【数学】2018届一轮复习人教A版专题1-6解析几何学案
2018年高三二轮复习讲练测之讲案【新课标版理 数学】
专题六 解析几何
考向一 直线与圆
【高考改编☆回顾基础】
1.【直线垂直的位置关系及直线的点斜式方程】【2016·天津卷改编】过原点且与直线2x+y=0垂直的直线方程为________.
【答案】y=x
【解析】因为直线2x+y=0的斜率为-2,所以所求直线的斜率为,所以所求直线方程为y=x.
2.【弦长问题】【2016·全国卷Ⅰ改编】设直线y=x+2与圆C:x2+y2-2y-2=0相交于A,B两点,则|AB|=________.
【答案】2
3.【直线与圆,圆与圆的位置关系】【2016·山东卷改编】已知圆M:x2+y2-2ay=0(a>0)截直线x+y=0所得线段的长度是2,则圆M与圆N:(x-1)2+(y-1)2=1的位置关系是________.
【答案】相交
【解析】由垂径定理得2+()2=a2,解得a2=4,∴圆M:x2+(y-2)2=4,∴圆M与圆N的圆心距d==.∵2-1<<2+1,∴两圆相交.
4.【椭圆的几何性质、直线与圆的位置关系】【2017课标3,改编】已知椭圆C:,(a>b>0)的左、右顶点分别为A1,A2,且以线段A1A2为直径的圆与直线
相切,则C的离心率为 .
【答案】
【解析】
故填.
【命题预测☆看准方向】
从近五年的高考试题 看,高考的重点是求圆的方程、求与圆有关的轨迹方程、直线与圆的位置关系、弦长问题、切线问题、圆与圆的位置关系,圆与圆锥曲线的交汇问题是高考的热点,经常以选择题、解答题的形式出现.另外,从高考试题看,涉及直线、圆的问题有与圆锥曲线等综合命题趋势.复习中应注意围绕圆的方程、直线与圆的位置关系、圆与圆的位置关系等,其中经常考查的是圆与圆位置关系中的动点轨迹,直线与圆的位置关系中的弦长问题、切线问题、参数的取值范围等.
【典例分析☆提升能力】
【例1】【2018届北京丰台二中高三上学期期中】已知点及圆.
(Ⅰ)设过的直线与圆交于, 两点,当时,求以为直径的圆的方程.
(Ⅱ)设直线与圆交于, 两点,是否存在实数,使得过点的直线,垂直平分弦?若存在,求出实数的值;若不存在,请说明理由.
【答案】(1) (2) 不存在实数,使得过点的直线垂直平分弦
.
【解析】试题分析:(1)由利用两点间的距离公式求出圆心C到P的距离,再根据弦长|MN|的一半及半径,利用勾股定理求出弦心距d,发现|CP|与d相等,所以得到P为MN的中点,所以以MN为直径的圆的圆心坐标即为P的坐标,半径为|MN|的一半,根据圆心和半径写出圆的方程即可;(2)把已知直线的方程代入到圆的方程中消去y得到关于x的一元二次方程,因为直线与圆有两个交点,所以得到△>0,列出关于a的不等式,求出不等式的解集即可得到a的取值范围,利用反证法证明证明即可.
(Ⅱ)把直线及代入圆的方程,消去,整理得:
,
由于直线交圆于, 两点,
故,即,解得.
则实数的取值范围是.
设符合条件的实数存在,
由于垂直平分弦,故圆心必在直线上,
所以的斜率,所以,
由于,
故不存在实数,使得过点的直线垂直平分弦.
【趁热打铁】【2018届江苏省兴化市楚水实验学校、黄桥中学、口岸中学三校高三12月联考】经过点且圆心是直线与直线的交点的圆的标准方程为__________.
【答案】
【解析】直线与直线的交点为 即圆心为,因为圆经过点所以半径为2,故圆的标准方程为
故答案为
【例2】已知圆C经过点A(0,2),B(2,0),圆C的圆心在圆x2+y2=2的内部,且直线3x+4y+5=0被圆C所截得的弦长为2.点P为圆C上异于A,B的任意一点,直线PA与x轴交于点M,直线PB与y轴交于点N.
(1)求圆C的方程;
(2)若直线y=x+1与圆C交于A1,A2两点,求·;
(3)求证:|AN|·|BM|为定值.
【答案】(1)x2+y2=4.(2)3.(3)证明:见解析.
(2)将y=x+1代入x2+y2=4得2x2+2x-3=0.
设A1(x1,y1),A2(x2,y2),
则x1+x2=-1,x1x2=-.
∴·=(x1-2)(x2-2)+y1y2=x1x2-2(x1+x2)+4+(x1+1)(x2+1)=2x1x2-(x1+x2)+5=-3+1+5=3.
(3)证明:当直线PA的斜率不存在时,|AN|·|BM|=8.
当直线PA与直线PB的斜率都存在时,设P(x0,y0),
直线PA的方程为y=x+2,令y=0得M.
直线PB的方程为y=(x-2),令x=0得N.
∴|AN|·|BM|==4+4
= 4 + 4· = 4 + 4· = 4 + 4× = 8,
故|AN|·|BM|为定值8.
【趁热打铁】(1)已知圆C的方程为x2+y2+8x+15=0,若直线y=kx-2上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,则k的取值范围为________________.
(2)已知圆C:x2+y2-ax+2y-a+4=0关于直线l1:ax+3y-5=0对称,过点P(3,-2)的直线l2与圆C交于A,B两点,则弦长|AB|的最小值为________________.
【答案】(1)-≤k≤0 (2)2.
(2)圆C:x2+y2-ax+2y-a+4=0,其圆心C为,半径r=.
∵圆C关于直线l1:ax+3y-5=0对称,∴-3-5=0,
解得a=±4.
当a=-4时,半径小于0,不合题意,舍去.
∴a=4,则圆心C为(2,-1),半径r=.
由|PC|=<,可知点P在圆内,则当弦长|AB|最小时,直线l2与PC所在直线垂直.
此时圆心C到直线l2的距离d=|PC|=,
弦长|AB|=2=2,
即所求最小值为2.
【方法总结☆全面提升】
1.要注意几种直线方程的局限性,点斜式、斜截式方程要求直线不能与x轴垂直,两点式方程要求直线不能与坐标轴垂直,而截距式方程不能表示过原点的直线,也不能表示垂直于坐标轴的直线.
2.求解与两条直线平行或垂直有关的问题时,主要是利用两条直线平行或垂直的充要条件,即若斜率存在时,“斜率相等”或“互为负倒数”;若出现斜率不存在的情况,可考虑用数形结合的方法去研究.
3.求圆的方程一般有两类方法:
(1)几何法,通过圆的性质、直线与圆、圆与圆的位置关系,求得圆的基本量和方程;
(2)代数法,即用待定系数法先设出圆的方程,再由条件求得各系数.
4.直线与圆的位置关系: (1)代数法.将圆的方程和直线的方程联立起 组成方程组,利用判别式Δ 讨论位置关系:Δ>0⇔相交;Δ=0⇔相切;Δ<0⇔相离;
(2)几何法.把圆心到直线的距离d和半径r的大小加以比较:d
r⇔相离.
优先选用几何法.
5.处理有关圆的弦长问题求解方法:
(1)根据平面几何知识构建直角三角形,把弦长用圆的半径和圆心到直线的距离表示,l=2(其中l为弦长,r为圆的半径,d为圆心到直线的距离).
(2)根据公式:l=|x1-x2|求解(其中l为弦长,x1,x2为直线与圆相交所得交点的横坐标,k为直线的斜率).学!
(3)求出交点坐标,用两点间距离公式求解.
【规范示例☆避免陷阱】
【典例】已知过原点的动直线l与圆相交于不同的两点A,B.
①求圆的圆心坐标.[ :Z,xx,k.Com]
②求线段AB的中点M的轨迹C的方程.
③是否存在实数k,使得直线L:y=k(x-4)与曲线C只有一个交点?若存在,求出k的取值范围;若不存在,说明理由.
【规范解答】: ①由,得(x-3)2+y2=4,
从而可知圆C1的圆心坐标为(3,0).
②设线段AB的中点M(x,y),
由弦的性质可知C1M⊥AB,即C1M⊥OM.
故点M的轨迹是以OC1为直径的圆,
该圆的圆心为C,半径r=|OC1|=3=,其方程为+y2=,即x2+y2-3x=0.
又因为点M为线段AB的中点,所以点M在圆C1内,所以<2.
又x2+y2-3x=0,所以x>
易知x≤3,所以b>0)的离心率为,椭圆的半焦距为c且a2=4c,则椭圆E的标准方程为____________.
【答案】+=1
【解析】因为椭圆E的离心率为,所以e==,又a2=4c,
所以a=2,c=1,于是b==,
因此椭圆E的标准方程是+=1.
2.【双曲线的方程及其几何性质】【2017·全国卷Ⅲ】双曲线-=1(a>0)的一条渐近线方程为y=x,则a=________.
【答案】
【解析】令-=0,得双曲线的渐近线方程为y=±x,∵双曲线-=1(a>0)的一条渐近线方程为y=x,∴a=5.
3. 【抛物线方程及其几何性质】【2017课标1,改编】已知F为抛物线C:y2=4x的焦点,过F作两条互相垂直的直线l1,l2,直线l1与C交于A、B两点,直线l2与C交于D、E两点,则|AB|+|DE|的最小值为 .
【答案】16
【命题预测☆看准方向】
从近五年的高考试题 看,圆锥曲线的定义、标准方程、几何性质等是高考考查的重点,也是高考命题的基本元素.考查的角度有:对圆锥曲线的定义的理解及定义的应用,求圆锥曲线的标准方程,求圆锥曲线的离心率以及向量、直线、圆锥曲线的小综合. 考查的重点是依据圆锥曲线的几何性质求离心率;根据圆锥曲线的定义求标准方程;圆锥曲线与向量的小综合;两种圆锥曲线间的小综合;直线与圆锥曲线的小综合;圆锥曲线的综合应用等.
【典例分析☆提升能力】
【例1】【2017课标II,理9】若双曲线(,)的一条渐近线被圆所截得的弦长为2,则的离心率为( )
A.2 B. C. D.
【答案】A
【解析】
【趁热打铁】【2018届吉林省实验中学高三上第五次月考(一模)】F1,F2分别是双曲线的左、右焦点,过F1的直线与双曲线的左、右两支分别交于A、B两点.若△ABF2是等边三角形,则该双曲线的离心率为
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】设,则,
由余弦定理得
选D.
【例2】【2017课标II,理】设O为坐标原点,动点M在椭圆C:上,过M作x轴的垂线,垂足为N,点P满足。
(1) 求点P的轨迹方程;
(2)设点Q在直线上,且。证明:过点P且垂直于OQ的直线l过C的左焦点F。
【答案】(1) 。
(2)证明略。
【解析】
(2)由题意知.设,则
,
。
由得,又由(1)知,故
.
所以,即.又过点P存在唯一直线垂直于OQ,所以过点P且垂直于OQ的直线过C的左焦点F.
【趁热打铁】如图,抛物线.点M(x0,y0)在抛物线C2上,过点M作C1的切线,切点为A,B(M为原点O时,A,B重合于O).当时,切线MA的斜率为.
(1)求p的值;
(2)当点M在C2上运动时,求线段AB的中点N的轨迹方程(当A,B重合于点O时,中点为O).
【答案】(1)p=2.(2)x2=y.
【解析】(1)因为抛物线C1:x2=4y上任意一点(x,y)的切线斜率为y'=,且切线MA的斜率为-,所以A点坐标为,所以切线MA的方程为y=-(x+1)+.
因为点M(1-,y0)在切线MA及抛物线C2上,
于是y0=-(2-)+=-,①
y0=-=-.②
由①②得p=2.
(2)设N(x,y),A,B,x1≠x2,由N为线段AB中点,
知x=,③
y=.④
切线MA的方程为y=(x-x1)+,⑤
切线MB的方程为y=(x-x2)+.⑥
由⑤⑥得MA,MB的交点M(x0,y0)的坐标为x0=,y0=.
因为点M(x0,y0)在C2上,即=-4y0,
所以x1x2=-.⑦
由③④⑦得x2=y,x≠0.
当x1=x2时,A,B重合于原点O,AB中点N为O,坐标满足x2=y.
因此线段AB中点N的轨迹方程为x2=y.
【例3】【2017课标3,理20】已知抛物线C:y2
=2x,过点(2,0)的直线l交C与A,B两点,圆M是以线段AB为直径的圆.
(1)证明:坐标原点O在圆M上;
(2)设圆M过点,求直线l与圆M的方程.
【答案】(1)证明略;
(2)直线 的方程为 ,圆 的方程为 .
或直线 的方程为 ,圆 的方程为 .
【解析】
所以 ,解得 或 .
当 时,直线 的方程为 ,圆心 的坐标为 ,圆 的半径为 ,圆 的方程为 .
当 时,直线 的方程为 ,圆心 的坐标为 ,圆 的半径为 ,圆 的方程为 .
【趁热打铁】【2018届广东省仲元中学、中山一中等七校高三第二次联考】已知椭圆的上、下、左、右四个顶点分别为x轴正半轴上的某点满足.
(1)求椭圆的方程;
(2)设该椭圆的左、右焦点分别为,点在圆上,且在第一象限,过作圆的切线交椭圆于,求证:△的周长是定值.
【答案】(1) (2)见解析
【解析】试题分析:
(1) 设点的坐标为可知,可得椭圆方程;(2)法一:设,结合椭圆方程可得,在圆中, 是切点, ,同理可得,则易得结论;法二:设 的方程为,联立椭圆方程,由根与系数的关系式,结合弦长公式求出,再求出,则结论易得.
试题解析:
(1)设点G的坐标为,可知,
.
因此椭圆的方程是.
(2)方法1:设,则,
=,
∵,∴,
在圆中, 是切点,
∴==,
∴,
同理,∴,
因此△的周长是定值.
方法2:设的方程为,
由,得,
设,则,
∴==
=
,
∵与圆相切,∴,即,
∴,
∵,
∵,∴,
同理可得,
∴,
因此△的周长是定值.
【方法总结☆全面提升】
1.涉及椭圆(或双曲线)两焦点距离的问题或焦点弦问题以及到抛物线焦点(或准线)距离的问题,可优先考虑圆锥曲线的定义.求圆锥曲线标准方程时“先定型,后计算”,即首先确定是何种曲线,焦点在哪个坐标轴上,然后利用条件求a,b,p的值.
2.求椭圆、双曲线的离心率问题,关键是首先根据已知条件确定a,b,c的关系,然后将b用a,c代换,求e= 的值;另外要注意双曲线的渐近线与离心率的关系.圆锥曲线的性质常与等差数列、等比数列、三角函数、不等式等问题联系在一起,一般先利用条件转化为单一知识点的问题再求解.
3.求曲线的轨迹方程时,先看轨迹的形状是否预知,若能依据条件确定其形状,可用定义法或待定系数法求解;若动点P与另一动点Q有关,点Q在已知曲线上运动,可用代入法求动点P的轨迹方程;否则用直接法求解.
4.涉及圆锥曲线的焦点弦、焦点三角形问题,常结合定义、正弦定理、余弦定理等知识解决.
5.涉及垂直问题可结合向量的数量积解决.
6.解决直线与圆锥曲线位置关系问题,主要有方程组法,和“点差法”.对于弦中点问题常用“根与系数的关系”或“点差法”求解,在使用根与系数的关系时,要注意使用条件Δ≥0,在用“点差法”时,要检验直线与圆锥曲线是否相交.
【规范示例☆避免陷阱】
【典例】【2016·乙卷】设圆x2+y2+2x-15=0的圆心为A,直线l过点B(1,0)且与x轴不重合,l交圆A于C,D两点,过B作AC的平行线交AD于点E.
(Ⅰ)证明|EA|+|EB|为定值,并写出点E的轨迹方程;
(Ⅱ)设点E的轨迹为曲线C1,直线l交C1于M,N两点,
过B且与l垂直的直线与圆A交于P,Q两点,求
四边形MPNQ面积的取值范围.
【规范解答】(Ⅰ)圆A整理为(x+1)2+y2=16,圆心A(-1,0),1分
如图,
因为BE∥AC,则∠ACB=∠EBD,由|AC|=|AD|,
则∠ADC=∠ACD,所以∠EBD=∠EDB,
则|EB|=|ED|,1分
所以|EA|+|EB|=|AE|+|ED|=|AD|=4.
所以E的轨迹为一个椭圆,1分
a=2,c=1,方程为+=1(y≠0).1分
(Ⅱ)C1:+=1;设l:x=my+1,
因为PQ⊥l,设PQ:y=-m(x-1),联立l与椭圆C1,
得(3m2+4)y2+6my-9=0;
则|MN|=|yM-yN|
==;2分
圆心A到PQ距离d==,
所以|PQ|=2=2
=,2分,
所以SMPNQ=|MN|·|PQ|=··
= 2分
=24∈[12,8). 2分
【反思提升】处理有关圆锥曲线与圆相结合的问题,要特别注意圆心、半径及平面几何知识的应用,如直径对的圆心角为直角,构成了垂直关系;弦心距、半径、弦长的一半构成直角三角形.利用圆的一些特殊几何性质解题,往往使问题简化..
【误区警示】第(Ⅰ)问得分点及说明
得分点
1.写出圆心坐标得1分.
2.得出EB=ED,得1分.
3.根据椭圆定义判断点E的轨迹是椭圆,得1分.
4.得出椭圆方程,得1分.
踩点说明
1.只要得出椭圆方程正确,得4分,忽略y≠0扣1分.
2.只要正确判断出点E的轨迹是椭圆,得3分.
3.若只有椭圆方程,而没有解答过程,得2分.
第(Ⅱ)问得分点及说明
5.根据弦长公式整理得出弦长|MN|得2分
6.得出弦长|PQ|得2分.
7.列出面积表达式,得2分.
8.求出面积的范围,得2分.
踩点说明
1.结果正确,有过程得满分.
2.两个弦长|MN|,|PQ|只要结果正确,每个得2分.
3.直线方程和椭圆方程联立,给1分.
4.写对弦长公式,给1分.
5.写出点到直线距离公式正确,给1分.
考向三 圆锥曲线的热点问题
【高考改编☆回顾基础】
1.【直线、圆、椭圆的位置关系及过定点问题】【2017·全国卷Ⅱ改编】设O为坐标原点,动点M在椭圆C:+y2=1上,P在圆x2+y2=2上,设点Q在直线x=-3上,且·=1,则过点P且垂直于OQ的直线l ________(填“经过”或“不经过”)C的左焦点F.
【答案】经过
2. 【直线与椭圆的位置关系及定值问题】【2016·山东卷改编】如图131,已知椭圆C:+=1(a>b>0),过动点M(0,m)(00,y0>0).
由M(0,m),可得P(x0,2m),Q(x0,-2m),
所以直线PM的斜率k==,
直线QM的斜率k′==-.
此时=-3,所以为定值-3.
3.【直线与抛物线的位置关系及范围问题】【2017·浙江卷改编】已知抛物线x2=y,点A,抛物线上的点P(x,y),则直线AP斜率的取值范围为________________ .
【答案】 (-1,1)
【解析】设直线AP的斜率为k,则k==x-.因为-b>0),由题可知c=1,
因为|BD|=3,所以=3,
又a2-b2=1,所以a=2,b=,
所以椭圆C的方程为+=1.
所以(x1-2)(x2-2)(1+k2)=,
即[x1x2-2(x1+x2)+4](1+k2)=,
所以(1+k2)==,
解得k=±.因为k>-,所以k=,
故存在直线l1满足条件,其方程为y=x.
【趁热打铁】如图,圆: .
(1)若圆与轴相切,求圆的方程;
(2)求圆心的轨迹方程;
(3)已知,圆与轴相交于两点(点在点的左侧).过点任作一条直线与圆: 相交于两点.问:是否存在实数,使得?若存在,求出实数的值,若不存在,请说明理由.
【答案】(1);(2)(3)存在,使得
(2)求圆心点坐标为,则 圆心点的轨迹方程为
(3)令,得,即所以
假设存在实数,当直线AB与轴不垂直时,设直线AB的方程为,
代入得, ,设从而
因为
而
因为,所以,即,得.
当直线AB与轴垂直时,也成立.故存在,使得
【方法总结☆全面提升】
1.圆锥曲线中求最值或范围问题的方法
若题目的条件和结论能体现一种明确的函数关系,则可先建立目标函数,再求这个函数的最值.常从以下几个方面考虑:
①利用判别式 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,解这类问题的关键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.
2.定点问题的求法
解题的关键在于寻找题中用 联系已知量和未知量的垂直关系、中点关系、方程、不等式,然后将已知量和未知量代入上述关系,通过整理、变形转化为过定点的直线系、曲线系 解决.
3. 定值问题的求法
解这类问题常通过取参数和特殊值先确定“定值”是多少,再进行证明,或者将问题转化为代数式,再证明该式是与变量无关的常数.
特别提醒:解决定值问题一定要分清哪些量为变量,哪些量为常量.
4.
求解存在性问题时,通常的方法是首先假设满足条件的几何元素或参数值存在,然后利用这些条件并结合题目的其他已知条件进行推理与计算,若不出现矛看,并且得到了相应的几何元素或参数值,就说明满足条件的几何元素或参数值存在;若在推理与计算中出现了矛盾,则说明满足条件的几何元素或参数值不存在,同时推理与计算的过程就是说明理由的过程.
【规范示例☆避免陷阱】
【典例】【2017·全国卷Ⅰ】已知椭圆C:+=1(a>b>0),四点P1(1,1),P2(0,1),P3(-1,),P4(1,)中恰有三点在椭圆C上.
(1)求C的方程.
(2)设直线l不经过P2点且与C相交于A,B两点.若直线P2A与直线P2B的斜率的和为-1,证明:l过定点.
【规范解答】
(1)由于P3,P4两点关于y轴对称,故由题设知椭圆C经过P3,P4两点.
又由+>+知,C不经过点P1,
所以点P2在C上.1分
因此解得
故C的方程为+y2=1.4分
(2)设直线P2A与直线P2B的斜率分别为k1,k2.
如果l与x轴垂直,设l:x=t,由题设知t≠0,且|t|<2,可得A,B的坐标分别为(t,),(t,-).
则k1+k2=-=-1,得t=2,不符合题设.
2分
从而可设l:y=kx+m(m≠1).将y=kx+m代入+y2=1得(4k2+1)x2+8kmx+4m2-4=0.
由题设可知Δ=16(4k2-m2+1)>0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=-,x1x2=.2分
而k1+k2=+=+
=.
由题设k1+k2=-1,故(2k+1)x1x2+(m-1)(x1+x2)=0.
即(2k+1)·+(m-1)·=0.解得k=-.3分
当且仅当m>-1时,Δ>0,
于是l:y=-x+m,即y+1=-(x-2),
所以l过定点(2,-1).1分
【反思提升】1.求解定点和定值问题的基本思想是一致的,定值是证明求解的一个量与参数无关,定点问题是求解的一个点(或几个点)的坐标,使得方程的成立与参数值无关.解这类试题时要会合理选择参数(参数可能是直线的斜率、截距,也可能是动点的坐标等),使用参数表达其中变化的量,再使用这些变化的量表达需要求解的解题目标.当使用直线的斜率和截距表达直线方程时,在解题过程中要注意建立斜率和截距之间的关系,把双参数问题化为单参数问题解决.
2.证明直线过定点的基本思想是使用一个参数表示直线方程,根据方程的成立与参数值无关得出x,y的方程组,以方程组的解为坐标的点就是直线所过的定点.
【误区警示】1.正确使用圆锥曲线的定义:牢记圆锥曲线的定义及性质,用解方程的方法求出a2、b2,如本题第(1)问就涉及椭圆的性质 判断点在不在椭圆上.学
2.注意分类讨论:当用点斜式表示直线方程时,应分直线的斜率存在和不存在两种情况求解,易出现忽略斜率不存在的情况,导致扣分,如本题第(2)问中首先要求出斜率不存在时的情况.
3.写全得分关键:在解析几何类解答题中,直线方程与圆锥曲线方程联立后得到的一元二次方程,根据一元二次方程得到的两根之和与两根之积,弦长,目标函数,……等一些关键式子和结果都是得分点,在解答时一定要写清楚.