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直线与圆锥曲线的综合应用

直线和圆锥曲线经常考查的一些题型直线与椭圆、双曲线、抛物线中每一个曲线的位置关系都有相交、相切、相离三种情况,从几何角度可分为三类:无公共点,仅有一个公共点及有两个相异公共点对于抛物线来说,平行于对称轴的直线与抛物线相交于一点,但并不是相切;对于双曲线来说,平行于渐近线的直线与双曲线只有一个交点,但并不相切.直线和椭圆、双曲线、抛物线中每一个曲线的公共点问题,可以转化为它们的方程所组成的方程组求解的问题,从而用代数方法判断直线与曲线的位置关系。

解决直线和圆锥曲线的位置关系的解题步骤是: (1)直线的斜率不存在,直线的斜率存,(2)联立直线和曲线的方程组; (3)讨论类一元二次方程(4)一元二次方程的判别式 (5)韦达定理,同类坐标变换(6)同点纵横坐标变换 (7)x,y ,k(斜率)的取值范围(8)目标:弦长,中点,垂直,角度,向量,面积,范围等等1:已知椭圆)0(1:2222>>=+b a by a x C 过点)23,1(,且离心率21=e 。

(Ⅰ)求椭圆方程;(Ⅱ)若直线)0(:≠+=k m kx y l 与椭圆交于不同的两点M 、N ,且线段MN 的垂直平分线过定点)0,81(G ,求k 的取值范围。

解:(Ⅰ)Q 离心率21=e ,2213144b a ∴=-=,即2243b a =(1);又椭圆过点)23,1(,则221914a b +=,(1)式代入上式,解得24a =,23b =,椭圆方程为22143x y +=。

(Ⅱ)设1122(,),(,)M x y N x y ,弦MN 的中点A 00(,)x y由223412y kx m x y =+⎧⎨+=⎩得:222(34)84120k x mkx m +++-=, Q 直线)0(:≠+=k m kx y l 与椭圆交于不同的两点,2222644(34)(412)0m k k m ∴∆=-+->,即2243m k <+ (1)由韦达定理得:21212228412,3434mk m x x x x k k -+=-=++, 则2000222443,343434mk mk mx y kx m m k k k =-=+=-+=+++,直线AG 的斜率为:22232434413234348AGmm k K mk mk k k +==-----+, 由直线AG 和直线MN 垂直可得:22413234m k mk k=----g ,即2348k m k +=-,代入(1)式,可得22234()438k k k +<+,即2120k >,则1010k k ><-。

题型:动弦过定点的问题例题5、(07山东理)已知椭圆C 的中心在坐标原点,焦点在x 轴上,椭圆C 上的点到焦点距离的最大值为3;最小值为1;(Ⅰ)求椭圆C 的标准方程;(Ⅱ)若直线m kx y l +=:与椭圆C 相交于A ,B 两点(A ,B 不是左右顶点),且以AB 为直径的圆过椭圆C 的右顶点。

求证:直线l 过定点,并求出该定点的坐标。

分析:第一问,是待定系数法求椭圆的标准方程;第二问,直线m kx y l +=:与椭圆C 相交于A ,B 两点,并且椭圆的右顶点和A 、B 的连线互相垂直,证明直线l 过定点,就是通过垂直建立k 、m 的一次函数关系。

解(I )由题意设椭圆的标准方程为22221(0)x y a b a b +=>>3,1a c a c +=-=,22,1,3a c b ===22143x y ∴+= (II )设1122(,),(,)A x y B x y ,由223412y kx mx y =+⎧⎨+=⎩得 222(34)84(3)0k x mkx m +++-=,22226416(34)(3)0m k k m ∆=-+->,22340k m +->212122284(3),3434mk m x x x x k k-+=-⋅=++(注意:这一步是同类坐标变换) 22221212121223(4)()()()34m k y y kx m kx m k x x mk x x m k -⋅=+⋅+=+++=+(注意:这一步叫同点纵、横坐标间的变换)Q 以AB 为直径的圆过椭圆的右顶点(2,0),D 且1AD BD k k ⋅=-,1212122y yx x ∴⋅=---,1212122()40y y x x x x +-++=,2222223(4)4(3)1640343434m k m mkk k k --+++=+++,2271640m mk k ++=,解得1222,7k m k m =-=-,且满足22340k m +-> 当2m k =-时,:(2)l y k x =-,直线过定点(2,0),与已知矛盾;当27k m =-时,2:()7l y k x =-,直线过定点2(,0)7综上可知,直线l 过定点,定点坐标为2(,0).7练习2(2009辽宁卷文)已知,椭圆C 以过点A (1,32),两个焦点为(-1,0)(1,0)。

(1) 求椭圆C 的方程;(2) E ,F 是椭圆C 上的两个动点,如果直线AE 的斜率与AF 的斜率互为相反数,证明直线EF 的斜率为定值,并求出这个定值。

解:(Ⅰ)由题意,c=1,可设椭圆方程为 ,将点A 的坐标代入方程: ,解得 , (舍去) 所以椭圆方程为 。

(Ⅱ)设直线AE 方程为:3(1)2y k x =-+,代入22143x y +=得 2223(34)4(32)4()1202k x k k x k ++-+--=设(x ,y )E E E ,(x ,y )F F F ,因为点3(1,)2A 在椭圆上,所以2234()122x 34F k k--=+ 32E E y kx k =+- ………8分 又直线AF 的斜率与AE 的斜率互为相反数,在上式中以—K 代K ,可得2234()122x 34F k k +-=+,32E Ey kx k =-++ 所以直线EF 的斜率()212F E F E EF F E F E y y k x x k K x x x x --++===--即直线EF 的斜率为定值,其值为12。

……12分 题型:共线向量问题解析几何中的向量共线,就是将向量问题转化为同类坐标的比例问题,再通过未达定理------同类坐标变换,将问题解决。

此类问题不难解决。

例题7、设过点D(0,3)的直线交曲线M :22194x y +=于P 、Q 两点,且DP DQ l =uuu r uuu r ,求实数l 的取值范围。

221914(1)a a +=-24a =22114a c =<=22143x y+=解:设P(x 1,y 1),Q(x 2,y 2),Q DP DQ l =uuu r uuu r\(x 1,y 1-3)=l (x 2,y 2-3)即 12123(3)x x y y l l ì=ïïíï=+-ïïî 方法一:方程组消元法又Q P 、Q 是椭圆29x +24y =1上的点\22222222194()(33)194x y x y l l l ìïï+=ïïïíï+-ï+=ïïïî 消去x 2,可得222222(33)14y y l l l l +--=-即y 2=1356l l-又Q -2£y 2£2,\-2£1356l l -£2解之得:155λ≤≤则实数l 的取值范围是1,55⎡⎤⎢⎥⎣⎦。

方法二:判别式法、韦达定理法、配凑法 设直线PQ 的方程为:3,0y kx k =+≠,由2234936y kx x y =+⎧⎨+=⎩消y 整理后,得22(49)54450k x kx +++= Q P 、Q 是曲线M 上的两点,22(54)445(49)k k ∴∆=-⨯+=2144800k -≥即295k ≥ ① 由韦达定理得:1212225445,4949k x x x x k k+=-=++ 212121221()2x x x x x x x x +=++Q 222254(1)45(49)k k λλ+∴=+ 即22223694415(1)99k k k λλ+==++ ②由①得211095k <≤,代入②,整理得236915(1)5λλ<≤+,解之得155λ<<当直线PQ 的斜率不存在,即0x =时,易知5λ=或15λ=。

总之实数l 的取值范围是1,55⎡⎤⎢⎥⎣⎦。

方法总结:通过比较本题的第二步的两种解法,可知第一种解法,比较简单,第二种方法是通性通法,但计算量较大,纵观高考中的解析几何题,若放在后两题,很多情况下能用通性通法解,但计算量较大,计算繁琐,考生必须有较强的意志力和极强的计算能力;不用通性通法,要求考生必须深入思考,有较强的思维能力,在命题人设计的框架中,找出破解的蛛丝马迹,通过自己的思维将问题解决。

(07福建理科)如图,已知点F (1,0),直线l :x =-1,P 为平面上的动点,过P 作直线l 的垂线,垂足为点Q ,且QP QF FP FQ ⋅=⋅u u u r u u u r u u u r u u u r(Ⅰ)求动点P 的轨迹C 的方程;(Ⅱ)过点F 的直线交轨迹C 于A 、B 两点,交直线l 于点M ,已知12,MA AF AF BF λλ==u u u r u u u r u u u r u u u r,求12λλ+的值。

小题主要考查直线、抛物线、向量等基础知识,考查轨迹方程的求法以及研究曲线几何特征的基本方法,考查运算能力和综合解题能力.满分14分. 解法一:(Ⅰ)设点()P x y ,,则(1)Q y -,,由QP QF FP FQ =u u u r u u u r u u u r u u u rgg 得: (10)(2)(1)(2)x y x y y +-=--g g ,,,,,化简得2:4C y x =.(Ⅱ)设直线AB 的方程为: 1(0)x my m =+≠. 设11()A x y ,,22()B x y ,,又21M m ⎛⎫-- ⎪⎝⎭,, 联立方程组241y x x my ⎧=⎨=+⎩,,,消去x 得:2440y my --=,2(4)120m ∆=-+>,故121244y y m y y +=⎧⎨=-⎩,.由1MA AF λ=u u u r u u u r ,2MB BF λ=u u u r u u u r得:1112y y m λ+=-,2222y y mλ+=-,整理得:1121my λ=--,2221my λ=--, 12122112m y y λλ⎛⎫∴+=--+ ⎪⎝⎭121222y y m y y +=--g 2424mm =---g 0= 解法二:(Ⅰ)由QP QF FP FQ =u u u r u u u r u u u r u u u r gg 得:()0FQ PQ PF +=u u u r u u u r u u u rg , ()()0PQ PF PQ PF ∴-+=u u u r u u u r u u u r u u u r g ,220PQ PF ∴-=u u u r u u u r ,PQ PF ∴=u u u r u u u r所以点P 的轨迹C 是抛物线,由题意,轨迹C 的方程为:24y x =.(Ⅱ)由已知1MA AF λ=u u u r u u u r ,2MB BF λ=u u u r u u u r,得120λλ<g.则:12MA AF MB BFλλ=-u u u r u u u ru u u r u u u r .…………① 过点A B ,分别作准线l 的垂线,垂足分别为1A ,1B ,则有:11MA AA AF MB BB BF ==u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r u u u r .…………②由①②得:12AF AF BF BFλλ-=u u u r u u u ru u u r u u u r ,即120λλ+=. 题型:面积问题练习2、(山东06文)已知椭圆的中心在坐标原点O ,焦点在x 轴上, 椭圆的短轴端点和焦点所组成的四边形为正方形,两准线间的距离为4。

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