=1.
15.已知椭圆+=1(a>b>0)的两焦点为F1,F2,以F1F2为边作正三角形,若椭圆恰好平分正三角形的另两条边,则椭圆的离心率为( )
A.-1 B.
C. D.
解析:选A 如图,设正三角形与椭圆的交点为M,N,连接F1N,因为N是正三角形边上的中点,所以F1N⊥F2N,又∠F1F2N=60°,|F1F2|=2c,则|F1N|=c,|F2N|=c,由椭圆的定义,|F1N|+|F2N|=2a,即(+1)c=2a,则e===-1.
16.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=2,且·=1,则点P的轨迹方程是( )
A.x2+3y2=1(x>0,y>0)
B.x2-3y2=1(x>0,y>0)
C.3x2-y2=1(x>0,y>0)
D.3x2+y2=1(x>0,y>0)
解析:选A 设A(a,0),B(0,b),a>0,b>0.由=2,得(x,y-b)=2(a-x,-y),即a=x>0,b=3y>0.点Q(-x,y),故由·=1,得(-x,y)·(-a,b)=1,即ax+by=1.将a,b代入上式得所求的轨迹方程为x2+3y2=1(x>0,y>0).
17.以抛物线C的顶点为圆心的圆交C于A,B两点,交C的准线于D,E两点.已知|AB|=4,|DE|=2,则C的焦点到准线的距离为( )
A.2 B.4
C.6 D.8
解析:选B 设抛物线的方程为y2=2px(p>0),圆的方程为x2+y2=r2.
∵|AB|=4,|DE|=2,
抛物线的准线方程为x=-,
∴不妨设A,D.
∵点A,D在圆x2+y2=r2上,
∴∴+8=+5,∴p=4(负值舍去).
∴C的焦点到准线的距离为4.
18.已知A,B为双曲线E的左,右顶点,点M在E上,△ABM为等腰三角形,且顶角为120°,则E的离心率为( )
A. B.2
C. D.
解析:选D 由题意,设双曲线的方程为-=1(a>0,b>0),如图所示,设M在第一象限,由题意知|AB|=|BM|=2a,∠ABM=120°,所以在△ABM中,|AM|=2a,所以M(2a,a),代入双曲线方程得-=1,解得a2=b2,所以e=.故选D.
二、填空题
19.过点(3,2)且与+=1有相同焦点的椭圆的标准方程为____________;其离心率为________.
解析:由题,设椭圆的标准方程为+=1(λ>0),则有+=1,解得λ=10.故该椭圆的方程为+=1.离心率为e==.
答案:+=1
20.已知F是抛物线y2=4x的焦点,A,B是抛物线上的两点,|AF|+|BF|=12,则线段AB的中点到y轴的距离为________.
解析:记A,B在抛物线准线x=-1上的投影分别为A′,B′,故|AA′|+|BB′|=|AF|+|BF|=12,由中位线定理可得所求距离d=-1=5.
答案:5
21.已知过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线x-my+m=0与抛物线交于A,B两点,且△OAB(O为坐标原点)的面积为2,则m6+m4的值是________.
解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),由题意可知,=-m,将x=my-m代入抛物线方程y2=2px中,整理得y2-2pmy+2pm=0,由根与系数的关系,得y1+y2=2pm,y1y2=2pm,∴(y1-y2)2=(y1+y2)2-4y1y2=(2pm)2-8pm=16m4+16m2,又△OAB的面积S=×|y1-y2|=×(-m)×4=2,两边平方即可得m6+m4=2.
答案:2
22.如图,点A是椭圆+=1的右顶点,∠AOB=,点C是椭圆上的动点,则·的最小值等于________.
解析:设C(x,y),将OB所在直线与椭圆方程联立易得B(,1),故=(x-,y-1),又·=3(x-)(-3≤x≤3),故其最小值·≥3(-3-)=-9-3.
答案:-9-3
三、解答题
23.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右顶点分别为A,B,且长轴长为8,T为椭圆上任意一点,直线TA,TB的斜率之积为-.
(1)求椭圆C的方程;
(2)设O为坐标原点,过点M(0,2)的动直线与椭圆C交于P,Q两点,求·+·的取值范围.
解:(1)设T(x,y),由题意知A(-4,0),B(4,0),
设直线TA的斜率为k1,直线TB的斜率为k2,则k1=,k2=.
由k1k2=-,得·=-,
整理得+=1.
故椭圆C的方程为+=1.
(2)当直线PQ的斜率存在时,设直线PQ的方程为y=kx+2,点P,Q的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),直线PQ与椭圆方程联立,
得消去y,得(4k2+3)x2+16kx-32=0.
所以x1+x2=-,x1x2=-.
从而,·+·=x1x2+y1y2+[x1x2+(y1-2)(y2-2)]=2(1+k2)x1x2+2k(x1+x2)+4==-20+.
所以-20<·+·≤-.
当直线PQ的斜率不存在时,·+·的值为-20.
综上,·+·的取值范围为.
24.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,且与y轴相切.过原点O作倾斜角为的直线n交l于点A,交圆M于另一点B,且|AO|=|OB|=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l上的动点Q向圆M作切线,切点为S,T,求证:直线ST恒过一个定点,并求该定点的坐标.
解:(1)∵=|OA|·cos =2×=1,得p=2,
∴抛物线C的方程为y2=4x.
设圆M的半径为r,则r=·=2,
∴圆M的方程为(x-2)2+y2=4.
(2)设P(x,y)(x≥0),
则·=(2-x,-y)·(1-x,-y)=x2-3x+2+y2=x2+x+2.
∴当x=0时,·有最小值为2.
(3)证明:以点Q为圆心,QS为半径作圆Q,则线段ST即为圆Q与圆M的公共弦.
设点Q(-1,t),则|QS|2=|QM|2-4=t2+5,
∴圆Q的方程为(x+1)2+(y-t)2=t2+5.
∴直线ST的方程为3x-ty-2=0.(*)
∵一定是方程(*)的解,
∴直线ST恒过一个定点,且该定点坐标为.
25.已知椭圆+y2=1上两个不同的点A,B关于直线y=mx+对称.
(1)求实数m的取值范围;
(2)求△AOB面积的最大值(O为坐标原点).
解:(1)由题意设直线AB的方程为x=-my+n,
代入椭圆方程+y2=1,可得
(m2+2)y2-2mny+n2-2=0,
则Δ=4m2n2-4(n2-2)(m2+2)
=8(m2-n2+2)>0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),AB中点P(x0,y0).
则y1+y2=,y1y2=,
y0==,x0=-m·+n=,
又点P在直线y=mx+上,
∴=+,
∴n=-,代入Δ>0,可得3m4+4m2-4>0,
解得m2>,即m<-或m>,则m的取值范围是∪.
(2)直线AB与x轴的交点的横坐标为n,
∴S△AOB=|n|·|y1-y2|=|n|
==,
又n2(m2+2-n2)≤2=,∴S△AOB≤·=,
当且仅当n2=m2+2-n2,
即2n2=m2+2时等号成立.
又n=-,则m=±,
故当且仅当m=±时,S△AOB取最大值为.
专题十五圆锥曲线与方程
[备考学什么——以纲忆知]
一、曲线与方程
知识条目
要求
1.曲线与方程
曲线的方程、方程的曲线的概念
a
2.求曲线的方程
求曲线方程的基本方法
b
1.曲线的方程、方程的曲线的概念
曲线C上点的坐标都是方程f(x,y)=0的解;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.
2.求曲线的方程
求曲线方程的基本方法:
→→→→
二、椭圆
知识条目
要求
知识条目
要求
1.椭圆及其标准方程
①椭圆的定义
②椭圆的标准方程
③椭圆的焦点、焦距的概念
c
c
b
2.椭圆的简单几何性质
①椭圆的简单几何性质
②有关椭圆的计算、证明
③直线与椭圆的位置关系
c
c
d
1.椭圆及其标准方程
(1)椭圆的定义:我们把平面内与两个定点F1,F2的距离的和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆.当|MF1|+|MF2|=|F1F2|时,轨迹为线段;当|MF1|+|MF2|<|F1F2|时,轨迹为空集.F1,F2叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做椭圆的焦距.
(2)椭圆的标准方程:
①焦点在x轴上的椭圆的标准方程为+=1(a>b>0).
②焦点在y轴上的椭圆的标准方程为+=1(a>b>0).
2.椭圆的简单几何性质
焦点的位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
标准方程
+=1(a>b>0)
+=1(a>b>0)
图形
范围
-a≤x≤a且-b≤y≤b
-b≤x≤b且-a≤y≤a
顶点
A1(-a,0),A2(a,0),B1(0,-b),B2(0,b)
A1(0,-a),A2(0,a),B1(-b,0),B2(b,0)
轴长
长轴的长2a;短轴的长2b
对称性
关于x轴、y轴对称,关于原点中心对称
焦点
F1(-c,0)、F2(c,0)
F1(0,-c)、F2(0,c)
焦距
|F1F2|=2c(c2=a2-b2)
离心率
e=,且e∈(0,1)
三、双曲线
知识条目
要求
1.双曲线及其标准方程
①双曲线的定义
②双曲线的标准方程
③双曲线的焦点、焦距的概念
a
b
b
2.双曲线的简单几何性质
①双曲线的简单几何性质
②有关双曲线的计算、证明
a
b
1.双曲线及其标准方程
(1)双曲线的定义:我们把平面内与两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于常数(小于|F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线.这两个定点叫双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做焦距.集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,其中a,c为常数且a>0,c>0:①当ac时,点P不存在.
(2)双曲线的标准方程:
①焦点在x轴上:-=1(a>0,b>0).
②焦点在y轴上:-=1(a>0,b>0).
2.双曲线的简单几何性质
焦点的位置
焦点在x轴上
焦点在y轴上
标准方程
-=1(a>0,b>0)
-=1(a>0,b>0)
图形
范围
x≤-a或x≥a
y≤-a或y≥a,x∈R
顶点
A1(-a,0),A2(a,0)
A1(0,-a),A2(0,a)
轴长
实轴的长2a;虚轴的长2b
对称性
关于x轴、y轴对称,关于原点中心对称
焦点
F1(-c,0)、F2(c,0)
F1(0,-c)、F2(0,c)
焦距
|F1F2|=2c(c2=a2+b2)
离心率
e=,且e∈(1,+∞)
渐近线方程
y=±x
y=±x
四、抛物线
知识条目
要求
1.抛物线及其标准方程
①抛物线的定义
②抛物线的标准方程
③抛物线的焦点、准线的概念
c
c
c
2.抛物线的简单几何性质
①抛物线的简单几何性质
②有关抛物线的计算、证明
③直线与抛物线的位置关系
c
c
d
1.抛物线的定义
平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)距离相等的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.F到l的距离记为p.
2.抛物线的标准方程与简单几何性质
标准方程
y2=2px
y2=-2px
x2=2py
x2=-2py
p的几何意义:焦点F到准线l的距离(p>0)
图形
顶点
O(0,0)
对称轴
y=0
x=0
焦点
离心率
e=1
准线方程
x=-
x=
y=-
y=
范围
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
开口方向
向右
向左
向上
向下
[学考怎样考——真题导析]
1.(2017年4月浙江省学考T14)过双曲线-=1(a>0,b>0)的左顶点A作倾斜角为45°的直线l,l交y轴于点B,交双曲线的一条渐近线于点C,若=,则该双曲线的离心率为( )
A.5 B.
C. D.
解析:选B 由题设知直线l的方程为y=x+a,所以A(-a,0),B(0,a).由解得C.因为=,所以B为AC中点,所以2a=,解得b=2a,所以b2=4a2=c2-a2,即c2=5a2,所以e2=2=5,即e=.故选B.
2.(2018年6月浙江省学考T5)双曲线-=1的焦点坐标是( )
A.(-5,0),(5,0) B.(0,-5),(0,5)
C.(-,0),(,0) D.(0,-),(0,)
解析:选A 由题设条件可知a2=16,b2=9,所以c2=a2+b2=25,所以c=5.所以双曲线-=1的焦点坐标为(-5,0),(5,0).
3.(2018年6月浙江省学考T14)如图,A,B分别是椭圆C:+=1(a>b>0)的右顶点和上顶点,O为坐标原点,E为线段AB的中点,H为O在AB上的射影,若OE平分∠HOA,则该椭圆的离心率为( )
A. B.
C. D.
解析:选D 因为OB⊥OA,E为线段AB的中点,所以OE=EA,∠EOA=∠EAO,又OE平分∠HOA,OH⊥AB,所以∠HOE=∠EOA=∠EAO=,==tan =,所以e===.
4.(2017年4月浙江省学考T20)椭圆+y2=1两焦点之间的距离为________.
解析:由椭圆的方程知a2=3,b2=1,所以c2=3-1=2,即c=,则两焦点之间的距离为2c=2.
答案:2
5.(2017年11月浙江省学考T24)如图,抛物线x2=y与直线y=1交于M,N两点.Q为该抛物线上异于M,N的任意一点,直线MQ与x轴、y轴分别交于点A,B,直线NQ与x轴、y轴分别交于点C,D.
(1)求M,N两点的坐标;
(2)证明:B,D两点关于原点O对称;
(3)设△QBD,△QCA的面积分别为S1,S2,若点Q在直线y=1的下方,求S2-S1的最小值.
解:(1)由解得或
因此M,N的坐标为M(-1,1),N(1,1).
(2)证明:设点Q的坐标为Q(x0,x),
则直线MQ的方程为y=(x0-1)(x+1)+1.
令x=0,得点B的坐标为B(0,x0).
直线NQ的方程为y=(x0+1)(x-1)+1.
令x=0,得点D的坐标为D(0,-x0).
综上所述,点B,D关于原点O对称.
(3)由(2)得|BD|=2|x0|,因此S1=·|BD|·|x0|=x.
在直线MQ的方程中,令y=0,得A.
在直线NQ的方程中,令y=0,得C.
因此|AC|==,
S2=·|AC|·x=,
S2-S1=-x=,
令t=1-x,由题意得-1因此S2-S1=-3≥2-3,
当且仅当t=,即x0=± 时取等号.
综上所述,S2-S1的最小值是2-3.
[考情分析]
本专题的考查在选择、填空、解答题中均有分布,是学考的重点考查内容.
(1)选择、填空题中重点考查圆锥曲线的定义、方程、性质等;
(2)解答题则以直线与圆锥曲线的位置关系为主,重点考查直线与椭圆、直线与抛物线的位置关系,难点在于代数化的运算比较繁琐,需要具备较强的推理论证及运算能力.
求曲线方程
[典题例析]
1.已知椭圆经过A,B两点,求椭圆的标准方程.
解:法一:若椭圆的焦点在x轴上,设方程为+=1(a>b>0),将A,B代入可得解得舍去;
若椭圆的焦点在y轴上,设方程为+=1(a>b>0),将A,B代入可得
解得
所以椭圆的标准方程为+x2=1.
法二:设椭圆方程为mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n),
将A,B代入可得
解得
所以椭圆的标准方程为+x2=1.
2.求经过点P(4,-2)的抛物线的标准方程.
解:结合图形可设抛物线的标准方程为y2=2px(p>0),或x2=-2py(p>0).
将点P(4,-2)代入y2=2px(p>0)可求得p=1;
将点P(4,-2)代入x2=-2py(p>0)可求得p=2.
所以抛物线的标准方程为y2=2x,或x2=-4y.
[类题通法]
求曲线方程问题的解题策略
(1)求动点轨迹方程的常用方法有:直接法,定义法,几何法,消去参数法,相关点法.
(2)对于给定曲线类型求方程的问题,常用定义法和待定系数法.使用待定系数法时先定性,后定位,再定参,即先确定焦点所在位置假设方程,然后再根据条件建立关于a,b或p的方程组.如果焦点位置不确定就要讨论.为解题方便,将方程设为mx2+ny2=1的形式,则可避免对曲线类型和焦点位置的讨论.
[即时应用]
1.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为.双曲线x2-y2=1的渐近线与椭圆C有四个交点,以这四个交点为顶点的四边形的面积为16,则椭圆C的方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
解析:选D 由离心率为得,a2=4b2,排除选项B,双曲线的渐近线方程为y=±x,与椭圆的四交点组成的四边形的面积为16可得在第一象限的交点坐标为(2,2),代入选项A、C、D,知选项D正确.
2.以坐标轴为对称轴,原点为顶点且过圆x2+y2-2x+6y+9=0圆心的抛物线方程是( )
A.y=3x2或y=-3x2 B.y=3x2
C.y2=-9x或y=3x2 D.y=-3x2或y2=9x
解析:选D 圆的标准方程为(x-1)2+(y+3)2=1,故圆心坐标为(1,-3),设抛物线方程为y2=2p1x或x2=-2p2y,则(-3)2=2p1或1=6p2,得2p1=9或2p2=,故抛物线方程为y2=9x或x2=-y,即y2=9x或y=-3x2.
3.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,A(a,0),B(0,b),O(0,0),△OAB的面积为1.
(1)求椭圆C的方程;
(2)设P是椭圆C上一点,直线PA与y轴交于点M,直线PB与x轴交于点N,求证:|AN|·|BM|为定值.
解:(1)由题意得 解得a=2,b=1.
所以椭圆C的方程为+y2=1.
(2)证明:由(1)知,A(2,0),B(0,1).
设P(x0,y0),则x+4y=4.
当x0≠0时,直线PA的方程为y=(x-2).
令x=0,得yM=-,
从而|BM|=|1-yM|=.
直线PB的方程为y=x+1.
令y=0,得xN=-,
从而|AN|=|2-xN|=.
所以|AN|·|BM|=·
=
==4.
当x0=0时,y0=-1,|BM|=2,|AN|=2,所以|AN|·|BM|=4.
综上,|AN|·|BM|为定值.
圆锥曲线的定义与标准方程
[典题例析]
1.已知抛物线y2=2px(p>0)与椭圆+=1(a>b>0)有相同的焦点F2,点P是两曲线的一个交点,且=,其中F1,F2分别是椭圆的左、右焦点,则椭圆的离心率e=________.
解析:由=和|PF1|+|PF2|=2a,得|PF2|=.
设P(x,y),则有|PF2|=x+=x+c=a,
解得x=a-c.
又|PF2|== = =a-ex,
则a-ex=a,从而有a-e=a,
则-e=0,
解得e=或e=.
答案:或
2.已知F1,F2分别为双曲线C:-=1的左、右焦点,P,Q为C上的点,且满足条件:①线段PQ的长度是虚轴长的2倍;②线段PQ经过F2.则△PQF1的周长为________.若只满足条件②,则△PQF1的周长的最小值为________.
解析:由题意得a=3,b=2,c=,|PQ|=4b=8.
由双曲线的定义得|PF1|-|PF2|=6,|QF1|-|QF2|=6,△PQF1的周长为|PF1|+|QF1|+|PF2|+|QF2|=(|PF1|-|PF2|)+(|QF1|-|QF2|)+2(|PF2|+|QF2|)=(|PF1|-|PF2|)+(|QF1|-|QF2|)+2|PQ|=6+6+2×8=28.
若只满足条件②,△PQF1的周长为|PF1|+|QF1|+|PF2|+|QF2|=(|PF1|-|PF2|)+(|QF1|-|QF2|)+2(|PF2|+|QF2|)=4a+2|PQ|=12+2|PQ|,
当PQ⊥x轴时弦PQ最短,令x=,
则有y2=4×=,解得y=±,
此时|PQ|=,
所以△PQF1的周长的最小值为12+2×=.
答案:28
3.已知抛物线方程为y2=4x,直线l的方程为x-y+4=0,在抛物线上有一动点P到y轴的距离为d1,P到直线l的距离为d2,则d1+d2的最小值为________.
解析:如图,过点P作PA⊥l于点A,作PB⊥y轴于点B,PB的延长线交准线x=-1于点C,连接PF,根据抛物线的定义得|PA|+|PC|=|PA|+|PF|.
∵P到y轴的距离为d1,P到直线l的距离为d2,
∴d1+d2=|PB|+|PA|=(|PA|+|PC|)-1=(|PA|+|PF|)-1,
根据平面几何的知识,可知当P,A,F三点共线时,|PA|+|PF|有最小值.
∵F(1,0)到直线l:x-y+4=0的距离为=,∴|PA|+|PF|的最小值是,
由此可得d1+d2的最小值为-1.
答案:-1
[类题通法]
圆锥曲线定义的使用类型
(1)在椭圆和双曲线中,涉及焦点三角形(曲线上一点和两个焦点构成的三角形)的问题,可考虑使用定义.
(2)在抛物线中,使用定义可实现抛物线上点到焦点的距离和到准线距离的相互转化.
[即时应用]
1.椭圆+=1的左、右焦点分别为F1,F2,一直线过F1交椭圆于A,B两点,则△ABF2的周长为( )
A.32 B.16
C.8 D.4
解析:选B 由椭圆的定义知,△ABF2的周长为4a=16.
2.已知O为坐标原点,F是椭圆C:+=1(a>b>0)的左焦点,A,B分别为C的左、右顶点,P为C上一点,且PF⊥x轴.过点A的直线l与线段PF交于点M,与y轴交于点E.若直线BM经过OE的中点,则C的离心率为( )
A. B.
C. D.
解析:选A 设M(-c,y0),则AM所在直线方程为y=(x+a),令x=0,得E.BM所在直线方程为y=(x-a),令x=0,得y=.由题意得=×,解得a=3c,故离心率e==.
3.若点P到直线y=-1的距离比它到点(0,3)的距离小2,则点P的轨迹方程是________.
解析:由题意可知点P到直线y=-3的距离等于它到点(0,3)的距离,故点P的轨迹是以点(0,3)为焦点,以y=-3为准线的抛物线,且p=6,所以其标准方程为x2=12y.
答案:x2=12y
4.设P是抛物线y2=4x上的一个动点.
(1)求点P到点A(-1,1)的距离与点P到直线x=-1的距离之和的最小值;
(2)若B(3,2),求|PB|+|PF|的最小值.
解:(1)如图,易知抛物线的焦点为F(1,0),准线是x=-1.
由抛物线的定义知:点P到直线x=-1的距离等于点P到焦点F的距离.
于是,问题转化为:在曲线上求一点P,使点P到点A(-1,1)的距离与点P到F(1,0)的距离之和最小.
显然,连接AF交曲线于P点,则所求的最小值为|AF|,即为.
(2)如图,自点B作BQ垂直准线于Q,交抛物线于点P1,则|P1Q|=|P1F|.
则有|PB|+|PF|≥|P1B|+|P1Q|=|BQ|=4.
即|PB|+|PF|的最小值为4.
圆锥曲线的性质
[典题例析]
1.(2016年10月浙江省学考T15)设双曲线-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,以F1为圆心,|F1F2|为半径的圆与双曲线在第一、二象限内依次交于A,B两点.若|F1B|=3|F2A|,则该双曲线的离心率是( )
A. B.
C. D.2
解析:由题可得,|F1B|=|F1F2|=3|F2A|=2c,所以|F2A|=.由双曲线的定义可知|F1A|=2a+.又因为|F1A|为半径,所以2a+=2c,解得=e=.故选C.
答案:C
2.设P,Q分别是圆(x-1)2+y2=和椭圆+y2=1上的动点,则P,Q两点间的最小距离是________.
解析:圆心为C(1,0),半径为r=,设Q(x,y)(-2≤x≤2),则|CQ|== = ≥,所以P,Q两点间的最小距离为|CQ|min-r=-.
答案:-
[类题通法]
求双曲线离心率、渐近线问题的一般方法
(1)求双曲线的离心率时,将提供的双曲线的几何关系转化为关于双曲线基本量a,b,c的方程或不等式,利用b2=c2-a2和e=转化为关于e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.
(2)求渐近线时,利用c2=a2+b2转化为关于a,b的方程或不等式.双曲线渐近线的斜率与离心率的关系k=±=±=± =±.
[即时应用]
1.如图,中心均为原点O的双曲线与椭圆有公共焦点,M,N是双曲线的两顶点.若M,O,N将椭圆长轴四等分,则双曲线与椭圆的离心率的比值是( )
A.3 B.2
C. D.
解析:选B 设焦点为F(±c,0),双曲线的实半轴长为a,则双曲线的离心率e1=,椭圆的离心率e2=,所以=2.
2.(2018年4月浙江省学考T16)如图,F为椭圆+=1(a>b>0)的右焦点,过F作x轴的垂线交椭圆于点P,点A,B分别为椭圆的右顶点和上顶点,O为坐标原点,若△OAB的面积是△OPF面积的倍,则该椭圆的离心率是( )
A.或 B.或
C.或 D.或
解析:选D 令x=c得P,则S△OPF=|OF|·|FP|=.又S△OAB=ab,S△OAB=S△OPF,则·=ab,化简得5bc=2a2,则25b2c2=4a4,又c2=a2-b2,消去b2,得25c4-25a2c2+4a2=0,即25e4-25e2+4=0,解得e2=或e2=,则e=或e=.
3.已知F1,F2为椭圆+=1(0(1)求|PF1|·|PF2|的最大值;
(2)若∠F1PF2=60°且△F1PF2的面积为,求b的值.
解:(1)由题意得|PF1|+|PF2|=20,则|PF1|·|PF2|≤2=100,当且仅当|PF1|=|PF2|时,等号成立,故(|PF1|·|PF2|)max=100.
(2)因为S△F1PF2=|PF1|·|PF2|sin 60°=,
所以|PF1|·|PF2|=.①
又
所以3|PF1|·|PF2|=400-4c2.②
由①②得c=6,则b==8.
直线与圆锥曲线的位置关系
[典题例析]
1.过双曲线-=1(a>0,b>0)的右焦点F作一条直线,当直线斜率为2时,直线与双曲线左、右两支各有一个交点;当直线斜率为3时,直线与双曲线右支有两个不同交点,则双曲线离心率的取值范围为( )
A.(1,) B.(1,+1)
C.(+1,) D.(,)
解析:由题意可得2<<3,则双曲线的离心率e=== ∈(,),故选D.
答案:D
2.过抛物线C:y2=4x的焦点F作直线l交抛物线C于A,B两点,若|AF|=3|BF|,则l的斜率是________.
解析:设l:x=ty+1,A(x1,y1),B(x2,y2),
将l方程代入y2=4x得y2-4ty-4=0,
∴y1+y2=4t,y1y2=-4.
又=3,∴y1=-3y2,
∴∴t2=,
故l的斜率是±.
答案:±
3.(2018年6月浙江省学考T24)如图,直线l不与坐标轴垂直,且与抛物线C:y2=x有且只有一个公共点P.
(1)当点P的坐标为(1,1)时,求直线l的方程;
(2)设直线l与y轴的交点为R,过点R且与直线l垂直的直线m交抛物线C于A,B两点.当|RA|·|RB|=|RP|2 时,求点P的坐标.
解:(1)设直线l的斜率为k(k≠0),则l的方程为y-1=k(x-1),
联立方程组消去x,得ky2-y+1-k=0,
由已知可得Δ=1-4k(1-k)=0,
解得k=,
故所求直线l的方程为x-2y+1=0.
(2)设点P的坐标为(t2,t),直线l的斜率为k(k≠0),
则l的方程为y-t=k(x-t2),
联立方程组消去x,得
ky2-y+t-kt2=0,
由已知可得Δ=1-4k(t-kt2)=0,
得k=(t≠0),
所以点R的纵坐标t-kt2=,从而点R的坐标为,
由m⊥l可知,直线m的斜率为-2t,
所以直线m的方程为y=-2tx+,
设A(x1,y1),B(x2,y2),将直线m的方程代入y2=x,得4t2x2-(2t2+1)x+=0,
所以Δ=(2t2+1)2-4t4=4t2+1>0,
x1x2=,
又|RA|=|x1|,|RB|=|x2|,|RP|2=t4+t2,
由|RA|·|RB|=|RP|2,得(1+4t2)|x1x2|=t4+t2,即(1+4t2)=t4+t2,
解得t=±,
所以点P的坐标为.
[类题通法]
解决直线与圆锥曲线问题的基本思路
(1)一般地,设直线l的方程为:Ax+By+C=0(A,B不同时为0),圆锥曲线方程为:f(x,y)=0,由消去y(或x)后得到ax2+bx+c=0(其中a,b,c中含有斜率k等参数).再将已知条件代数化得到关于x1+x2,x1x2的等式或不等式,利用根与系数的关系即可得到关于参数的等式或不等式,进而求出参数的值或范围即可解决问题.
(2)在解决问题时应注意:①不能忽视对直线斜率不存在特殊情况的讨论;②对于关于x(或y)的一元二次式,二次项系数是否为0必须讨论;③直线与曲线只有一个交点是直线与曲线相切的必要条件.
[即时应用]
1.设斜率为1的直线l与椭圆C:+=1相交于不同的两点A,B,则使|AB|为整数的直线l共有( )
A.4条 B.5条
C.6条 D.7条
解析:选C 设直线AB的方程为y=x+b,代入椭圆C:+=1中,得3x2+4bx+2b2-4=0.由Δ=16b2-12(2b2-4)>0,得b2<6.设A(x1,y1),B(x2,y2),则|AB|=×=×= ,分别取b2=,,时,可分别得|AB|=2,1,3,此时对应的直线l有6条.
2.抛物线y=x2上一点到直线2x-y-4=0的距离最短的点的坐标是( )
A. B.(1,1)
C. D.(2,4)
解析:选B 法一:设抛物线上任一点为(x,y),则由点到直线的距离得
d====≥ .
当x=1时,取得最小值,此时点的坐标为(1,1).
法二:设2x-y+m=0与y=x2相切,
则x2-2x-m=0.
Δ=4+4m=0,得m=-1,此时x=1,
故点的坐标为(1,1).
3.若直线y=kx+2与双曲线x2-y2=6的右支交于不同的两点,则k的取值范围是( )
A. B.
C. D.
解析:选D 由得(1-k2)x2-4kx-10=0.
∵直线与双曲线右支有两个不同交点,
∴
解得-4.(2018年4月浙江省学考T24)如图,已知抛物线y=x2-1与x轴相交于A,B两点,P是该抛物线上位于第一象限内的点.
(1)记直线PA,PB的斜率分别为k1,k2,求证k2-k1为定值;
(2)过点A作AD⊥PB,垂足为D,若D关于x轴的对称点恰好在直线PA上,求△PAD的面积.
解:(1)由题意得点A,B的坐标分别为A(-1,0),B(1,0).设点P的坐标为P(t,t2-1),且t>1,则k1==t-1,k2==t+1.
所以k2-k1=2为定值.
(2)由直线PA,AD的位置关系知kAD=-k1=1-t.
因为AD⊥PB,所以kAD·k2=(1-t)(t+1)=-1.
解得t=±.
因为P是第一象限内的点,所以t=.
得点P的坐标为P(,1).
联立直线PB与AD的方程
解得点D的坐标为D,
所以△PAD的面积S=·|AB|·|yP-yD|=1+.
圆锥曲线的综合问题
[典题例析]
已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,且|F1F2|=6,直线y=kx与椭圆交于A,B两点.
(1)若△AF1F2的周长为16,求椭圆的标准方程;
(2)若k=,且A,B,F1,F2四点共圆,求椭圆离心率e的值;
(3)在(2)的条件下,设P(x0,y0)为椭圆上一点,且直线PA的斜率k1∈(-2,-1),试求直线PB的斜率k2的取值范围.
解:(1)由题意得c=3,根据2a+2c=16,得a=5.
结合a2=b2+c2,解得a2=25,b2=16.
所以椭圆的方程为+=1.
(2)法一:由得x2-a2b2=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2).所以x1+x2=0,x1x2=,
由AB,F1F2互相平分且共圆,
易知,AF2⊥BF2,因为=(x1-3,y1),=(x2-3,y2),
所以·=(x1-3)(x2-3)+y1y2
=x1x2+9=0.
即x1x2=-8,所以有=-8,
结合b2+9=a2,解得a2=12(a2=6舍去),
所以离心率e=.
法二:设A(x1,y1),又AB,F1F2互相平分且共圆,
所以AB,F1F2是圆的直径,所以x+y=9,
又由椭圆及直线方程综合可得:
由前两个方程解得x=8,y=1,
将其代入第三个方程并结合b2=a2-c2=a2-9,
解得a2=12,故e=.
(3)由(2)的结论知,椭圆方程为+=1,
由题可设A(x1,y1),B(-x1,-y1),
k1=,k2=,
所以k1k2=,
又==-,
即k2=-,由-2<k1<-1可知,<k2<.
即直线PB的斜率k2的取值范围是.
[类题通法]
圆锥曲线的最值与范围问题的常见求法
(1)几何法:若题目的条件和结论能明显体现几何特征和意义,则考虑利用图形性质来解决.
(2)代数法:若题目的条件和结论能体现一种明确的函数关系,则可首先建立起目标函数,再求这个函数的最值.在利用代数法解决最值与范围问题时常从以下五个方面考虑:
①利用判别式来构造不等关系,从而确定参数的取值范围;
②利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是在两个参数之间建立等量关系;
③利用隐含或已知的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;
④利用基本不等式求出参数的取值范围;
⑤利用函数的值域的求法,确定参数的取值范围.
[即时应用]
1.设抛物线y2=8x的准线与x轴交于点Q,若过点Q的直线l与抛物线有公共点,则直线l的斜率取值范围是( )
A. B.[-2,2]
C.[-1,1] D.[-4,4]
解析:选C 由题意得Q(-2,0).设l的方程为y=k(x+2),代入y2=8x得k2x2+4(k2-2)x+4k2=0.当k=0时,直线l与抛物线恒有一个交点;当k≠0时,Δ=16(k2-2)2-16k4≥0,即k2≤1,得-1≤k≤1,且k≠0.综上-1≤k≤1.
2.已知双曲线-=1(b>0),以原点为圆心,双曲线的实半轴长为半径长的圆与双曲线的两条渐近线相交于A,B,C,D四点,四边形ABCD的面积为2b,则双曲线的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
解析:选D 由题意及双曲线的对称性画出示意图如图所示,渐近线OB:y=x.设B,则·x0·x0=,∴x0=1,∴B,∴12+=22,∴b2=12,∴双曲线方程为-=1.
3.P为双曲线y2-=1下支上一点,M,N分别是圆x2+(y-4)2=4和x2+(y+4)2=1上的点,则|PM|-|PN|的最小值为________.
解析:已知两圆圆心(0,4)(0,-4)(记为F1和F2)
恰为双曲线y2-=1的两焦点.
当|PM|最小,|PN|最大时,|PM|-|PN|最小.
|PM|的最小值为P到圆心F1的距离|PF1|与圆F1半径之差,即|PM|min=|PF1|-2,同样,|PN|max=|PF2|+1,从而(|PM|-|PN|)min=|PF1|-2-|FP2|-1=|PF1|-|PF2|-3=-1.
答案:-1
4.已知椭圆+y2=1的左焦点为F,O为坐标原点.
(1)求过点O,F,并且与直线l:x=-2相切的圆M的方程;
(2)设过点F且不与坐标轴垂直的直线交椭圆于A,B两点,线段AB的垂直平分线与x轴交于点G,求点G横坐标的取值范围.
解:(1)∵a2=2,b2=1,∴c=1,F(-1,0),
∵圆过点O,F,∴圆心M在直线x=-上.
设M,则圆半径r==,
由|OM|=r,得 =,
解得t=±,
∴所求圆的方程为2+(y±)2=.
(2)设直线AB的方程为y=k(x+1)(k≠0),代入+y2=1,整理得(1+2k2)x2+4k2x+2k2-2=0.
∵直线AB过椭圆的左焦点F且不垂直于x轴,
∴方程有两个不等实根.
如图,设A(x1,y1),B(x2,y2),AB中点N(x0,y0),则x1+x2=-,x0=(x1+x2)=-,y0=k(x0+1)=,
∴AB的垂直平分线NG的方程为
y-y0=-(x-x0).
令y=0,得xG=x0+ky0=-+
=-=-+,
∵k≠0,∴-∴点G横坐标的取值范围为.
[基础随堂巩固]
一、选择题
1.设双曲线C:-=1(a>0)的一个顶点坐标为(2,0),则双曲线C的方程是( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
答案:D
2.椭圆+=1的离心率为( )
A. B.
C. D.
答案:C
3.(2016年1月浙江省学考T18)准线方程是x=-2的抛物线的标准方程为( )
A.y2=8x B.y2=-8x
C.x2=8y D.x2=-8y
答案:A
4.(2018年4月浙江省学考T5)双曲线x2-=1的渐近线方程是( )
A.y=±x B.y=±x
C.y=±x D.y=±3x
解析:选C 令x2-=0得渐近线方程为y=±x.
5.已知F1,F2是双曲线E:-=1的左、右焦点,点M在E上,MF1与x轴垂直,sin∠MF2F1=,则E的离心率为( )
A. B.
C. D.2
解析:选A 易知离心率e=,由正弦定理得e====.
二、填空题
6.已知F1,F2是椭圆+=1的两焦点,A,B为过F1的直线与椭圆的两个交点,则△AF1F2的周长为________;△ABF2的周长为________.
解析:由+=1得a=5,b=3,则c==4,∴△AF1F2的周长为|AF1|+|AF2|+|F1F2|=2a+2c=18,△ABF2的周长为4a=20.
答案:18 20
7.(2016年10月浙江省学考T19)已知抛物线y2=2px过点A(1,2),则p=________,准线方程是________.
解析:由题可得,4=2p,解得p=2,所以准线方程为x=-=-1.
答案:2 x=-1
8.设P为椭圆+=1上的点,F1,F2为其左、右焦点,且△PF1F2的面积为6,则·=________.
解析:由椭圆方程知,F1(-,0),F2(,0),|F1F2|=2,不妨设点P(x,y)在第一象限,则S△PF1F2=×|F1F2|×y=y=6,y=,代入椭圆的方程,解得x=,则·=·=-7+=5.
答案:5
三、解答题
9.如图,椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,过F2的直线交椭圆于P,Q两点,且PQ⊥PF1.
(1)若|PF1|=2+,|PF2|=2-,求椭圆的标准方程;
(2)若|PF1|=|PQ|,求椭圆的离心率e.
解:(1)由椭圆的定义得,
2a=|PF1|+|PF2|=(2+)+(2-)=4,
故a=2.
设椭圆的半焦距为c,由已知PF1⊥PF2,
因此2c=|F1F2|=
==2.
即c=,从而b==1,
故所求椭圆的标准方程为+y2=1.
(2)连接F1Q,如图.
由椭圆的定义,
|PF1|+|PF2|=2a,|QF1|+|QF2|=2a,
从而由|PF1|=|PQ|=|PF2|+|QF2|,
有|QF1|=4a-2|PF1|.
又由PF1⊥PQ,|PF1|=|PQ|,知|QF1|=|PF1|,
因此,4a-2|PF1|=|PF1|,
则|PF1|=2(2-)a,从而|PF2|=2a-|PF1|=2a-2(2-)a=2(-1)a.
由PF1⊥PF2,知|PF1|2+|PF2|2=|F1F2|2=(2c)2,因此e==
===-.
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一、选择题
1.已知椭圆的方程为+=1,焦点在x轴上,则m的取值范围是( )
A.{m|-4≤m≤4}
B.{m|-4C.{m|m>4,或m<-4}
D.{m|0解析:选B 由16>m2>0得-42.双曲线3mx2-my2=3的一个焦点是(0,2),则m的值是( )
A.-1 B.1
C.- D.
解析:选A 方程化为标准形式为-=1,则+=4,解得m=-1.
3.若双曲线-=1(a>0,b>0)的焦点到其渐近线的距离等于实半轴长,则该双曲线的离心率为( )
A. B.5
C. D.2
解析:选C 取双曲线的一条渐近线bx+ay=0,则焦点(c,0)到该渐近线的距离d==b=a,则e===.
4.已知椭圆的方程为2x2+3y2=m(m>0),则此椭圆的离心率为( )
A. B.
C. D.
解析:选B 2x2+3y2=m(m>0)?+=1,
∴c2=-=,∴e2=,∴e=.故选B.
5.与双曲线-=1有共同的渐近线,且经过点(-3,2)的双曲线方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
解析:选D 设所求双曲线方程为-=k(k≠0),把(-3,2)代入方程得-=k,于是k=,故双曲线方程为-=,即-=1,故选D.
6.直线y=a(a∈R)与抛物线y2=x交点的个数是( )
A.0 B.1
C.2 D.0或1
答案:B
7.双曲线C:-=1(a>0,b>0)的右焦点为F,直线l过焦点F,且斜率为k,则直线l与双曲线C的左,右两支都相交的充要条件是( )
A.k>- B.k<
C.k>或k<- D.-解析:选D 由双曲线渐近线的几何意义知-8.过点(0,1)作直线,使它与抛物线y2=4x仅有一个公共点,这样的直线有( )
A.1条 B.2条
C.3条 D.4条
解析:选C 设过点(0,1)斜率为k的直线方程为y=kx+1.
由得k2x2+(2k-4)x+1=0.(*)
当k=0时,(*)式只有一个根;
当k≠0时,Δ=(2k-4)2-4k2=-16k+16,
由Δ=0,即-16k+16=0得k=1.
所以k=0或k=1时,直线与抛物线只有一个公共点,
又直线x=0和抛物线只有一个公共点.故共有3条直线与y2=4x仅有一个公共点.
9.椭圆+=1(a>b>0)的两顶点为A(a,0),B(0,b),且左焦点为F,△FAB是以角B为直角的直角三角形,则椭圆的离心率e为( )
A. B.
C. D.
解析:选B 由题意F(-c,0),=(c,b),=(a,-b),则·=0,即ac-b2=0,则c2+ac-a2=0,则e2+e-1=0,解得e=,又010.设O是坐标原点,F是抛物线y2=2px(p>0)的焦点,A是抛物线上的一点,与x轴正方向的夹角为60°,则||为( )
A. B.
C.p D.p
解析:选B 如图,过A作AD⊥x轴于D,令|FD|=m,则|FA|=2m,|AD|=m,由抛物线定义知|FA|=|AB|,即p+m=2m,∴m=p.
∴||= =p.
11.设圆(x+1)2+y2=25的圆心为C,A(1,0)是圆内一定点,Q为圆周上任一点.线段AQ的垂直平分线与CQ的连线交于点M,则M的轨迹方程为( )
A.-=1 B.+=1
C.-=1 D.+=1
解析:选D 如图,∵M为AQ垂直平分线上一点,则|AM|=|MQ|,∴|MC|+|MA|=|MC|+|MQ|=|CQ|=5,故M的轨迹为椭圆.
∴a=,c=1,则b2=a2-c2=,
∴椭圆的标准方程为+=1.
12.若一条双曲线的离心率为,则这条双曲线的( )
A.实轴长、虚轴长、焦距依次构成等差数列
B.虚轴长、实轴长、焦距依次构成等差数列
C.实轴长、虚轴长、焦距依次构成等比数列
D.虚轴长、实轴长、焦距依次构成等比数列
解析:选A 由于e==,设c=5k,则a=3k,b=4k,易知实轴长、虚轴长、焦距依次构成等差数列,故选A.
13.一动圆与圆O:x2+y2=1外切,与圆C:x2+y2-6x+8=0内切,那么动圆的圆心P的轨迹是( )
A.双曲线的一支 B.椭圆
C.抛物线 D.圆
解析:选A 圆C的方程可化为(x-3)2+y2=1,易知圆C与圆O相离,设动圆P的半径为R.因为圆P与圆O外切而与圆C内切,∴R>1,且|PO|=R+1,|PC|=R-1,∴|PO|-|PC|=2,即P在以O,C为焦点的双曲线的右支上(|PO|>|PC|).故选A.
14.已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的一条渐近线方程为y=x,且与椭圆+=1有公共焦点,则C的方程为( )
A.-=1 B.-=1
C.-=1 D.-=1
解析:选B 根据双曲线C的渐近线方程为y=x,
可知=.①
又椭圆+=1的焦点坐标为(3,0)和(-3,0),
所以a2+b2=9.②
根据①②可知a2=4,b2=5,
所以C的方程为-=1.
15.已知椭圆+=1(a>b>0)的两焦点为F1,F2,以F1F2为边作正三角形,若椭圆恰好平分正三角形的另两条边,则椭圆的离心率为( )
A.-1 B.
C. D.
解析:选A 如图,设正三角形与椭圆的交点为M,N,连接F1N,因为N是正三角形边上的中点,所以F1N⊥F2N,又∠F1F2N=60°,|F1F2|=2c,则|F1N|=c,|F2N|=c,由椭圆的定义,|F1N|+|F2N|=2a,即(+1)c=2a,则e===-1.
16.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=2,且·=1,则点P的轨迹方程是( )
A.x2+3y2=1(x>0,y>0)
B.x2-3y2=1(x>0,y>0)
C.3x2-y2=1(x>0,y>0)
D.3x2+y2=1(x>0,y>0)
解析:选A 设A(a,0),B(0,b),a>0,b>0.由=2,得(x,y-b)=2(a-x,-y),即a=x>0,b=3y>0.点Q(-x,y),故由·=1,得(-x,y)·(-a,b)=1,即ax+by=1.将a,b代入上式得所求的轨迹方程为x2+3y2=1(x>0,y>0).
17.以抛物线C的顶点为圆心的圆交C于A,B两点,交C的准线于D,E两点.已知|AB|=4,|DE|=2,则C的焦点到准线的距离为( )
A.2 B.4
C.6 D.8
解析:选B 设抛物线的方程为y2=2px(p>0),圆的方程为x2+y2=r2.
∵|AB|=4,|DE|=2,
抛物线的准线方程为x=-,
∴不妨设A,D.
∵点A,D在圆x2+y2=r2上,
∴∴+8=+5,∴p=4(负值舍去).
∴C的焦点到准线的距离为4.
18.已知A,B为双曲线E的左,右顶点,点M在E上,△ABM为等腰三角形,且顶角为120°,则E的离心率为( )
A. B.2
C. D.
解析:选D 由题意,设双曲线的方程为-=1(a>0,b>0),如图所示,设M在第一象限,由题意知|AB|=|BM|=2a,∠ABM=120°,所以在△ABM中,|AM|=2a,所以M(2a,a),代入双曲线方程得-=1,解得a2=b2,所以e=.故选D.
二、填空题
19.过点(3,2)且与+=1有相同焦点的椭圆的标准方程为____________;其离心率为________.
解析:由题,设椭圆的标准方程为+=1(λ>0),则有+=1,解得λ=10.故该椭圆的方程为+=1.离心率为e==.
答案:+=1
20.已知F是抛物线y2=4x的焦点,A,B是抛物线上的两点,|AF|+|BF|=12,则线段AB的中点到y轴的距离为________.
解析:记A,B在抛物线准线x=-1上的投影分别为A′,B′,故|AA′|+|BB′|=|AF|+|BF|=12,由中位线定理可得所求距离d=-1=5.
答案:5
21.已知过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线x-my+m=0与抛物线交于A,B两点,且△OAB(O为坐标原点)的面积为2,则m6+m4的值是________.
解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),由题意可知,=-m,将x=my-m代入抛物线方程y2=2px中,整理得y2-2pmy+2pm=0,由根与系数的关系,得y1+y2=2pm,y1y2=2pm,∴(y1-y2)2=(y1+y2)2-4y1y2=(2pm)2-8pm=16m4+16m2,又△OAB的面积S=×|y1-y2|=×(-m)×4=2,两边平方即可得m6+m4=2.
答案:2
22.如图,点A是椭圆+=1的右顶点,∠AOB=,点C是椭圆上的动点,则·的最小值等于________.
解析:设C(x,y),将OB所在直线与椭圆方程联立易得B(,1),故=(x-,y-1),又·=3(x-)(-3≤x≤3),故其最小值·≥3(-3-)=-9-3.
答案:-9-3
三、解答题
23.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右顶点分别为A,B,且长轴长为8,T为椭圆上任意一点,直线TA,TB的斜率之积为-.
(1)求椭圆C的方程;
(2)设O为坐标原点,过点M(0,2)的动直线与椭圆C交于P,Q两点,求·+·的取值范围.
解:(1)设T(x,y),由题意知A(-4,0),B(4,0),
设直线TA的斜率为k1,直线TB的斜率为k2,则k1=,k2=.
由k1k2=-,得·=-,
整理得+=1.
故椭圆C的方程为+=1.
(2)当直线PQ的斜率存在时,设直线PQ的方程为y=kx+2,点P,Q的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),直线PQ与椭圆方程联立,
得消去y,得(4k2+3)x2+16kx-32=0.
所以x1+x2=-,x1x2=-.
从而,·+·=x1x2+y1y2+[x1x2+(y1-2)(y2-2)]=2(1+k2)x1x2+2k(x1+x2)+4==-20+.
所以-20<·+·≤-.
当直线PQ的斜率不存在时,·+·的值为-20.
综上,·+·的取值范围为.
24.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,且与y轴相切.过原点O作倾斜角为的直线n交l于点A,交圆M于另一点B,且|AO|=|OB|=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l上的动点Q向圆M作切线,切点为S,T,求证:直线ST恒过一个定点,并求该定点的坐标.
解:(1)∵=|OA|·cos =2×=1,得p=2,
∴抛物线C的方程为y2=4x.
设圆M的半径为r,则r=·=2,
∴圆M的方程为(x-2)2+y2=4.
(2)设P(x,y)(x≥0),
则·=(2-x,-y)·(1-x,-y)=x2-3x+2+y2=x2+x+2.
∴当x=0时,·有最小值为2.
(3)证明:以点Q为圆心,QS为半径作圆Q,则线段ST即为圆Q与圆M的公共弦.
设点Q(-1,t),则|QS|2=|QM|2-4=t2+5,
∴圆Q的方程为(x+1)2+(y-t)2=t2+5.
∴直线ST的方程为3x-ty-2=0.(*)
∵一定是方程(*)的解,
∴直线ST恒过一个定点,且该定点坐标为.
25.已知椭圆+y2=1上两个不同的点A,B关于直线y=mx+对称.
(1)求实数m的取值范围;
(2)求△AOB面积的最大值(O为坐标原点).
解:(1)由题意设直线AB的方程为x=-my+n,
代入椭圆方程+y2=1,可得
(m2+2)y2-2mny+n2-2=0,
则Δ=4m2n2-4(n2-2)(m2+2)
=8(m2-n2+2)>0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),AB中点P(x0,y0).
则y1+y2=,y1y2=,
y0==,x0=-m·+n=,
又点P在直线y=mx+上,
∴=+,
∴n=-,代入Δ>0,可得3m4+4m2-4>0,
解得m2>,即m<-或m>,则m的取值范围是∪.
(2)直线AB与x轴的交点的横坐标为n,
∴S△AOB=|n|·|y1-y2|=|n|
==,
又n2(m2+2-n2)≤2=,∴S△AOB≤·=,
当且仅当n2=m2+2-n2,
即2n2=m2+2时等号成立.
又n=-,则m=±,
故当且仅当m=±时,S△AOB取最大值为.