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文檔簡介

第07講拓展一:中點弦問題

一、知識點歸納

知識點01:相交弦中點(點差法):

直線與曲線相交,涉及到交線中點的題型,多數(shù)用點差法。按下面方法整理出式子,然后根據(jù)實際

情況處理該式子。

主要有以下幾種問題:

(1)求中點坐標;(2)求中點軌跡方程;(3)求直線方程;(4)求曲線;

中點%=七迤,%=2|生

知識點02:點差法:

2222

設(shè)直線和曲線的兩個交點4(西,%),8(々,為),代入橢圓方程,得%+4=1;與+終=1;

abab

將兩式相減,可得立W+Jj=O;a+X2”「X2)=—(/+%),「%);

a2b2ab-

最后整理得:1=,;(%+%)(…)=I=-^4.A

b(再+%2)(玉一無2)bx0

同理,雙曲線用點差法,式子可以整理成:1=:。+%)『%)=1=^,£_.A

b(Xj+x2)(x1-x2)bx0

設(shè)直線和曲線的兩個交點4(X],%),8(%,%),代入拋物線方程,得必2=2p%;)^=2匹;

將兩式相減,可得(乂—乃)(%+%)=2。(王—々);整理得:=——

XX

1-2%+丁2

二、題型精講

題型01求直線方程

22

【典例1】(2023春?寧夏吳忠?高二吳忠中學??计谥校┻^點M(1,1)的直線與橢圓乙+乙=1交于AB兩點,

43

且點M平分弦AB,則直線的方程為()

A.4%+3>-7=0B.3x+4y-7=0

C.3x—4y+l=0D.4%—3y—1=0

【答案】B

+日=1①

3

【詳解】設(shè)4(占,月),3(%,%),直線/斜率為%,則有<

+立=1②

43

①②得(芭+%)(芭一馬)1(%+>2)(%->2)_0,

因為點A7為AB中點,貝!)為+無2=2,必+必=2,

所以九二三+2(%-=o,即4=AZA=_1.,

23占一尤24

所以直線/的方程為y—1=—:(x—1),整理得3%+4y—7=0

故選:B

22

【典例2】(2023秋?新疆巴音郭楞?高二??计谀?)求過點(2,0),與雙曲線匕一上=1離心率相等的

6416

雙曲線的標準方程.

(2)已知雙曲線;->2=1,求過點A(3,-l)且被點A平分的弦所在直線的方程.

【答案】(1)(2)3x+4y-5=0.

【詳解】⑴???雙曲線過點(2,0),.?.所求雙曲線的焦點在x軸上,

22

又所求雙曲線離心率與雙曲線匕-二=1離心率相同,

6416

22

二可設(shè)其方程為:二-乙=〃彳>0),

6416'7

將(2,0)代入雙曲線方程得:2=2,則所求雙曲線標準方程為:^-/=1.

(2)方法一:由題意知:所求直線的斜率存在,

可設(shè)其方程為:y+l=%(x-3),即產(chǎn)區(qū)-301,

y=kx-3k-l

由K得:(1一442)尤2+8左(3左+1)無一36左2—24左一8=0,

1—4K

又A(3,-l)為MV中點,;.A^=_4:(3:;)=3,解得:k=~,

當左=一:時,滿足A=36x1|-4x(_:]x]-?]=5>0,符合題意;

41614八4)

35

,所求直線MN的方程為:尸丁+“即3x+4I=。;

方法二:設(shè)法("J,、(%,%),

均在雙曲線上,:,

兩式作差得:…

直線MN的斜率%=乏*=[立乜,

玉一%4%+%

3

又A(3,—l)為肱V中點,,XI+X2=6,%+必=-2,=

經(jīng)檢驗:該直線MN存在,

???所求直線MV的方程為:y+l=-^(x-3),即3尤+4y-5=0.

【典例3】(2023春?四川?高二統(tǒng)考期末)已知直線/與拋物線C:y?=8x相交于A、8兩點.

⑴若直線/過點。(4,1),且傾斜角為45。,求|的的值;

⑵若直線/過點。(4,1),且弦A8恰被Q平分,求A8所在直線的方程.

【答案]⑴8君

(2)4x-^-15=0

【詳解】(1)因直線/的傾斜角為45。,所以直線/的斜率左=tan49=l,

又因直線/過點。(4』),

所以直線/的方程為:廣1=無-4,即汗尤-3,

聯(lián)立丁=也得彳2-14犬+9=0,

設(shè)/(勺,九),夕(乙,九),

所以4+/=",xAxB=9,

22

所以|=^(1+Z:)[(XA+XB)-4XA]={2x(142—4x9)=86

(2)因A、8在拋物線C:V=8無上,

所以獷=84,y;=8XB,

兩式相減得:y;-需=8尤A-84,

y—y888.

得A__JBB_=----------=——=-=4

'xA-xByA+yB2y22

故直線/的斜率為4,

所以直線/的方程為:y-l=4(x-4),即4x-y-15=0

2

【變式1](2023?全國?高三專題練習)過點網(wǎng)2,1)的直線/與雙曲線/一1_=1相交于4,8兩點,若P是線

段A5的中點,則直線/的方程是()

A.6%-^-11=0B.6x+y-13=0

C.2x-3y-l=0D.3x-2y-4=0

【答案】A

Aj------1

【詳解】解:設(shè)4(和乂),巴.乂),貝U臺,

兩式相減得直線的斜率為k=生*=3(*+/)=手=6,

又直線/過點P(2,l),

所以直線/的方程為6x-y-ll=0,

經(jīng)檢驗此時/與雙曲線有兩個交點.

故選:A

【變式2](2023春?河南?高二臨潁縣第一高級中學校聯(lián)考開學考試)已知橢圓C:J3=l(a>6>0)的長

a

軸比短軸長2,橢圓C的離心率為立.

4

⑴求橢圓C的方程;

(2)若直線/與橢圓C交于兩點,且線段4?的中點為加(-2,1),求/的方程.

22

【答案】⑴土+匕=1

169

⑵9元-8y+26=0

【詳解】(1)因為橢圓C的離心率為立,所以工=1一1,解得2=]..

416a2a4

又橢圓C的長軸比短軸長2,所以2a-2/?=2,

b3

—=—r<2=4,

聯(lián)立方程組a4,解得,:

2a-26=2i

22

所以橢圓C的方程為土+匕=1.

169

(2)顯然點M(-2,1)在橢圓9f+i6y2=i44內(nèi),

+16^=144

,因為在橢圓C上,所以

+16必=144

兩個方程相減得9(x;-x;)+16(y;-£)=0,即9(為一超乂%+%2)=-16(^-^2)(^+

因為線段AB的中點為“(-2,1),所以玉+%=-4,%+%=2,

?一%9-49

所以__V__一_

162—8.

x1-x2

g

所以/的方程為V—1=晟(%+2),即9x—8y+26=0.

8

【變式3](2023春?內(nèi)蒙古呼倫貝爾?高二??茧A段練習)已知拋物線C:x2=-2py(p>0)的焦點為

萬,4(%-9)是拋物線C上的點,K|AF|=15.

⑴求拋物線C的方程;

⑵已知直線/交拋物線C于兩點,且MN的中點為(6,T),求直線/的方程.

【答案】⑴V=-24y

(2)x+2y+2=0

【詳解】(1)因為|A典=9+§=15,

所以P=12,

故拋物線C的方程為V=-24y.

兩式相減得尤=-24(%一%),整理得』二包=一五滬.

七一K

/、Vi-121

因為MV的中點為(6,-4),所以%T==-五=-不,

所以直線/的方程為y+4=-g(尤-6),即x+2y+2=0.

題型02處理存在性問題

【典例1】(2023?全國?高三專題練習)已知拋物線C:d=2py(p>0)的焦點為£E為C上的動點,EQ垂

直于動直線y=f(r<0),垂足為Q,當△E。尸為等邊三角形時,其面積為4百.

⑴求C的方程;

22

⑵設(shè)。為原點,過點E的直線/與C相切,且與橢圓上+匕=1交于A,8兩點,直線。。與A3交于點",

42

試問:是否存在f,使得|4〃|=忸M|?若存在,求f的值;若不存在,請說明理由.

【答案】⑴Y=4y;

(2)r=-l.

【詳解】(1);AEQ/為等邊三角形時,其面積為46,

1x|£2|2siny=4V3,解得|明=4,

根據(jù)年刊=但。|和拋物線的定義可知,。落在準線上,即y=/=-|,

設(shè)準線和y軸交點為H,易證=于是F2|cos1=2=|m卜p,

C的方程為無J4y;

(2)假設(shè)存在/,使得則M線為段AB的中點,

設(shè)E、,,|("0),依題意得0(”,則后2=:,

由y=亍可得y=|,所以切線/的斜率為左=;/,

設(shè)A(4yJ,B(x2,y2),線段AB的中點M]七強

所以一%)+(必+%)(%一%)=0

42

整理可得:卡y-%1.y箕+告必=-15,即勺1所以15無。.勺M=_1J,

七一超七十元2222Z

7177/

可得%0M=---,又因為左0。=%0"=一,

所以當f=—l時,k0Q=k0M=--,此時O,M,Q三點共線,滿足〃為A8的中點,

尤0

綜上,存在心使得點/為AB的中點恒成立,/=-!.

【典例2](2023春?江西萍鄉(xiāng),高二校聯(lián)考階段練習)已知雙曲線01-1=1(°>0/>0)的右焦點為尸(?,0),

ab

且C的一條漸近線經(jīng)過點O(A/2,1).

⑴求C的標準方程;

(2)是否存在過點尸(2,1)的直線/與C交于不同的A,B兩點,且線段A3的中點為尸.若存在,求出直線/的方

程;若不存在,請說明理由.

22

【答案】⑴工-匕=1

42

⑵不存在,理由見解析

【詳解】⑴解:因為雙曲線C的右焦點為尸(五0),所以c=",可得/+加=6,

b1

又因為雙曲線C的一條漸近線經(jīng)過點。(點,1),可得£=&,即〃=2",

f+〃2=6

聯(lián)立方程組2,解得標=44=2,

[片=2b2

22

所以雙曲線C的標準方程為上-匕=1.

42

(2)解:假設(shè)存在符合條件的直線/,易知直線/的斜率存在,

設(shè)直線/的斜率為鼠且4和%),8(々,為),

4上1)

則42,兩式相減得尤;一只=2(才一貨),所以二21.空造=;,

X

X2y2]%2%十12乙

彳一下一

21

因為AB的中點為尸(2,1),所以外+々=4,%+%=2,所以左x:=彳,解得左=1,

42

直線/的方程為k1=彳-2,即y=x-l,

22

把直線y=x-l代入土-乙=1,整理得尤2-4X+6=0,

42

可得A=(-4)2-4X6<0,該方程沒有實根,所以假設(shè)不成立,

即不存在過點尸(2.1)的直線/與C交于A8兩點,使得線段的中點為尸.

22

【變式1](2023秋?重慶北培?高二西南大學附中??茧A段練習)雙曲線C:^-1r=1(。>0力>0)的漸近

線方程為y=2x,一個焦點到該漸近線的距離為2.

⑴求C的方程;

(2)是否存在直線/,經(jīng)過點M(L4)且與雙曲線C于A,8兩點,M為線段A8的中點,若存在,求/的方程:

若不存在,說明理由.

2

【答案】⑴」2一匕=1

4

(2)存在;y=X+3.

【詳解】(1)雙曲線C:m-1=l(a>0)>0)的漸近線為y=±2尤,

aba

h

因為雙曲線的一條漸近線方程為y=2x,所以2=2,

a

|2c|_

又焦點(c,o)到直線y=2x的距離d=/+(\)2=2,所以c=百,

2

又/=4+〃,所以〃=1,b2=4,所以雙曲線方程為Y一二=1

4

(2)假設(shè)存在,由題意知:直線的斜率存在,設(shè)B(x2,y2),直線/的斜率為%,則玉+%=2,

%+丫2=8,

兩式相減得x;一W一?+1=0,即(>+可-%)=?+%-%)

即'3+:4,所以缺=4,解得左=1,

(一+%)(%-%)

所以直線/的方程為>-4=尤-1,即y=x+3,

經(jīng)檢驗直線/:>=尤+3與雙曲線C有兩個交點,滿足條件,

所以直線/的方程為了=尤+3.

題型03求弦中點的軌跡方程

【典例1】(2023?全國?高三專題練習)已知曲線r上一動點尸到兩定點4(0,-2),工(0,2)的距離之和為4拒,

過點。(—1,0)的直線L與曲線「相交于點3(孫幻.

⑴求曲線「的方程;

(2)動弦AB滿足:AM=MB>求點M的軌跡方程;

22

【答案】⑴匕+土=1

84

(2)(2r+l)2+2/=l;

【詳解】(1)因為動點尸到兩定點片(。,-2),耳(0,2)的距離之和為40>4,

所以曲線「是以耳(0,-2),鳥(0,2)為焦點的橢圓,c=2,2a=40,

22

所以0=2后,萬2=/_02=4,所以曲線「的方程為匕+土=1;

84

(2)因為而=礪,所以M為A8中點,設(shè)M(x,y),

當A3的斜率存在且不為0時,將"孫必)代入橢圓方程中得:

止+江=1,豈+立=1,兩式相減得上犬+立二五=o,即江空左=-2,所以磯(“=-[=-2,

848484%一馬x1+x24

即%“小?!?-2,2.)=一2,整理得(2x+iy+2y2=l;

x+1X

當A3的斜率不存在或為0時,有"(TO)或M(0,0),也滿足(2x+l)2+2y2=l;

所以點M的軌跡方程是(2x+iy+2y2=l;

22

綜上,曲線「的方程為1+?=1,點M的軌跡方程是(2r+l)2+2y2=l.

【典例2】(2023?全國?高三專題練習)已知拋物線V=2x,過點。(2,1)作一條直線交拋物線于A,8兩點,

試求弦A8的中點軌跡方程.

【答案】=X~\'

【詳解】方法1:設(shè)A(為,M),3(々,必),弦A3的中點為M(x,y),貝lj%+%=2y,

當直線A5的斜率存在時,3rl=言.

Ji=2尤],

因為<兩式相減,得(%+%)(%-%)=2(%一%2).

%=2々,

所以2y.%二&=2,即訂.上二=2,

%一X2x-2

當直線A8斜率不存在,即AB人x軸時,AB的中點為(2,0),適合上式,

故所求軌跡方程為I=x4

丁-1=(-2)

方法2:當直線A3的斜率存在時,設(shè)直線的方程為y-l=Mx-2)(丘0),由

r=2x,

k

—y2—y+1—2^=0.

所以

所以左e(T?,0)U(0,"?).

設(shè)4(%,%),3(孫力),AB的中點為尸(x,y),

22(1-2k]

則nily+%=%,乂%=-^--

kk

所以外+%=+£)=;[(%+%了-2%%]

1F44(1-2%)2-2k+4k2

2k2

2k2-k+l

2k2

所以

一1

I,

消去參數(shù)3得I=x4

當直線AB的斜率不存在時,即ABIx軸時,A3的中點為(2,0),適合上式,

故所求軌跡方程為y4I=T

22

【變式1](2022?全國?高三專題練習)已知橢圓亍+(=1的弦A3所在直線過點E(U),求弦AB中點歹

的軌跡方程.

【答案】3x2+4y2-3x-4y=0

西+冗2=2x

【詳解】設(shè)A(&X),3?,%),弦AB的中點網(wǎng)%y),則

%+%=2y

+人=1

將A8代入橢圓方程得

+3=1

兩式相減得(%+%)(%—%)++%)(%一%)二o

431

(石-%)八

所以工I-U,

23

當…岫尹七寸=2沾、二=°'

因為%EF=^B,所以%二殳=2三,則

玉一%223x-1

當國=%時,則直線A3方程為x=l,代入橢圓方程解得,T-l

所以網(wǎng)1,0)滿足上述方程,

故點尸的軌跡方程3*+4y2-3x-4y=0.

【變式2](2022?全國?高三專題練習)橢圓工+9=1,則該橢圓所有斜率為;的弦的中點的軌跡方程

42

為______________

【答案】y=-j(-V2<x<V2)

【詳解】設(shè)斜率為1的直線方程為y=+與橢圓的交點為4(4%),3(々,%),

設(shè)中點坐標為(X,y),則:黃=一3,后逗=x,MfM=y,

國2

“I

,兩式相減可得(網(wǎng)一々)(彳+毛)

所以=(%一%)(必+%),

X,4

2=1

即,*

X221

=1

.2

—4+y

由于在橢圓內(nèi)部,由<得工+法+。2_1=0,

y=—x+b2

2

所以A=^-2伊-1)=0時,即)=±&直線與橢圓相切,

此時由+±0x+l=O解得x=e或x=_0,

所以一0〈尤<四,

所求得軌跡方程為y=-j(-V2<x<y/2).

故答案為:y=-|(-V2<x<V2).

題型04確定參數(shù)的取值范圍

【典例1】(2023?全國?高三專題練習)已知橢圓C:—+y2=l,A為橢圓的下頂點,設(shè)橢圓C與直線

3

/=丘+根(左/0,相>£|相交于不同的兩點以、N,尸為弦跖V的中點,當APLMV時,求機的取值范圍.

【答案】[;,2)

y=kx+m

【詳解】由題設(shè),聯(lián)立M_,得(3妤+l)f+6優(yōu)依+39?-1)=

20,

丁'=

由題設(shè)知A=36m2)t2一12(3左2+1)(療_])>0,即病<3/+1①,

-6mk3(m2-1)

設(shè)N(x,y)

22則xl+x2=:3〃+1'—3Jt2+l

因為「為弦MN的中點,

3mkm

,)^^yP=kxp+m=~~

3r+1女+1

又由題意知A(0,T),左w0,m>;,

3上m+3k2+1

xp3mk

???AP1MN,貝+=即2m=3公+1②,

3mkk

把②代入①得2根〉病,解得0<根<2,又機>/,

故機的取值范圍是,,2)

22

【典例2】(2022?遼寧沈陽?東北育才學校??寄M預測)已知橢圓C:二+3=l(a>b>0)的左、右焦點分

ab

別為£(-c,0),鳥(c,0),離心率e為正,直線/:〉=依尤+。)("片0)和橢圓交于48兩點,且△AB外的周長為

2

8vL

⑴求C的方程;

(2)設(shè)點T為線段A3的中點,O為坐標原點,求線段OT長度的取值范圍.

22

【答案y;

(2)(0,2).

【詳解】(1)由橢圓的定義知,△人3名的周長為4〃=80,所以Q=2夜,

Q22

由離心率e=£=在,解得c=2,所以C的方程為工+二=1.

a284

(2)設(shè)AB,7的坐標分別為A(%,%),3(孫%),T。,y),

則有4+近=1①,看+貨=1②,2^A=y,

848422

由①-②可得:<+犬一<=0,即a+、)a-—)+(乂+%)(%—%)=0,

8484

將條件變五=X,空=,及

/.2A,-X]x十/

22

帶入上式可得點T的軌跡方程為x+2x+2y=0,

J5|fLU|0712=x2+y2=x2-1(x2+2x)=|x2-x,xe(-2,0),

所以0<|OT『<4,

所以線段I?!蹰L度的取值范圍為(0,2).

【變式1](2023,天津???寄M預測)已知曲線C的方程為丁=4x(尤>0),曲線E是以耳(-1,0)、&(1,0)為

焦點的橢圓,點P為曲線C與曲線E在第一象限的交點,且|P&|=g.

⑴求曲線E的標準方程;

(2)直線/與橢圓E相交于A、B兩點,若AB的中點M在曲線C上,求直線/的斜率k的取值范圍.

22

【答案】(1),+5~=1

(2)-亞<左<逅且左w0

88

22

【詳解】([)設(shè)橢圓方程為1+2=13>6>0),

ab

依題意,c=l,1至1=5|,利用拋物線的定義可得5解得芍=;?,

,尸點的坐標為§,平),所以|戶用=(,

75

由橢圓定義,得+鳥|=g+§=4,a=2.

b2=a2—c2=39

22

所以曲線E的標準方程為土+工=1;

43

(2)設(shè)直線/與橢圓石的交點A&,y),B(X2,%),A,6的中點M的坐標為(%,%),

設(shè)直線/的方程為〉=米+根(左w。,加。0),

(當左=0時,弦中點為原點,但原點并不在V=4x(%>0)上,同樣加=0弦中點為原點,不適合題意)

與土+乙=1聯(lián)立,得(3+4%2)/+8輸+4療-12=0,

43

由A>0得442—根2+3〉。①,

-8km4m2-12

由韋達定理得,X]+%2——A12'%X]=~

一3+4k~123+4公

-4km.3m

貝n.!i]%=----K,y=kx+m=----,

03+4k2n°Q03+4kT2

Tkm3m

將中點(-?)代入曲線C的方程為/=4無(X>0),

3+4/'3+4/

整理,得9/"=-16左(3+4公),②

將②代入①得16*(3+4公)<81,

令:=4/什>0),則64〃+]92—81<0,解得0<r<|,.

所以直線/的斜率上的取值范圍為-且<%〈理且b0.

88

【變式2](2023春?內(nèi)蒙古赤峰?高二??茧A段練習)已知橢圓的中心在原點,焦點為耳(0,-2日),鳥(0,20),

且離心率6=述.

3

(1)求橢圓的方程;

(2)直線/(與坐標軸不平行)與橢圓交于不同的兩點A3,且線段AB中點的橫坐標為-;,求直線/傾斜

角的取值范圍.

【答案】(1)尤2+q=1;(2)直線/傾斜角的取值范圍為(J,?)口?,。

92332

22

【詳解】(1)設(shè)橢圓方程為%+、=1(4>。>0),

由題意得c=2夜,e=£=2也,所以。=3,

a3

b2=a2-c2=1,

2

所以橢圓的方程為一+匕=1;

9

(2)設(shè)直線/的方程為y=丘+根(左w。),

y=kx+m

由<oy2W(^2+9)x2+2hwc+m2-9=0,

x+—=1

19

則A=442加2_4伏2+9)(蘇—9)>0,即左2—蘇+9>0①,

%),則%晨,

設(shè)A(%,yj,B(X2,+9=—

11O

因為線段AB中點的橫坐標為-所以2x(-fl^IgTl,

化簡得左2+9=2初7,所以m=工匯②,

2k

把②代入①整理得/+6左2_27>0,解得k〈Y或k>5

所以直線/傾斜角的取值范圍為(J,各59,9.

乙3》乙

題型05定值問題

【典例1】(2022?全國?高二專題練習)已知橢圓C:g+與=l(a>b>0)的離心率為正,直線x=-2被橢

圓C截得的線段長為20.

(1)求橢圓C的方程;

(2)設(shè)過橢圓C的右焦點/與坐標軸不垂直的直線/交C于點A,8,交y軸于點E,尸為線段AB的中點,

EQLOP且。為垂足.問:是否存在定點H,使得?!钡拈L為定值?若存在,求點H的坐標;若不存在,請

說明理由.

22C1A

【答案】⑴二+二=1;⑵存在,定點H匕,0.

84U)

【詳解】(1)由題意得:e=-=^-,a2-b2=c2,化簡得4=2廿,

a2

22

故C的方程為:表+}=13>0)

將x=-2代入橢圓C的方程得:2,

所以2A份一2=2應,解得:/=4,所以/=2/=8,

22

所以橢圓C的方程:—+-=I;

84

(2)設(shè)A(占,%),3(%,%),戶(不,兒),直線的方程為丫=笈(%一2),

則直線與,軸的交點為磯0,-2左)

區(qū)+近=1,得上2"白-;

84x2~x\x2+xiX2

又k=王?=所以上”=一二,故OP的方程為y=-jx,

X2-%1

由EQLOP得:kEQ=2k,

所以直線EQ的方程為y=2履-2左,即y=2左(x-l),

所以直線EQ過定點M(LO),

所以。在以O(shè)M為直徑的圓%2+,2_%=0上,

所以存在定點使QH的長為定值

22

【典例2】(2023春?湖南株洲,高二株洲二中??奸_學考試)已知雙曲線C:二-3=1(a>0,b>0)的

ab

漸近線方程為y=土&,焦點到漸近線的距離為73.

⑴求雙曲線C的方程;

(2)設(shè)A,3是雙曲線C右支上不同的兩點,線段的垂直平分線/交于“,點”的橫坐標為2,則是

否存在半徑為1的定圓P,使得/被圓尸截得的弦長為定值,若存在,求出圓P的方程;若不存在,請說明

理由.

2

【答案】⑴/一匕=1;

3

(2)存在,定圓尸:(x-8)2+/=l

【詳解】⑴設(shè)雙曲線的右焦點與(G0),則點1(c,0)到漸近線氐+y=0的距離為6,

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