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解析几何中的范围问题

解析几何中的范围问题一般解题思路是,首先寻觅出(或直接利用)相关的不等式,进而通过这一不等式的演变解出有关变量的取值范围。

一、“题设条件中的不等式关系”题设条件中明朗或隐蔽的不等关系,可作为探索或寻觅范围的切入点而提供方便。

例1、(2004全国卷 I )椭圆 的两个焦点是,且椭圆上存在点P 使得直线垂直.求实数m 的取值范围;分析:对于(1),要求m 的取值范围,首先需要导出相关的不等式,由题设知,椭圆方程为标准方程,应有 ,便是特设条件中隐蔽的不等关系. 解:(1)由题设知设点P 坐标为 ,则有 得①将①与 联立,解得∵m>0,且 ∴m≥1 即所求m 的取值范围为 .二、“圆锥曲线的有关范围”椭圆、双曲线和抛物线的“范围”,是它们的第一几何性质。

例2、已知椭圆以坐标原点为中心,坐标轴为对称轴,且该椭圆以抛物线x y 162=的焦点P为其一个焦点,以双曲线191622=-y x 的焦点Q 为顶点。

(1)求椭圆的标准方程;(2)已知点)0,1(),0,1(B A -,且C ,D 分别为椭圆的上顶点和右顶点,点M 是线段CD 上的动点,求BM AM ⋅的取值范围。

解:(1)抛物线x y 162=焦点P 为(4,0),双曲线191622=-y x 的焦点Q 为(5,0) ∴可设椭圆的标准方程为12222=+by a x (a>b>0),且a=5,c=4916252=-=∴b ,∴椭圆的标准方程为192522=+y x (2)设),(00y x M ,线段CD 方程为135=+yx ,即353+-=x y )50(≤≤x点M 是线段CD 上,∴35300+-=x y )50(0≤≤x),1(00y x AM +=,),1(00y x BM -=,12020-+=⋅∴y x AM ,将35300+-=x y )50(0≤≤x 代入得BM ⋅1)353(2020-+-+=x x BM AM ⋅⇒85182534020+-=x x 34191)3445(253420+-=x 500≤≤x ,BM AM ⋅∴的最大值为24,BM AM ⋅的最小值为34191。

BM AM ⋅∴的范围是]24,34191[。

三、“一元二次方程有二不等实根的充要条件”在直线与曲线相交问题中,直线与某圆锥曲线相交的大前提,往往由“相关一元二次方程有二不等实根”来体现。

因此,对于有关一元二次方程的判别式△>0,求某量的值时,它是去伪存真的鉴别依据,求某量的取值范围时,它是导出该量的不等式的原始不等关系。

例3、如图,直角梯形ABCD 中∠DAB =90°,AD ∥BC ,AB =2,AD =23,BC =21.椭圆C 以A 、B 为焦点且经过点D .(1)建立适当坐标系,求椭圆C 的方程; (2)若点E 满足EC 21=AB ,问是否存在不平行AB 的直线l 与椭圆C 交于M 、N 两点且||||NE ME =,若存在,求出直线l 与AB 夹角的范围,若不存在,说明理由. 解:(1)以AB 所在直线为x 轴,AB 中垂线为y 轴建立直角坐标系,则 A (-1,0),B (1,0)设椭圆方程为:12222=+b y a x 令cb y C x 20=⇒=∴⎩⎨⎧==⇒⎪⎩⎪⎨⎧==322312b a a b C ∴ 椭圆C 的方程是:13422=+y x 。

(2)1(02EC AB E =⇒,)21,l ⊥AB 时不符,设l :y =kx +m (显然k ≠0)由 01248)43(13422222=-+++⇒⎪⎩⎪⎨⎧=++=m kmx x k y x m kx yM 、N 存在⇒0)124()43(46402222>-+-⇒>⋅m k m k 2234m k ≥+⇒① 设M (1x ,1y ),N (2x ,2y ),MN 的中点F (0x ,0y )∴ 22104342k kmx x x +-=+=,200433k m m kx y +=+= 243143421433121||||22200k m k k km k m k x y EF MN NE ME +-=⇒-=+--+⇒-=-⇒⊥⇒= 代入① ∴ 222)243(34k k +-≥+ ∴ 4342≤+k ∴ 102≤<k ∴ 11≤≤-k 且0≠k∴ l 与AB 的夹角的范围是0(,]41.四、“点在圆锥曲线内部的充要条件”所给问题中的某些点,注定要在相关圆锥曲线的内部。

比如圆锥曲线的弦的内分点,又如圆锥曲线任意两弦的交点等。

因此,点在圆锥曲线内部的充要条件,便成为寻求某量的取值范围的基本依据之一。

其中,常用的充要条件为: 12、3、4、例4、求使抛物线()2:10C y ax a =-≠上有不同两点关于直线:0l x y +=对称。

求实数a 的取值范围。

解:设()11,A x y , ()22,B x y 是C 上关于:0l x y +=对称的两点,易知0a >,()00,M x y 是A ,B 的中点。

则有2111y ax =-,2221y ax =- 两式相减得()()121212y y a x x x x -=-+ 又12121y y x x -=- 且 1202x x x +=021ax ∴= , 012x a =, 012y a=-。

因为M 在抛物线内部所以2001y ax >-, 即 211124a a a ->⋅- 得34a >练习:1、已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)以双曲线x 23-y 2=1的焦点为顶点,其离心率与双曲线的离心率互为倒数.(1)求椭圆C 的方程;(2)若椭圆C 的左、右顶点分别为点A ,B ,点M 是椭圆C 上异于A ,B 的任意一点. ①求证:直线MA ,MB 的斜率之积为定值;②若直线MA ,MB 与直线x =4分别交于点P ,Q ,求线段PQ 长度的最小值.解:(1)易知双曲线x 23-y 2=1的焦点为(-2,0),(2,0),离心率为23,则在椭圆C 中a =2,e =32,故在椭圆C 中c =3,b =1, 所以椭圆C 的方程为x 24+y 2=1.(2)①设M (x 0,y 0)(x 0≠±2),点M 在椭圆C 上,则x 204+y 20=1由题易知A (-2,0),B (2,0),则k MA =y 0x 0+2,k MB =y 0x 0-2, 故k MA ²k MB =y 0x 0+2²y 0x 0-2=y 20x 20-4,由x 204+y 2=1,有y 20=1-x 204=-14(x 20-4),故k MA ²k MB =y 20x 20-4=-14,即直线MA ,MB 的斜率之积为定值-14. ②设直线MA 的斜率为k ,则直线MA 方程为y =k (x +2),从而P (4,6k ),由①知直线MB 的斜率为-14k ,则直线MB 方程为y =-14k (x -2),故得Q (4,-12k ),故|PQ |=|6k +12k |≥23,当且仅当k =±36时等号成立,即|PQ |有最小值2 3.2、设A 、B 是椭圆λ=+223y x 上的两点,点N (1,3)是线段AB 的中点,线段AB 的垂直平分线与椭圆相交于C 、D 两点.确定λ的取值范围,并求直线AB 的方程;解:解法1:依题意,可设直线AB 的方程为λ=++-=223,3)1(y x x k y 代入,整理得.0)3()3(2)3(222=--+--+λk x k k x k ①设212211,),,(),,(x x y x B y x A 则是方程①的两个不同的根, ∴,0])3(3)3([422>--+=∆k k λ ② 且,3)3(2221+-=+k k k x x 由N (1,3)是线段AB 的中点,得.3)3(,12221+=-∴=+k k k x x解得k=-1,代入②得,λλ即,12>的取值范围是(12,+∞). 于是,直线AB 的方程为.04),1(3=-+--=-y x x y 即 解法2:设),,(),,(2211y x B y x A 则有.0))(())((332121212122222121=+-++-⇒⎪⎩⎪⎨⎧=+=+y y y y x x x x y x y x λλ依题意,.)(3,212121y y x x k x x AB ++-=∴≠∵N (1,3)是AB 的中点, ∴.1,6,22121-==+=+AB k y y x x 从而 又由N (1,3)在椭圆内,∴,1231322=+⨯>λ ∴λ的取值范围是(12,+∞). 直线AB 的方程为y -3=-(x -1),即x +y -4=0.3、已知椭圆的一个顶点A(0,-1),焦点在x 轴上,且右焦点到直线的距离为3,若斜率不为0的直线l 与椭圆交于不同两点M 、N ,使M 、N 关于过A 点的直线对称,求直线l 的斜率取值范围。

解:(既设又解)设右焦点F(c,0),则由又b =1,∴∴椭圆方程为①设直线l 的方程为y =kx +m ②将②代入①得由题意③且④ ∴∴点P坐标为又M、N关于直线AP对称,故有⑤代入③得所求k的取值范围为 .。

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