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學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得,業(yè)必貴于專精第15講定向變形——破解解析幾何綜合問題解析幾何的綜合問題主要以圓錐曲線為載體,著重考查解析幾何的基本思想,利用代數(shù)方法研究幾何的基本特點(diǎn)與性質(zhì),計(jì)算量大,運(yùn)算能力要求高,其解法主要涉及方程的思想和根與系數(shù)的關(guān)系.在進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算時(shí),借助平面幾何中的結(jié)論,可簡化運(yùn)算.1.清楚交點(diǎn)坐標(biāo)的代數(shù)意義.當(dāng)直線與圓錐曲線相交時(shí),往往要設(shè)出交點(diǎn)坐標(biāo):A(x1,y1),B(x2,y2),直線方程與圓錐曲線方程聯(lián)立,消去y(x)后,得到關(guān)于x(y)的二次方程(二次項(xiàng)系數(shù)不等于零),交點(diǎn)坐標(biāo)就是二次方程的解,于是得到一個(gè)不等關(guān)系:Δ〉0(有時(shí)顯然成立,可略去),兩組等量關(guān)系:x1+x2,x1x2(y1+y2,y1y2)的表達(dá)式.2.根與系數(shù)的關(guān)系是變形的方向與靈魂.當(dāng)一條直線與一圓錐曲線相交時(shí),對(duì)交點(diǎn)坐標(biāo)的處理一般是設(shè)而不求,整體利用x1+x2,x1x2(y1+y2,y1y2)是解決多數(shù)問題的必經(jīng)之路.當(dāng)一個(gè)問題涉及多條直線時(shí),這些直線往往是相關(guān)直線,把最關(guān)鍵的直線找出來,設(shè)出來,其余直線的方程就會(huì)相應(yīng)寫出.所以,解決直線與圓錐曲線的相交問題,切入點(diǎn)往往是直線,需要設(shè)出動(dòng)直線方程.如何利用根與系數(shù)的關(guān)系是這類問題的靈魂.3.掌握重要的運(yùn)算技巧.直線與圓錐曲線的綜合問題也往往需要有一定的運(yùn)算技巧.一是往往根據(jù)題設(shè)中的幾何特征聯(lián)想幾何性質(zhì),將幾何關(guān)系轉(zhuǎn)化為代數(shù)關(guān)系,如已知兩條直線的傾斜角互補(bǔ)(不與x軸垂直),則這兩條直線的斜率互為相反數(shù).二是一些點(diǎn)的坐標(biāo)、關(guān)系式可由已求得的坐標(biāo)、關(guān)系式經(jīng)過變量代換而得到,如過同一點(diǎn)且斜率分別為k、-k的兩條直線都與同一圓錐曲線相交,由斜率為k的直線方程與圓錐曲線方程聯(lián)立而得到的判別式,根與系數(shù)的關(guān)系,用-k代換k,就可直接得到斜率為-k的直線與該圓錐曲線相交時(shí)相應(yīng)的判別式,根與系數(shù)的關(guān)系,不用再聯(lián)立方程,重復(fù)操作.三是有時(shí)需要解出交點(diǎn)坐標(biāo),如過圓錐曲線上一點(diǎn)的直線與該圓錐曲線相交,往往利用根與系數(shù)的關(guān)系,求出另一個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo).例1如圖,橢圓C:eq\f(x2,a2)+eq\f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq\f(1,2),其左焦點(diǎn)到點(diǎn)P(2,1)的距離為eq\r(10),不過原點(diǎn)O的直線l與C相交于A,B兩點(diǎn),且線段AB被直線OP平分.(1)求橢圓C的方程;(2)求△ABP面積取最大值時(shí)直線l的方程.解后反思對(duì)于最值問題,一般是利用函數(shù)思想,建立所求量的目標(biāo)函數(shù),轉(zhuǎn)化為函數(shù)最值問題.要特別注意定義域,一定要深刻挖掘題目中的隱含條件,如判別式大于零等.例2已知橢圓C的中心在坐標(biāo)原點(diǎn),焦點(diǎn)在x軸上,橢圓C上的點(diǎn)到焦點(diǎn)距離的最大值為3,最小值為1.(1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;(2)若直線l的斜率存在,且與橢圓C相交于A、B兩點(diǎn)(A、B不是左右焦點(diǎn)),且以AB為直徑的圓過橢圓的右頂點(diǎn),求證:直線l過定點(diǎn),并求出該定點(diǎn)的坐標(biāo).解后反思直線過定點(diǎn)問題,當(dāng)直線斜率存在時(shí),一般設(shè)直線方程為y=kx+m,k、m是參數(shù).通過題設(shè)條件,找到k與m的關(guān)系,其中一個(gè)用另一個(gè)代換,轉(zhuǎn)化為單參數(shù),將y=kx+m變形為y=k′(x-a)+b(a、b是常數(shù)),從而判斷直線過定點(diǎn)(a,b).也可從特殊入手,利用兩條特殊直線的交點(diǎn),探索出定點(diǎn),再證明這個(gè)點(diǎn)與變量無關(guān),恒在直線上.對(duì)于圓錐曲線過定點(diǎn)的問題,一般是特殊入手,探索出定點(diǎn),再利用定義或圓錐曲線方程,證明這個(gè)點(diǎn)恒在該圓錐曲線上.例3在直角坐標(biāo)系xOy中,曲線C1上的點(diǎn)均在圓C2:(x-5)2+y2=9外,且對(duì)C1上任意一點(diǎn)M,M到直線x=-2的距離等于該點(diǎn)與圓C2上點(diǎn)的距離的最小值.(1)求曲線C1的方程;(2)設(shè)P(x0,y0)(y0≠±3)為圓C2外一點(diǎn),過P作圓C2的兩條切線,分別與曲線C1相交于點(diǎn)A,B和C,D.證明:當(dāng)P在直線x=-4上運(yùn)動(dòng)時(shí),四點(diǎn)A,B,C,D的縱坐標(biāo)之積為定值.解后反思解決定值問題時(shí),要善于運(yùn)用辯證的觀點(diǎn)去思考分析,在“可變”的因素中尋求“不變”的量.對(duì)于這類問題,通常有兩種處理方法:①從特殊入手,探索出定值,再證明這個(gè)值與變量無關(guān).②直接推理、計(jì)算,并在計(jì)算中消去變量,從而得到定值.總結(jié)感悟解析幾何的綜合問題主要以圓錐曲線為載體,考查解析幾何的坐標(biāo)法思想,主要利用代數(shù)的方法即方程的思想和根與系數(shù)的關(guān)系研究幾何問題的性質(zhì),在進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算時(shí),借助平面幾何中的結(jié)論,可簡化運(yùn)算.A級(jí)1.設(shè)F為拋物線C:y2=3x的焦點(diǎn),過F且傾斜角為30°的直線交C于A,B兩點(diǎn),則AB=________.2.已知F1,F(xiàn)2為雙曲線C:x2-y2=2的左、右焦點(diǎn),點(diǎn)P在C上,PF1=2PF2,則cos∠F1PF2=________.3.已知F是拋物線C:y2=4x的焦點(diǎn),直線l:y=k(x+1)與拋物線C交于A,B兩點(diǎn),記直線FA,F(xiàn)B的斜率分別為k1,k2,則k1+k2=________.4.等腰Rt△AOB內(nèi)接于拋物線y2=2px(p>0),O為拋物線的頂點(diǎn),OA⊥OB,則△AOB的面積是________.5.橢圓eq\f(x2,3)+y2=1被直線x-y+1=0所截得的弦長AB=________.6.F1,F(xiàn)2是橢圓eq\f(x2,2)+y2=1的兩個(gè)焦點(diǎn),過F2作傾斜角為eq\f(π,4)的弦AB,則△F1AB的面積為________.7.已知以F1(-2,0),F(xiàn)2(2,0)為焦點(diǎn)的橢圓與直線x+eq\r(3)y+4=0有且僅有一個(gè)公共點(diǎn),則橢圓的長軸長為______.B級(jí)8.已知拋物線C:y2=8x與點(diǎn)M(-2,2),過C的焦點(diǎn)且斜率為k的直線與C交于A、B兩點(diǎn).若eq\o(MA,\s\up6(→))·eq\o(MB,\s\up6(→))=0,則k的值為________.9.斜率為1的直線l與橢圓eq\f(x2,4)+y2=1相交于A,B兩點(diǎn),則AB的最大值為________.10.已知拋物線C1:y=eq\f(1,2p)x2(p>0)的焦點(diǎn)與雙曲線C2:eq\f(x2,3)-y2=1的右焦點(diǎn)的連線交C1于第一象限的點(diǎn)M。若C1在點(diǎn)M處的切線平行于C2的一條漸近線,則p=________。11.已知橢圓C:eq\f(x2,a2)+eq\f(y2,b2)=1(a>b>0)的左焦點(diǎn)為F,橢圓C與過原點(diǎn)的直線相交于A,B兩點(diǎn),連結(jié)AF,BF。若AB=10,AF=6,cos∠ABF=eq\f(4,5),則C的離心率e=________.12.已知直線y=a交拋物線y=x2于A,B兩點(diǎn).若該拋物線上存在點(diǎn)C,使得∠ACB為直角,則a的取值范圍為________.13.已知橢圓的一個(gè)頂點(diǎn)為A(0,-1),焦點(diǎn)在x軸上,中心在原點(diǎn).若右焦點(diǎn)到直線x-y+2eq\r(2)=0的距離為3。(1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;(2)設(shè)直線y=kx+m(k≠0)與橢圓相交于不同的兩點(diǎn)M,N.當(dāng)AM=AN時(shí),求m的取值范圍.
第15講定向變形——破解解析幾何綜合問題題型分析例1解(1)設(shè)橢圓左焦點(diǎn)為F(-c,0),則由題意得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\r((2+c)2+1)=\r(10),,\f(c,a)=\f(1,2),))得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(c=1,,a=2,))所以橢圓方程為eq\f(x2,4)+eq\f(y2,3)=1.(2)設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),線段AB的中點(diǎn)為M.當(dāng)直線AB與x軸垂直時(shí),直線AB的方程為x=0,與不過原點(diǎn)的條件不符,舍去.故可設(shè)直線AB的方程為y=kx+m(m≠0),由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+m,,3x2+4y2=12))消去y,整理得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,①則Δ=64k2m2-4(3+4k2)(4m2-12)>0,eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x1+x2=-\f(8km,3+4k2),,x1x2=\f(4m2-12,3+4k2).))所以線段AB的中點(diǎn)M(-eq\f(4km,3+4k2),eq\f(3m,3+4k2)),因?yàn)镸在直線OP上,所以eq\f(3m,3+4k2)=eq\f(-2km,3+4k2),得m=0(舍去)或k=-eq\f(3,2)。此時(shí)方程①為3x2-3mx+m2-3=0,則Δ=3(12-m2)>0,eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x1+x2=m,,x1x2=\f(m2-3,3).))所以AB=eq\r(1+k2)·|x1-x2|=eq\f(\r(39),6)·eq\r(12-m2).設(shè)點(diǎn)P到直線AB距離為d,則d=eq\f(|8-2m|,\r(32+22))=eq\f(2|m-4|,\r(13)).設(shè)△ABP的面積為S,則S=eq\f(1,2)AB·d=eq\f(\r(3),6)·eq\r((m-4)2(12-m2)),其中m∈(-2eq\r(3),0)∪(0,2eq\r(3)).令u(m)=(12-m2)(m-4)2,m∈-2eq\r(3),2eq\r(3)],u′(m)=-4(m-4)(m2-2m-6)=-4(m-4)·(m-1-eq\r(7))(m-1+eq\r(7)).所以當(dāng)且僅當(dāng)m=1-eq\r(7)時(shí),u(m)取到最大值.故當(dāng)且僅當(dāng)m=1-eq\r(7)時(shí),S取到最大值.綜上,所求直線l的方程為3x+2y+2eq\r(7)-2=0.例2解(1)由題意設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq\f(x2,a2)+eq\f(y2,b2)=1(a>b>0),由題意得:a+c=3,a-c=1,解得a=2,c=1,所以b2=a2-c2=3?!鄼E圓的標(biāo)準(zhǔn)方程是eq\f(x2,4)+eq\f(y2,3)=1。(2)設(shè)直線l的方程為y=kx+m,A(x1,y1),B(x2,y2),由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=kx+m,,\f(x2,4)+\f(y2,3)=1,))整理得(3+4k2)x2+8mkx+4(m2-3)=0,Δ=64m2k2-16(3+4k2)(m2-3)〉0,即3+4k2-m2〉0,①x1+x2=-eq\f(8mk,3+4k2),x1x2=eq\f(4(m2-3),3+4k2)。又y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+mk(x1+x2)+m2=eq\f(3(m2-3),3+4k2).∵以AB為直徑的圓過橢圓的右頂點(diǎn)D(2,0),∴kAD·kBD=-1,即eq\f(y1,x1-2)·eq\f(y2,x2-2)=-1,即y1y2+x1x2-2(x1+x2)+4=0,∴eq\f(3(m2-4k2),3+4k2)+eq\f(4(m2-3),3+4k2)+eq\f(16mk,3+4k2)+4=0,∴7m2+16mk+4k2=0,解得:m1=-2k,m2=-eq\f(2k,7),且均滿足①.當(dāng)m1=-2k時(shí),l的方程為y=k(x-2),直線過定點(diǎn)(2,0),與已知矛盾.當(dāng)m2=-eq\f(2k,7)時(shí),l的方程為y=k(x-eq\f(2,7)),直線過定點(diǎn)(eq\f(2,7),0).∴直線l過定點(diǎn),定點(diǎn)坐標(biāo)為(eq\f(2,7),0).例3(1)解方法一設(shè)M的坐標(biāo)為(x,y),由已知得|x+2|=eq\r((x-5)2+y2)-3.易知圓C2上的點(diǎn)位于直線x=-2的右側(cè),于是x+2>0,所以eq\r((x-5)2+y2)=x+5?;喌们€C1的方程為y2=20x.方法二由題設(shè)知,曲線C1上任意一點(diǎn)M到圓C2圓心(5,0)的距離等于它到直線x=-5的距離.因此,曲線C1是以(5,0)為焦點(diǎn),直線x=-5為準(zhǔn)線的拋物線.故其方程為y2=20x。(2)證明當(dāng)點(diǎn)P在直線x=-4上運(yùn)動(dòng)時(shí),P的坐標(biāo)為(-4,y0).又y0≠±3,則過P且與圓C2相切的直線的斜率k存在且不為0,每條切線都與拋物線有兩個(gè)交點(diǎn),切線方程為y-y0=k(x+4),即kx-y+y0+4k=0。于是eq\f(|5k+y0+4k|,\r(k2+1))=3。整理得72k2+18y0k+yeq\o\al(2,0)-9=0.①設(shè)過P所作的兩條切線PA,PC的斜率分別為k1,k2,則k1,k2是方程①的兩個(gè)實(shí)根.故k1+k2=-eq\f(18y0,72)=-eq\f(y0,4).②由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(k1x-y+y0+4k1=0,,y2=20x))得k1y2-20y+20(y0+4k1)=0.③設(shè)四點(diǎn)A,B,C,D的縱坐標(biāo)分別為y1,y2,y3,y4,則y1,y2是方程③的兩個(gè)實(shí)根,所以y1y2=eq\f(20(y0+4k1),k1)。④同理可得y3y4=eq\f(20(y0+4k2),k2)。⑤于是由②④⑤三式得y1y2y3y4=eq\f(400(y0+4k1)(y0+4k2),k1k2)=eq\f(400[yeq\o\al(2,0)+4(k1+k2)y0+16k1k2],k1k2)=eq\f(400(yeq\o\al(2,0)-yeq\o\al(2,0)+16k1k2),k1k2)=6400.所以,當(dāng)P在直線x=-4上運(yùn)動(dòng)時(shí),四點(diǎn)A,B,C,D的縱坐標(biāo)之積為定值6400.線下作業(yè)1.12解析焦點(diǎn)F的坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(3,4),0)),方法一直線AB的斜率為eq\f(\r(3),3),所以直線AB的方程為y=eq\f(\r(3),3)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x-\f(3,4))),即y=eq\f(\r(3),3)x-eq\f(\r(3),4),代入y2=3x,得eq\f(1,3)x2-eq\f(7,2)x+eq\f(3,16)=0。設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=eq\f(21,2),所以AB=x1+x2+p=eq\f(21,2)+eq\f(3,2)=12.方法二由拋物線焦點(diǎn)弦的性質(zhì)可得AB=eq\f(2p,sin2θ)=eq\f(3,sin230°)=12.2.eq\f(3,4)解析由雙曲線定義知,PF1-PF2=2eq\r(2),又PF1=2PF2,∴PF2=2eq\r(2),PF1=4eq\r(2)。F1F2=2c=2eq\r(a2+b2)=4?!郼os∠F1PF2=eq\f(PFeq\o\al(2,1)+PFeq\o\al(2,2)-F1Feq\o\al(2,2),2PF1·PF2)=eq\f(32+8-16,2×2\r(2)×4\r(2))=eq\f(24,16×2)=eq\f(3,4).3.0解析由y2=4x,得拋物線焦點(diǎn)F(1,0),聯(lián)立eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=k(x+1),,y2=4x,))得k2x2+(2k2-4)x+k2=0,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=eq\f(4-2k2,k2),x1x2=1.k1+k2=eq\f(y1,x1-1)+eq\f(y2,x2-1)=eq\f(k(x1+1)(x2-1)+k(x2+1)(x1-1),(x1-1)(x2-1))=eq\f(2k(x1x2-1),(x1-1)(x2-1))=eq\f(2k(1-1),(x1-1)(x2-1))=0。4.4p2解析∵拋物線的對(duì)稱軸為x軸,內(nèi)接△AOB為等腰直角三角形,由拋物線的對(duì)稱性知,直線AB與拋物線的對(duì)稱軸垂直,從而直線OA與x軸的夾角為45°。由方程組eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=x,,y2=2px,))得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=0,,y=0,))或eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x=2p,,y=2p.))∴A,B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(2p,2p)和(2p,-2p).∴|AB|=4p?!郤△AOB=eq\f(1,2)×4p×2p=4p2。5.eq\f(3\r(2),2)解析由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x-y+1=0,\f(x2,3)+y2=1))得交點(diǎn)為(0,1),(-eq\f(3,2),-eq\f(1,2)),則AB=eq\r((\f(3,2))2+(1+\f(1,2))2)=eq\f(3\r(2),2)。6。eq\f(4,3)解析不妨設(shè)橢圓的右焦點(diǎn)為F2(1,0),A(x1,y1),B(x2,y2),則直線AB的方程為y=x-1.由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(y=x-1,,\f(x2,2)+y2=1,))得3x2-4x=0,∴x1=0,x2=eq\f(4,3).根據(jù)弦長公式得AB=eq\r(1+k2)|x1-x2|=eq\f(4\r(2),3).橢圓的左焦點(diǎn)F1(-1,0)到直線AB的距離d=eq\f(|-1-0-1|,\r(1+1))=eq\r(2),∴S△F1AB=eq\f(1,2)d·AB=eq\f(1,2)×eq\r(2)×eq\f(4\r(2),3)=eq\f(4,3).7.2eq\r(7)解析由題意可設(shè)橢圓方程為eq\f(x2,a2)+eq\f(y2,a2-4)=1,聯(lián)立直線與橢圓方程,由Δ=0得a=eq\r(7).故長軸長為2eq\r(7).8.2解析聯(lián)立直線與拋物線的方程,消元得一元二次方程并得兩根之間的關(guān)系,由eq\o(MA,\s\up6(→))·eq\o(MB,\s\up6(→))=0進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)算解未知量k.拋物線C的焦點(diǎn)為F(2,0),則直線方程為y=k(x-2),與拋物線方程聯(lián)立,消去y并化簡得k2x2-(4k2+8)x+4k2=0.設(shè)點(diǎn)A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=4+eq\f(8,k2),x1x2=4.所以y1+y2=k(x1+x2)-4k=eq\f(8,k),y1y2=k2x1x2-2(x1+x2)+4]=-16。因?yàn)閑q\o(MA,\s\up6(→))·eq\o(MB,\s\up6(→))=(x1+2,y1-2)·(x2+2,y2-2)=(x1+2)(x2+2)+(y1-2)·(y2-2)=x1x2+2(x1+x2)+y1y2-2(y1+y2)+8=0,將上面各個(gè)量代入,化簡得k2-4k+4=0,所以k=2。9.eq\f(4\r(10),5)解析設(shè)A,B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),直線l的方程為y=x+t,由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(x2+4y2=4,,y=x+t))消去y,得5x2+8tx+4(t2-1)=0,則x1+x2=-eq\f(8,5)t,x1x2=eq\f(4(t2-1),5).∴AB=eq\r(1+k2)|x1-x2|=eq\r(1+k2)·eq\r((x1+x2)2-4x1x2)=eq\r(2)·eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(8,5)t))\s\up12(2)-4×\f(4(t2-1),5))=eq\f(4\r(2),5)·eq\r(5-t2),當(dāng)t=0時(shí),ABmax=eq\f(4\r(10),5).10.eq\f(4\r(3),3)解析拋物線C1的標(biāo)準(zhǔn)方程為:x2=2py,其焦點(diǎn)F為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(0,\f(p,2))),雙曲線C2的右焦點(diǎn)F′為(2,0),漸近線方程為:y=±eq\f(\r(3),3)x.由y′=eq\f(1,p)x=eq\f(\r(3),3)得x=eq\f(\r(3),3)p,故Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),3)p,\f(p,6))).由F、F′、M三點(diǎn)共線得p=eq\f(4\r(3),3).1
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