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文档介绍
2019届二轮复习(理)专题48曲线与方程学案(全国通用)
1.了解方程的曲线与曲线的方程的对应关系; 2.了解解析几何的基本思想和利用坐标法研究曲线的简单性质; 3.能够根据所给条件选择适当的方法求曲线的轨迹方程. 1.曲线与方程 在平面直角坐标系中,如果曲线C与方程F(x,y)=0之间具有如下关系: (1)曲线C上点的坐标都是方程F(x,y)=0的解; (2)以方程F(x,y)=0的解为坐标的点都在曲线C上.那么,曲线C叫做方程F(x,y)=0的曲线,方程F(x,y)=0叫做曲线C的方程. 2.求动点的轨迹方程的一般步骤 (1)建系——建立适当的坐标系. (2)设点——设轨迹上的任一点P(x,y). (3)列式——列出动点P所满足的关系式. (4)代换——依条件式的特点,将其转化为x,y的方程式,并化简. (5)证明——证明所求方程即为符合条件的动点轨迹方程. 3.两曲线的交点 设曲线C1的方程为F1(x,y)=0,曲线C2的方程为F2(x,y)=0,则C1,C2的交点坐标即为方程组的实数解. 若此方程组无解,则两曲线无交点. 高频考点一 定义法求轨迹方程 例1、已知圆M:(x+1)2+y2=1,圆N:(x-1)2+y2=9,动圆P与圆M外切并且与圆N内切,圆心P的轨迹为曲线C.求C的方程. 解 由已知得圆M的圆心为M(-1,0),半径r1=1;圆N的圆心为N(1,0),半径r2=3.设圆P 的圆心为P(x,y),半径为R. 因为圆P与圆M外切并且与圆N内切, 所以|PM|+|PN|=(R+r1)+(r2-R)=r1+r2=4>|MN|=2. 由椭圆的定义可知,曲线C是以M,N为左,右焦点,长半轴长为2,短半轴长为的椭圆(左顶点除外),其方程为+=1(x≠-2). 【方法规律】(1)求轨迹方程时,若动点与定点、定线间的等量关系满足圆、椭圆、双曲线、抛物线的定义,则可直接根据定义先确定轨迹类型,再写出其方程. (2)理解解析几何中有关曲线的定义是解题关键. (3)利用定义法求轨迹方程时,还要看所求轨迹是否是完整的圆、椭圆、双曲线、抛物线,如果不是完整的曲线,则应对其中的变量x或y进行限制. 【变式探究】已知两个定圆O1和O2,它们的半径分别是1和2,且|O1O2|=4.动圆M与圆O1内切,又与圆O2外切,建立适当的坐标系,求动圆圆心M的轨迹方程,并说明轨迹是何种曲线. 解 高频考点二 直接法求轨迹方程 例2、已知动圆过定点A(4,0),且在y轴上截得弦MN的长为8. (1)求动圆圆心的轨迹C的方程; (2)已知点B(-1,0),设不垂直于x轴的直线l与轨迹C交于不同的两点P,Q,若x轴是∠PBQ的角平分线,证明:直线l过定点. (1)解 如图,设动圆圆心为O1(x,y), 由题意,|O1A|=|O1M|, 当O1不在y轴上时,过O1作O1H⊥MN交MN于H,则H是MN的中点. ∴|O1M|=, 又|O1A|=, ∴=,化简得y2=8x(x≠0). 当O1在y轴上时,O1与O重合,点O1的坐标(0,0)也满足方程y2=8x, ∴动圆圆心的轨迹C的方程为y2=8x. (2)证明 由题意,设直线l的方程为y=kx+b(k≠0), 即y1(x2+1)+y2(x1+1)=0, (kx1+b)(x2+1)+(kx2+b)(x1+1)=0, 2kx1x2+(b+k)(x1+x2)+2b=0③ 将①,②代入③得2kb2+(k+b)(8-2bk)+2k2b=0, ∴k=-b,此时Δ>0, ∴直线l的方程为y=k(x-1),即直线l过定点(1,0). 【方法技巧】利用直接法求轨迹方程 (1)利用直接法求解轨迹方程的关键是根据条件准确列出方程,然后进行化简. (2)运用直接法应注意的问题 ①在用直接法求轨迹方程时,在化简的过程中,有时破坏了方程的同解性,此时就要补上遗漏的点或删除多余的点,这是不能忽视的. ②若方程的化简过程是恒等变形,则最后的验证可以省略. 【举一反三】在平面直角坐标系xOy中,点P(a,b)为动点,F1,F2分别为椭圆+=1(a>b>0)的左,右焦点.已知△F1PF2为等腰三角形. (1)求椭圆的离心率e; (2)设直线PF2与椭圆相交于A,B两点,M是直线PF2上的点,满足·=-2,求点M的轨迹方程. 解 (1)设F1(-c,0),F2(c,0)(c>0). 由题意,可得|PF2|=|F1F2|,即=2c, 整理得22+-1=0, 得=-1(舍去)或=.所以e=. 则=,=(x,y+c). 由y=(x-c),得c=x-y. 于是=,=(x,x),由·=-2, 即·x+·x=-2. 化简得18x2-16xy-15=0. 将y=代入c=x-y, 得c=>0. 所以x>0. 因此,点M的轨迹方程是18x2-16xy-15=0(x>0). 【变式探究】已知椭圆C:+=1(a>b>0)的一个焦点为(,0),离心率为. (1)求椭圆C的标准方程; (2)若动点P(x0,y0)为椭圆C外一点,且点P到椭圆C的两条切线相互垂直,求点P的轨迹方程. 解 (1)由题意知c=,=, 所以a=3,b2=a2-c2=4, 故椭圆C的标准方程为+=1. 所以k是方程(x-9)x2-2x0y0x+y-4=0(x0≠±3)的一个根,同理-是方程(x-9)x2-2x0y0x+y-4=0(x0 ≠±3)的另一个根, 所以k·(-)=,得x+y=13,其中x0≠±3, 所以此时点P的轨迹方程为x+y=13(x0≠±3). 因为P(±3,±2)满足x+y=13, 综上可知,点P的轨迹方程为x+y=13. 【感悟提升】直接法求轨迹方程的常见类型及解题策略: (1)题目给出等量关系,求轨迹方程.直接代入即可得出方程. (2)题中未明确给出等量关系,求轨迹方程.可利用已知条件寻找等量关系,得出方程. 【变式探究】(1)已知A,B为平面内两定点,过该平面内动点M作直线AB的垂线,垂足为N.若2=λ·,其中λ为常数,则动点M的轨迹不可能是( ) A.圆 B.椭圆 C.抛物线 D.双曲线 答案 C (2)如图所示,A(m,m)和B(n,-n)两点分别在射线OS,OT(点S、T分别在第一、四象限)上移动,且·=-,O为坐标原点,动点P满足=+. ①求mn的值; ②求动点P的轨迹方程,并说明它表示什么曲线? 解 ①∵·=(m,m)·(n,-n) =-2mn=-,∴mn=. ②设P(x,y) (x>0),由=+, 得(x,y)=(m,m)+(n,-n)=(m+n,m-n). ∴ 整理得x2-=4mn, 又mn=,∴P点的轨迹方程为x2-=1 (x>0). 它表示以原点为中心,焦点在x轴上,实轴长为2,焦距为4的双曲线x2-=1的右支. 高频考点三 相关点法求轨迹方程 例3、如图,动圆C1:x2+y2=t2,1<t<3,与椭圆C2:+y2=1相交于A,B,C,D四点.点A1,A2分别为C2的左,右顶点.求直线AA1与直线A2B交点M的轨迹方程. 将④代入③得-y2=1(x<-3,y<0). 因此点M的轨迹方程为-y2=1(x<-3,y<0). 【方法规律】“相关点法”的基本步骤: (1)设点:设被动点坐标为(x,y),主动点坐标为(x0,y0); (2)求关系式:求出两个动点坐标之间的关系式 (3)代换:将上述关系式代入主动点满足的曲线方程,便可得到所求被动点的轨迹方程. 【变式探究】设直线x-y=4a与抛物线y2=4ax交于两点A,B(a为定值),C为抛物线上任意一点,求△ABC的重心的轨迹方程. 解 设△ABC的重心为G(x,y), 又点C(x0,y0)在抛物线上, ∴将点C的坐标代入抛物线的方程得: (3y-4a)2=4a(3x-12a),即(y-)2=(x-4a). 又点C与A,B不重合,∴x0≠(6±2)a, ∴△ABC的重心的轨迹方程为 (y-)2=(x-4a)(x≠(6±)a). 【感悟提升】“相关点法”的基本步骤: (1)设点:设被动点坐标为(x,y),主动点坐标为(x1,y1); (2)求关系式:求出两个动点坐标之间的关系式 (3)代换:将上述关系式代入已知曲线方程,便可得到所求动点的轨迹方程. 【变式探究】设F(1,0),M点在x轴上,P点在y轴上,且=2,⊥,当点P在y轴上运动时,求点N的轨迹方程. ] 2. (2018年天津卷)已知双曲线的离心率为2,过右焦点且垂直于x轴的直线与双曲线交于A,B两点. 设A,B到双曲线的同一条渐近线的距离分别为和,且,则双曲线的方程为 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】设双曲线的右焦点坐标为(c>0),则, 由可得:, 不妨设:, 双曲线的一条渐近线方程为:, 据此可得:,, 则,则, 双曲线的离心率:, 据此可得:,则双曲线的方程为. 本题选择C选项. 5. (2018年全国Ⅱ卷理数)双曲线的离心率为,则其渐近线方程为 A. B. C. D. 【答案】A 4. (2018年天津卷)设椭圆(a>b>0)的左焦点为F,上顶点为B. 已知椭圆的离心率为,点A的坐标为,且. (I)求椭圆的方程; (II)设直线l:与椭圆在第一象限的交点为P,且l与直线AB交于点Q. 若(O为原点) ,求k的值. 【答案】(Ⅰ);(Ⅱ)或 【解析】(Ⅰ)设椭圆的焦距为2c,由已知有, 又由a2=b2+c2,可得2a=3b.由已知可得,,, 由,可得ab=6,从而a=3,b=2. 所以,椭圆的方程为. 5. (2018年江苏卷)如图,在平面直角坐标系中,椭圆C过点,焦点,圆O的直径为. (1)求椭圆C及圆O的方程; (2)设直线l与圆O相切于第一象限内的点P. | ] ①若直线l与椭圆C有且只有一个公共点,求点P的坐标; ②直线l与椭圆C交于两点.若的面积为,求直线l的方程. 【答案】(1)椭圆C的方程为;圆O的方程为 (2)①点P的坐标为;②直线l的方程为 (2)①设直线l与圆O相切于,则, 所以直线l的方程为,即. 由,消去y,得 .( ) 因为直线l与椭圆C有且只有一个公共点, 所以. 因为,所以. 因此,点P的坐标为. ②因为三角形OAB的面积为,所以,从而. 设, 由( )得, 所以 . 因为, 所以,即, 解得舍去),则,因此P的坐标为. 综上,直线l的方程为. 5. (2018年全国Ⅱ卷理数)设抛物线的焦点为,过且斜率为的直线与交于,两点,. (1)求的方程; (2)求过点,且与的准线相切的圆的方程. 【答案】(1) y=x–1,(2)或. 【解析】 (1)由题意得F(1,0),l的方程为y=k(x–1)(k>0). 设A(x1,y1),B(x2,y2). 由得. ,故. 所以. 由题设知,解得k=–1(舍去),k=1. 因此l的方程为y=x–1. 1.【2017天津,理5】已知双曲线的左焦点为,离心率为.若经过和两点的直线平行于双曲线的一条渐近线,则双曲线的方程为 (A) (B)(C)(D) 【答案】B 【解析】由题意得 ,选B. 2.【2017课标3,理5】已知双曲线C: (a>0,b>0)的一条渐近线方程为,且与椭圆有公共焦点,则C的方程为 A. B. C. D. 【答案】B 【解析】双曲线C: (a>0,b>0)的渐近线方程为 , 椭圆中: ,椭圆,即双曲线的焦点为 , 据此可得双曲线中的方程组: ,解得: , 则双曲线 的方程为 . 故选B. 3.【2017山东,理14】在平面直角坐标系中,双曲线的右支与焦点为的抛物线交于两点,若,则该双曲线的渐近线方程为 . 【答案】 4.【2017课标1,理20】已知椭圆C:(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. 【答案】(1).(2)见解析。 【解析】(1)由于, 两点关于y轴对称,故由题设知C经过, 两点. 又由知,C不经过点P1,所以点P2在C上. 因此,解得. 故C的方程为. 设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1+x2=,x1x2=. 而 . 由题设,故. 即. 解得. 当且仅当时, ,欲使l: ,即, 所以l过定点(2, ) 5.【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。 , . 由得-3m-+tn-=1, 又由(1)知,故 3+3m-tn=0. 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l过C的左焦点F. 6.【2017山东,理21】在平面直角坐标系中,椭圆:的离心率为,焦距为. (Ⅰ)求椭圆的方程; (Ⅱ)如图,动直线:交椭圆于两点,是椭圆上一点,直线的斜率为,且,是线段延长线上一点,且,的半径为,是的两条切线,切点分别为.求的最大值,并求取得最大值时直线的斜率. 【答案】(I). (Ⅱ)的最大值为,取得最大值时直线的斜率为. 【解析】 (Ⅱ)设, 联立方程 得, 由题意知, 且, 所以 . 由题意可知圆的半径为 得, | |k ] 因此 . 由题意可知 , 而 , 令, 则, 因此 , 当且仅当,即时等号成立,此时, 所以 , 因此, 所以 最大值为. 综上所述: 的最大值为,取得最大值时直线的斜率为. 7.【2017北京,理18】已知抛物线C:y2=2px过点P(1,1).过点(0,)作直线l与抛物线C交于不同的两点M,N,过点M作x轴的垂线分别与直线OP,ON交于点A,B,其中O为原点. (Ⅰ)求抛物线C的方程,并求其焦点坐标和准线方程; (Ⅱ)求证:A为线段BM的中点. 【答案】(Ⅰ)方程为,抛物线C的焦点坐标为(,0),准线方程为.(Ⅱ)详见解析. 【解析】 (Ⅱ)由题意,设直线l的方程为(),l与抛物线C的交点为, . 由,得. 则, .学 . 因为点P的坐标为(1,1),所以直线OP的方程为,点A的坐标为. 直线ON的方程为,点B的坐标为. 8.【2017天津,理19】设椭圆的左焦点为,右顶点为,离心率为.已知是抛物线的焦点,到抛物线的准线的距离为. (I)求椭圆的方程和抛物线的方程; (II)设上两点,关于轴对称,直线与椭圆相交于点(异于点),直线与轴相交于点.若的面积为,求直线的方程. 【答案】(Ⅰ), .(Ⅱ),或. 【解析】 (Ⅰ)解:设的坐标为.依题意, , , ,解得, , ,于是.所以,椭圆的方程为,抛物线的方程为. 所以,直线的方程为,或.学 . 9.【2017江苏,17】 如图,在平面直角坐标系中,椭圆的左、右焦点分别为, ,离心率为,两准线之间的距离为8.点在椭圆上,且位于第一象限,过点作 直线的垂线,过点作直线的垂线. (1)求椭圆的标准方程; (2)若直线的交点在椭圆上,求点的坐标. 【答案】(1)(2) (2)由(1)知, , . 设,因为点为第一象限的点,故. 当时, 与相交于,与题设不符. 当时,直线的斜率为,直线的斜率为. 因为, ,所以直线的斜率为,直线的斜率为, 从而直线的方程: , ① 直线的方程: . ② 由①②,解得,所以. 因为点在椭圆上,由对称性,得,即或. 又在椭圆E上,故. 由,解得; ,无解. 因此点P的坐标为. 1.【2016高考山东理数】(本小题满分14分) 平面直角坐标系中,椭圆C: 的离心率是,抛物线E:的焦点F是C的一个顶点. (I)求椭圆C的方程; (II)设P是E上的动点,且位于第一象限,E在点P处的切线与C交与不同的两点A,B,线段AB的中点为D,直线OD与过P且垂直于x轴的直线交于点M. (i)求证:点M在定直线上; (ii)直线与y轴交于点G,记的面积为,的面积为,求 的最大值及取得最大值时点P的坐标. 【答案】(Ⅰ);(Ⅱ)(i)见解析;(ii)的最大值为,此时点的坐标为 【解析】 (Ⅰ)由题意知,可得:. 因为抛物线的焦点为,所以, 所以椭圆C的方程为. (Ⅱ)由(Ⅰ)知直线方程为, 令得,所以, 又, 所以, , 所以, 令,则, 当,即时,取得最大值,此时,满足, 所以点的坐标为,因此的最大值为,此时点的坐标为. 2.【2016高考江苏卷】(本小题满分10分) 如图,在平面直角坐标系xOy中,已知直线,抛物线 (1)若直线l过抛物线C的焦点,求抛物线C的方程; (2)已知抛物线C上存在关于直线l对称的相异两点P和Q. ①求证:线段PQ的中点坐标为; ②求p的取值范围. 【答案】(1)(2)①详见解析,② 【解析】 解:(1)抛物线的焦点为 由点在直线上,得,即 所以抛物线C的方程为 3.【2016高考新课标3理数】已知抛物线:的焦点为,平行于轴的两条直线分别交于两点,交的准线于两点. (I)若在线段上,是的中点,证明; (II)若的面积是的面积的两倍,求中点的轨迹方程. 【答案】(Ⅰ)见解析;(Ⅱ). 【解析】由题设.设,则,且 . 记过两点的直线为,则的方程为. ..3分 (Ⅰ)由于在线段上,故. 记的斜率为,的斜率为,则, 所以. 5分 (Ⅱ)设与轴的交点为, 则. 由题设可得,所以(舍去),. 设满足条件的的中点为. 当与轴不垂直时,由可得. 而,所以.学 ^ 当与轴垂直时,与重合,所以,所求轨迹方程为. .12分 1.【2015高考四川,理10】设直线l与抛物线相交于A,B两点,与圆相切于点M,且M为线段AB的中点.若这样的直线l恰有4条,则r的取值范围是( ) (A) (B) (C) (D) 【答案】D 【解析】显然当直线的斜率不存在时,必有两条直线满足题设.当直线的斜率存在时,设斜率为.设,则,相减得.由于,所以,即.圆心为,由得,所以,即点M必在直线上.将代入得.因为点M在圆上,所以.又(由于斜率不存在,故,所以不取等号),所以.选D. 2.【2015高考天津,理6】已知双曲线 的一条渐近线过点,且双曲线的一个焦点在抛物线 的准线上,则双曲线的方程为( ) (A) (B)(C)(D) 【答案】D 3.【2015高考浙江,理5】如图,设抛物线的焦点为,不经过焦点的直线上有三个不同的点,,,其中点,在抛物线上,点在轴上,则与的面积之比是( ) A. B. C. D. 【答案】A. 【解析】 ,故选A. 4.【2015高考上海,理5】抛物线()上的动点到焦点的距离的最小值为,则 . 【答案】 【解析】因为抛物线上动点到焦点的距离为动点到准线的距离,因此抛物线上动点到焦点的最短距离为顶点到准线的距离,即 1.(2014·广东卷)曲线y=e-5x+2在点(0,3)处的切线方程为 . 【答案】y=-5x+3 2.(2014·辽宁卷)已知点A(-2,3)在抛物线C:y2=2px的准线上,过点A的直线与C在第一象限相切于点B,记C的焦点为F,则直线BF的斜率为( ) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】因为抛物线C:y2=2px的准线为x=-,且点A(-2,3)在准线上,所以p=4.设直线AB的方程为x+2=m(y-3),与抛物线方程y2=8x联立得到y2-8my+24m+16=0,由题易知Δ=0,解得m=-(舍)或者m=2,这时B点的坐标为(8,8),而焦点F的坐标为(2,0),故直线BF的斜率kBF==. 3.(2014·新课标全国卷Ⅰ] 已知抛物线C:y2=8x的焦点为F,准线为l,P是l上一点,Q是直线PF与C的一个交点.若=4,则|QF|=( ) A. B.3 C. D.2 【答案】B 【解析】由题知F(2,0),设P(-2,t),Q(x0,y0),则FP=(-4,t),=(x0-2,y0),由FP=4FQ,得-4=4(x0-2),解得x0=1,根据抛物线定义得|QF|=x0+2=3. 4.(2014·安徽卷)如图14,已知两条抛物线E1:y2=2p1x(p1>0)和E2:y2=2p2x(p2>0),过原点O的两条直线l1和l2,l1与E1,E2分别交于A1,A2两点,l2与E1,E2分别交于B1,B2两点. 图14 (1)证明:A1B1∥A2B2; (2)过O作直线l(异于l1,l2)与E1,E2分别交于C1,C2两点,记△A1B1C1与△A2B2C2的面积分别为S1与S2,求的值. (2)由(1)知A1B1∥A2B2,同理可得B1C1∥B2C2,C1A1∥C2A2,所以△A1B1C1∽△A2B2C2, 因此=. 又由(1)中的=||知,=, 故=. 5.(2014·湖北卷)在平面直角坐标系xOy中,点M到点F(1,0)的距离比它到y轴的距离多1.记点M的轨迹为C. (1)求轨迹C的方程; (2)设斜率为k的直线l过定点P(-2,1),求直线l与轨迹C恰好有一个公共点、两个公共点、三个公共点时k的相应取值范围. 【解析】解:(1)设点M(x,y),依题意得|MF|=|x|+1,即=|x|+1, 化简整理得y2=2(|x|+x). 故点M的轨迹C的方程为y2= (i)若由②③解得k<-1或k>. 即当k∈(-∞,-1)∪时,直线l与C1没有公共点,与C2有一个公共点.故此时直线l与轨迹C恰好有一个公共点. (ii)若或 由②③解得k∈或-≤k<0. 即当k∈时,直线l与C1只有一个公共点. 当k∈时,直线l与C1有两个公共点,与C2没有公共点. 故当k∈∪时,直线l与轨迹C恰好有两个公共点. (iii)若由②③解得-1查看更多