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文档介绍
2021届高考数学一轮复习新人教A版教学案:第九章平面解析几何第9节圆锥曲线的综合问题第1课时最值范围证明问题
www.ks5u.com 第9节 圆锥曲线的综合问题 考试要求 1.掌握解决直线与椭圆、抛物线的位置关系的思想方法;2.了解圆锥曲线的简单应用;3.理解数形结合的思想. 知 识 梳 理 1.求定值问题常见的方法有两种: (1)从特殊入手,求出定值,再证明这个值与变量无关. (2)直接推理、计算,并在计算推理的过程中消去变量,从而得到定值. 2.定点的探索与证明问题 (1)探索直线过定点时,可设出直线方程为y=kx+b,然后利用条件建立b,k等量关系进行消元,借助于直线系的思想找出定点. (2)从特殊情况入手,先探求定点,再证明与变量无关. 3.求解范围问题的方法 求范围问题的关键是建立求解关于某个变量的目标函数,通过求这个函数的值域确定目标的范围,要特别注意变量的取值范围. 4.圆锥曲线中常见最值的解题方法 (1)几何法,若题目的条件和结论能明显体现几何特征及意义,则考虑利用图形性质来解决; (2)代数法,若题目的条件和结论能体现一种明确的函数关系,则可先建立起目标函数,再求这个函数的最值,最值常用基本不等式法、配方法及导数法求解. 5.圆锥曲线的弦长 设斜率为k(k≠0)的直线l与圆锥曲线C相交于A,B两点,A(x1,y1),B(x2,y2),则 |AB|=|x1-x2| =· =·|y1-y2|=·. [常用结论与微点提醒] 1.直线与椭圆位置关系的有关结论 (1)过椭圆外一点总有两条直线与椭圆相切; (2)过椭圆上一点有且仅有一条直线与椭圆相切; (3)过椭圆内一点的直线均与椭圆相交. 2.直线与抛物线位置关系的有关结论 (1)过抛物线外一点总有三条直线和抛物线有且只有一个公共点,即两条切线和一条与对称轴平行或重合的直线; (2)过抛物线上一点总有两条直线与抛物线有且只有一个公共点,即一条切线和一条与对称轴平行或重合的直线; (3)过抛物线内一点只有一条直线与抛物线有且只有一个公共点,即一条与对称轴平行或重合的直线. 诊 断 自 测 1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”) (1)直线l与椭圆C相切的充要条件是:直线l与椭圆C只有一个公共点.( ) (2)直线l与双曲线C相切的充要条件是:直线l与双曲线C只有一个公共点.( ) (3)直线l与抛物线C相切的充要条件是:直线l与抛物线C只有一个公共点.( ) (4)如果直线x=ty+a与圆锥曲线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则弦长|AB|=|y1-y2|.( ) 解析 (2)因为直线l与双曲线C的渐近线平行时,也只有一个公共点,是相交,但并不相切. (3)因为直线l与抛物线C的对称轴平行或重合时,也只有一个公共点,是相交,但不相切. 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ 2.(老教材选修2-1P71例6改编)过点(0,1)作直线,使它与抛物线y2=4x仅有一个公共点,这样的直线有( ) A.1条 B.2条 C.3条 D.4条 解析 结合图形分析可知,满足题意的直线共有3条:直线x=0,过点(0,1)且平行于x轴的直线以及过点(0,1)且与抛物线相切的直线(非直线x=0). 答案 C 3.(老教材选修2-1P69例4改编)已知倾斜角为60°的直线l通过抛物线x2=4y的焦点,且与抛物线相交于A,B两点,则弦|AB|=________. 解析 法一 直线l的方程为y=x+1, 由得y2-14y+1=0. 设A(x1,y1),B(x2,y2),则y1+y2=14, ∴|AB|=y1+y2+p=14+2=16. 法二 如图所示,过F作AD的垂线,垂足为H,则|AF|=|AD|=p+|AF|sin 60°,即|AF|==.同理,|BF|=,故|AB|=|AF|+|BF|=16. 答案 16 4.(2019·天津卷)已知抛物线y2=4x的焦点为F,准线为l.若l与双曲线-=1(a>0,b>0)的两条渐近线分别交于点A和点B,且|AB|=4|OF|(O为原点),则双曲线的离心率为( ) A. B. C.2 D. 解析 由已知易得,抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线l:x=-1,所以|OF|=1.又双曲线的两条渐近线的方程为y=±x,不妨设点A,B,所以|AB|==4|OF|=4,所以=2,即b=2a,所以b2=4a2.又双曲线方程中c2=a2+b2,所以c2=5a2,所以e==.故选D. 答案 D 5.(2020·广东七校联考)已知点P为椭圆+=1的动点,EF为圆N:x2+(y-1)2=1的任一直径,则·的最大值和最小值分别是( ) A.16,12-4 B.17,13-4 C.19,12-4 D.20,13-4 解析 ∵EF是圆N的直径,∴|NE|=|NF|=1,且=-,则·=(+)·(+)=(+)·(-)=2-2=2-1,设P(x0,y0),则有+=1,即x=16-y,又N(0,1),∴||2=x +(y0-1)2=-(y0+3)2+20,又∵y0∈[-2,2],∴当y0=-3时,||2取得最大值20,则(·)max=20-1=19.当y0=2时,||2取得最小值13-4,则(·)min=12-4.综上,·的最大值和最小值分别为19,12-4,故选C. 答案 C 6.(2020·江西五校协作体联考改编)已知点A(0,2),抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,射线FA与抛物线C相交于点M,与其准线相交于点N,若=,则p的值等于________. 解析 过点M向准线作垂线,垂足为P,由抛物线的定义可知,|MF|=|MP|,因为=,所以=,所以sin∠MNP=,则tan∠MNP=,又∠OFA+∠MNP=90°(O为坐标原点),所以tan∠OFA=2=,则p=2. 答案 2 第一课时 最值、范围、证明问题 考点一 最值问题 【例1】 (一题多解)(2020·东北三省四市教研模拟)如图,已知椭圆C:+=1的短轴端点分别为B1,B2,点M是椭圆C上的动点,且不与B1,B2重合,点N满足NB1⊥MB1,NB2⊥MB2. (1)(一题多解)求动点N的轨迹方程; (2)求四边形MB2NB1面积的最大值. 解 (1)法一 设N(x,y),M(x0,y0)(x0≠0), ∵MB1⊥NB1,MB2⊥NB2,B1(0,-3),B2(0,3), ∴直线NB1:y+3=-x,① 直线NB2:y-3=-x,② ①×②得y2-9=x2,又+=1, ∴y2-9=x2=-2x2, 整理得点N的轨迹方程为+=1(x≠0). 法二 设直线MB1:y=kx-3(k≠0), 则直线NB1:y=-x-3,① 直线MB1与椭圆C:+=1的交点M的坐标为, 则直线MB2的斜率为kMB2==-, ∴直线NB2:y=2kx+3,② 由①②解得N点的坐标为, 由,得点N的轨迹方程为+=1(x≠0). (2)由(1)中法二得,四边形MB2NB1的面积 S=|B1B2|(|xM|+|xN|)=3×==≤, 当且仅当|k|=时,S取得最大值. 规律方法 圆锥曲线中的最值问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两种方法:一是几何方法,即通过利用圆锥曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、性质等进行求解;二是代数方法,即把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个(些)变量的函数(解析式),然后利用函数方法、不等式方法等进行求解. 【训练1】 (2020·武汉调研)已知椭圆Γ:+=1(a>b>0)经过点M(-2,1),且右焦点F(,0). (1)求椭圆Γ的标准方程; (2)过N(1,0)且斜率存在的直线AB交椭圆Γ于A,B两点,记t=·,若t的最大值和最小值分别为t1,t2,求t1+t2的值. 解 (1)由椭圆+=1的右焦点为(,0), 知a2-b2=3,即b2=a2-3, 则+=1,a2>3. 又椭圆过点M(-2,1),∴+=1, 又a2>3,∴a2=6. ∴椭圆Γ的标准方程为+=1. (2)设直线AB的方程为y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2), 由得x2+2k2(x-1)2=6, 即(1+2k2)x2-4k2x+2k2-6=0, ∵点N(1,0)在椭圆内部,∴Δ>0, ∴ 则t=·=(x1+2)(x2+2)+(y1-1)(y2-1) =x1x2+2(x1+x2)+4+(kx1-k-1)(kx2-k-1) =(1+k2)x1x2+(2-k2-k)(x1+x2)+k2+2k+5③, 将①②代入③得, t=(1+k2)·+(2-k2-k)·+k2+2k+5, ∴t=, ∴(15-2t)k2+2k-1-t=0,k∈R, 则Δ1=22+4(15-2t)(1+t)≥0, ∴(2t-15)(t+1)-1≤0,即2t2-13t-16≤0, 由题意知t1,t2是2t2-13t-16=0的两根,∴t1+t2=. 考点二 范围问题 【例2】 (2019·江西八所重点中学联考)已知椭圆E:+=1(a>b>0),F1,F2为其左、右焦点,B1,B2为其上、下顶点,四边形F1B1F2B2的面积为2. (1)求椭圆E的长轴A1A2的最小值,并确定此时椭圆E的方程; (2)对于(1)中确定的椭圆E,设过定点M(-2,0)的直线l与椭圆E相交于P,Q两点,若=λ,当λ∈时,求△OPQ的面积S的取值范围. 解 (1)依题意四边形F1B1F2B2的面积为2bc,∴2bc=2, ∵|A1A2|=2a=2≥2=2, 当且仅当b=c=1时等号成立,此时a=, ∴长轴A1A2的最小值为2, 此时椭圆E的方程为+y2=1. (2)依题意,可设直线l:x=ty-2,联立得得(t2+2)y2-4ty+2=0. 由Δ>0,得t2>2. 设P(x1,y1),Q(x2,y2), 由根与系数的关系得 由=λ,得y1=λy2, ∴ 由得λ++2=, ∵y=λ++2在λ∈上单调递减, ∴λ++2∈, ∴<<,<t2<4,满足Δ>0. △OPQ的面积S=S△OMQ-S△OMP =|OM||y1-y2|=|y1-y2|==. 设m=,则m∈,t2=m2+2, ∴S==, ∵y=m+在m∈上单调递减, ∴S关于m单调递增,∴△OPQ的面积S∈. 规律方法 解决圆锥曲线中的取值范围问题应考虑的五个方面 (1)利用圆锥曲线的几何性质或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,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系; (3)利用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围; (4)利用已知的不等关系构造不等式,从而求出参数的取值范围; (5)利用求函数的值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从而确定参数的取值范围. 【训练2】 (2020·重庆七校联合考试)已知A,B是x轴正半轴上两点(A在B的左侧),且|AB|=a(a>0),过A,B分别作x轴的垂线,与抛物线y2=2px(p>0)在第一象限分别交于D,C两点. (1)若a=p,点A与抛物线y2=2px的焦点重合,求直线CD的斜率; (2)若O为坐标原点,记△OCD的面积为S1,梯形ABCD的面积为S2,求的取值范围. 解 (1)由题意知A,则B,D,则C, 又a=p,所以kCD==-1. (2)设直线CD的方程为y=kx+b(k≠0),C(x1,y1),D(x2,y2), 由,得ky2-2py+2pb=0, 所以Δ=4p2-8pkb>0,得kb<, 又y1+y2=,y1y2=,由y1+y2=>0,y1y2=>0, 可知k>0,b>0,因为|CD|=|x1-x2| =a, 点O到直线CD的距离d=, 所以S1=·a·=ab. 又S2=(y1+y2)·|x1-x2|=··a=, 所以=, 因为0<kb<,所以0<<. 即的取值范围为. 考点三 证明问题 【例3】 (2020·西安高三抽测)已知点A(1,-)在椭圆C:+=1(a>b>0)上,O为坐标原点,直线l:-=1的斜率与直线OA的斜率乘积为-. (1)求椭圆C的方程; (2)(一题多解)不经过点A的直线y=x+t(t≠0且t∈R)与椭圆C交于P,Q两点,P关于原点的对称点为R(与点A不重合),直线AQ,AR与y轴分别交于两点M,N,求证:|AM|=|AN|. (1)解 由题意知,kOA·kl=-·=-=-, 即a2=4b2,① 又+=1,② 所以联立①②,解得, 所以椭圆C的方程为+y2=1. (2)证明 设P(x1,y1),Q(x2,y2),则R(-x1,-y1), 由 得x2+tx+t2-1=0, 所以Δ=4-t2>0,即-2<t<2, 又t≠0,所以t∈(-2,0)∪(0,2), x1+x2=-t,x1·x2=t2-1. 法一 要证明|AM|=|AN|,可转化为证明直线AQ,AR的斜率互为相反数, 即证明kAQ+kAR=0. 由题意知,kAQ+kAR=+ = = == =0, 所以|AM|=|AN|. 法二 要证明|AM|=|AN|,可转化为证明直线AQ,AR与y轴的交点M,N连线的中点S的纵坐标为-,即AS垂直平分MN即可. 直线AQ与AR的方程分别为 lAQ:y+=(x-1),lAR:y+=(x-1), 分别令x=0,得yM=-,yN=-, 所以yM+yN=+- =- =- =- =-, yS==-,即AS垂直平分MN. 所以|AM|=|AN|. 规律方法 圆锥曲线中的证明问题常见的有: (1)位置关系方面的:如证明直线与曲线相切,直线间的平行、垂直,直线过定点等. (2)数量关系方面的:如存在定值、恒成立、相等等. 在熟悉圆锥曲线的定义与性质的前提下,一般采用直接法,通过相关的代数运算证明,但有时也会用反证法证明. 【训练3】 (2020·合肥模拟)如图,圆C与x轴相切于点T(2,0),与y轴正半轴相交于两点M,N(点M在点N的下方),且|MN|=3. (1)求圆C的方程; (2)过点M任作一条直线与椭圆+=1相交于两点A,B,连接AN,BN,求证:∠ANM=∠BNM. (1)解 设圆C的半径为r(r>0),依题意,圆心C的坐标为(2,r). 因为|MN|=3,所以r2=+22=. 所以r=,圆C的方程为(x-2)2+=. (2)证明 把x=0代入方程(x-2)2+=,解得y=1或y=4,即点M(0,1),N(0,4). ①当AB⊥x轴时,可知∠ANM=∠BNM=0. ②当AB与x轴不垂直时,可设直线AB的方程为y=kx+1. 联立方程消去y得,(1+2k2)x2+4kx-6=0. 设直线AB交椭圆于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则x1+x2=,x1x2=. 所以kAN+kBN=+=+===0. 所以∠ANM=∠BNM. 综合①②知∠ANM=∠BNM. A级 基础巩固 一、选择题 1.直线y=x+3与双曲线-=1(a>0,b>0)的交点个数是( ) A.1 B.2 C.1或2 D.0 解析 由直线y=x+3与双曲线-=1的渐近线y=x平行,故直线与双曲线的交点个数是1. 答案 A 2.(2019·浙江八校联考)抛物线y=ax2与直线y=kx+b(k≠0)交于A,B两点,且这两点的横坐标分别为x1,x2,直线与x轴交点的横坐标是x3,则( ) A.x3=x1+x2 B.x1x2=x1x3+x2x3 C.x1+x2+x3=0 D.x1x2+x2x3+x3x1=0 解析 由消去y得ax2-kx-b=0,可知x1+x2=,x1x2=-,令kx+b=0得x3=-,所以x1x2=x1x3+x2x3. 答案 B 3.若点O和点F分别为椭圆+=1的中心和左焦点,点P为椭圆上的任意一点,则·的最大值为( ) A.2 B.3 C.6 D.8 解析 由题意得F(-1,0),设点P(x0,y0), 则y=3(-2≤x0≤2). ·=x0(x0+1)+y=x+x0+y=x+x0+3=·(x0+2)2+2. 因为-2≤x0≤2,所以当x0=2时,·取得最大值,最大值为6. 答案 C 4.(2020·石家庄调研)设F,B分别为椭圆+=1(a>b>0)的右焦点和上顶点,O为坐标原点,C是直线y=x与椭圆在第一象限内的交点,若+=λ(+),则椭圆的离心率是( ) A. B. C. D.-1 解析 连接BF,联立椭圆+=1(a>b>0)与直线y=x的方程,解得C.因此线段OC的中点坐标为.∵+=λ(+),∴线段OC的中点在BF上,又直线BF的方程为+=1,∴+=1,所以==.故选A. 答案 A 5.设P是椭圆+=1上一点,M,N分别是两圆:(x+4)2+y2=1和(x-4)2+y2=1上的点,则|PM|+|PN|的最小值、最大值分别为( ) A.9,12 B.8,11 C.8,12 D.10,12 解析 如图,由椭圆及圆的方程可知两圆圆心分别为椭圆的两个焦点,由椭圆定义知|PA|+|PB|=2a=10,连接PA,PB分别与圆相交于两点,此时|PM|+|PN|最小,最小值为|PA|+|PB|-2R=8;连接PA,PB并延长,分别与圆相交于两点,此时|PM|+|PN|最大,最大值为|PA|+|PB|+2R=12,即最小值和最大值分别为8,12. 答案 C 二、填空题 6.(2019·岳阳二模)已知抛物线y=ax2(a>0)的准线为l,l与双曲线-y2=1的两条渐近线分别交于A,B两点,若|AB|=4,则a=________. 解析 抛物线y=ax2(a>0)的准线l:y=-,双曲线-y2=1的两条渐近线分别为y=x,y=-x,可得xA=-,xB=,可得|AB|=-=4,解得a=. 答案 7.抛物线C:y2=2px(p>0)的准线与x轴的交点为M,过点M作C的两条切线,切点分别为P,Q,则∠PMQ=________. 解析 由题意得M,设过点M的切线方程为x=my-,代入y2=2px得y2-2pmy+p2=0,∴Δ=4p2m2-4p2=0,∴m=±1,则切线斜率k=±1,∴MQ⊥MP,因此∠PMQ=. 答案 8.(2019·太原一模)过双曲线-=1(a>0,b>0)的右顶点且斜率为2的直线,与该双曲线的右支交于两点,则此双曲线离心率的取值范围为________. 解析 由过双曲线-=1(a>0,b>0)的右顶点且斜率为2的直线,与该双曲线的右支交于两点,可得<2. ∴e==<=, ∵e>1,∴1查看更多
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