(新高考)高考数学一轮复习过关练考点27 椭圆的综合问题 (含解析)
展开考点27 椭圆的综合问题
考纲要求
1、 掌握直线与椭圆的关系,能够解决椭圆问题中的直线的方程和斜率问题·
2、 掌握圆锥曲线中最值问题的解题策略
3、 掌握圆锥曲线中定点、定值等问题
近三年高考情况分析
解答题中考查直线与椭圆的知识 .涉及重点是考查椭圆的标准方程、几何性质,以及直线与椭圆相交所产生的相关问题,如范围问题、最值问题及定点、定值问题等等 . 在解决这类问题时,要充分利用方程的思想、数形结合的思想,同时,注意定义及几何图形的性质的应用,另外,这类问题也会考查学生观察、推理以及分析问题、解决问题的能力
考点总结
解析几何题的解题思路一般很容易觅得,实际操作时,往往不是因为难于实施,就是因为实施起来运算繁琐而被卡住,最终放弃此解法,因此方法的选择特别重要.从思想方法层面讲,解析几何主要有两种方法:一是设线法;二是设点法.此题的两种解法分属于设点法和设线法.一般地,设线法是比较顺应题意的一种解法,它的参变量较少,目标集中,思路明确;而设点法要用好点在曲线上的条件,技巧性较强,但运用得好,解题过程往往会显得很简捷.解析几何大题肩负着对计算能力考查的重任,所以必要的计算量是少不了的,不要一遇到稍微有一点计算量的题目就想放弃,坚持到底才是胜利
三年高考真题
1、【2017年高考全国Ⅲ理数】已知椭圆C: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
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】以线段为直径的圆的圆心为坐标原点,半径为,圆的方程为,
直线与圆相切,所以圆心到直线的距离等于半径,即,整理可得,即即,
从而,则椭圆的离心率,故选A.
2、【2018年高考浙江卷】已知点P(0,1),椭圆+y2=m(m>1)上两点A,B满足=2,则当m=___________时,点B横坐标的绝对值最大.
【答案】
【解析】设,,
由得,,
所以,
因为,在椭圆上,所以,,
所以,
所以,
与对应相减得,,
当且仅当时取最大值.
3、【2019年高考天津卷理数】设椭圆的左焦点为,上顶点为.已知椭圆的短轴长为4,离心率为.
(1)求椭圆的方程;
(2)设点在椭圆上,且异于椭圆的上、下顶点,点为直线与轴的交点,点在轴的负半轴上.若(为原点),且,求直线的斜率.
【解析】(1)设椭圆的半焦距为,依题意,,又,可得,.
所以,椭圆的方程为.
(2)由题意,设.设直线的斜率为,
又,则直线的方程为,
与椭圆方程联立整理得,
可得,代入得,
进而直线的斜率.
在中,令,得.
由题意得,所以直线的斜率为.
由,得,化简得,从而.
所以,直线的斜率为或.
4、【2020年北京卷】.已知椭圆过点,且.
(Ⅰ)求椭圆C的方程:
(Ⅱ)过点的直线l交椭圆C于点,直线分别交直线于点.求的值.
【解析】(1)设椭圆方程为:,由题意可得:
,解得:,
故椭圆方程为:.
(2)设,,直线的方程为:,
与椭圆方程联立可得:,
即:,
则:.
直线MA的方程为:,
令可得:,
同理可得:.
很明显,且:,注意到:
,
而:
,
故.
从而.
5、【2020年江苏卷】在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆的左、右焦点分别为F1,F2,点A在椭圆E上且在第一象限内,AF2⊥F1F2,直线AF1与椭圆E相交于另一点B.
(1)求△AF1F2的周长;
(2)在x轴上任取一点P,直线AP与椭圆E的右准线相交于点Q,求的最小值;
(3)设点M在椭圆E上,记△OAB与△MAB的面积分别为S1,S2,若S2=3S1,求点M的坐标.
【解析】(1)∵椭圆的方程为∴,
由椭圆定义可得:.∴的周长为
(2)设,根据题意可得.
∵点在椭圆上,且在第一象限,
∴∵准线方程为∴
∴,当且仅当时取等号.
∴的最小值为.
(3)设,点到直线的距离为.
∵,∴直线的方程为
∵点到直线的距离为,
∴∴
∴①∵②
∴联立①②解得,.
∴或.
6、【2020年全国1卷】0.已知A、B分别为椭圆E:(a>1)的左、右顶点,G为E的上顶点,,P为直线x=6上的动点,PA与E的另一交点为C,PB与E的另一交点为D.
(1)求E的方程;
(2)证明:直线CD过定点.
【答案】(1);(2)证明详见解析.
【解析】(1)依据题意作出如下图象:
由椭圆方程可得:, ,
,
,
椭圆方程为:
(2)证明:设,
则直线的方程为:,即:
联立直线的方程与椭圆方程可得:,整理得:
,解得:或
将代入直线可得:
所以点的坐标为.
同理可得:点的坐标为
直线的方程为:,
整理可得:
整理得:
故直线过定点
7、【2020年全国2卷】.已知椭圆C1:(a>b>0)的右焦点F与抛物线C2的焦点重合,C1的中心与C2的顶点重合.过F且与x轴垂直的直线交C1于A,B两点,交C2于C,D两点,且|CD|=|AB|.
(1)求C1的离心率;
(2)设M是C1与C2的公共点,若|MF|=5,求C1与C2的标准方程.
【解析】(1),轴且与椭圆相交于、两点,
则直线的方程为,
联立,解得,则,
抛物线的方程为,联立,
解得,,
,即,,即,即,
,解得,因此,椭圆的离心率为;
(2)由(1)知,,椭圆的方程为,
联立,消去并整理得,
解得或(舍去),
由抛物线的定义可得,解得.
因此,曲线的标准方程为,
曲线的标准方程为.
8、【2020年天津卷】.已知椭圆的一个顶点为,右焦点为,且,其中为原点.
(Ⅰ)求椭圆方程;
(Ⅱ)已知点满足,点在椭圆上(异于椭圆的顶点),直线与以为圆心的圆相切于点,且为线段的中点.求直线的方程.
【解析】(Ⅰ)椭圆的一个顶点为,
,
由,得,
又由,得,
所以,椭圆的方程为;
(Ⅱ)直线与以为圆心的圆相切于点,所以,
根据题意可知,直线和直线的斜率均存在,
设直线的斜率为,则直线的方程为,即,
,消去,可得,解得或.
将代入,得,
所以,点的坐标为,
因为为线段的中点,点的坐标为,
所以点的坐标为,
由,得点的坐标为,
所以,直线的斜率为,
又因为,所以,
整理得,解得或.
所以,直线的方程为或.
9、【2020年浙江卷】.如图,已知椭圆,抛物线,点A是椭圆与抛物线的交点,过点A的直线l交椭圆于点B,交抛物线于M(B,M不同于A).
(Ⅰ)若,求抛物线的焦点坐标;
(Ⅱ)若存在不过原点的直线l使M为线段AB的中点,求p的最大值.
【解析】(Ⅰ)当时,的方程为,故抛物线的焦点坐标为;
(Ⅱ)设,
由,
,
由在抛物线上,所以,
又,
,,
.
由即
,
所以,,,
所以,的最大值为,此时.
法2:设直线,.
将直线的方程代入椭圆得:,
所以点的纵坐标为.
将直线的方程代入抛物线得:,
所以,解得,因此,
由解得,
所以当时,取到最大值为.
10、【2020年山东卷】.已知椭圆C:的离心率为,且过点A(2,1).(1)求C的方程:
(2)点M,N在C上,且AM⊥AN,AD⊥MN,D为垂足.证明:存在定点Q,使得|DQ|为定值.
【解析】(1)由题意可得:,解得:,故椭圆方程为:.
(2)设点.
因为AM⊥AN,∴,即,①
当直线MN的斜率存在时,设方程为,如图1.
代入椭圆方程消去并整理得:
②,
根据,代入①整理可得:
将②代入,,
整理化简得,
∵不在直线上,∴,
∴,
于是MN的方程为,
所以直线过定点直线过定点.
当直线MN的斜率不存在时,可得,如图2.
代入得,
结合,解得,
此时直线MN过点,
由于AE为定值,且△ADE为直角三角形,AE为斜边,
所以AE中点Q满足为定值(AE长度的一半).
由于,故由中点坐标公式可得.
故存在点,使得|DQ|为定值.
二年模拟试题
题型一、椭圆与圆的结合问题
1、(2020届山东省临沂市高三上期末)已知P是椭圆C:上的动点,Q是圆D:上的动点,则( )
A.C的焦距为 B.C的离心率为
C.圆D在C的内部 D.的最小值为
【答案】BC
【解析】
,
,则C的焦距为,.
设(),
则,
所以圆D在C的内部,且的最小值为.
故选:BC.
2、(2020届湖南省长沙市长郡中学高三月考(一)数学(文)试题)设P,Q分别是圆和椭圆上的点,则P,Q两点间的最大距离是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
圆的圆心为M(0,6),半径为,
设,则, 即,
∴当 时,,故的最大值为.
故选C.
3、(2020届浙江省“山水联盟”高三下学期开学)设椭圆的标准方程为,若斜率为1的直线与椭圆相切同时亦与圆(为椭圆的短半轴)相切,记椭圆的离心率为,则__________.
【答案】
【解析】设切线方程为,代入椭圆方程可得:.
因为相切,
由直线与圆相切,可得:,或(舍去).
则有,因为,
所以可得.
故答案为:.
4、(2020届山东省九校高三上学期联考)已知椭圆:的离心率为,短轴长为2.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)过点的直线与椭圆交于、两点,若以为直径的圆恰好过坐标原点,求直线的方程及的大小.
【答案】(1) (2) ,.
【解析】(1)由得,
又∵短轴长为2可得,,
∴椭圆的标准方程为:.
(2)易知直线的斜率存在且不为零,设直线的斜率为,
设直线的方程为:,则联立,
消元得:,
,即.
设,,
∴,,
由题意可知,即:
,
∴,解得,
∴
.
综上:直线的方程为:,.
题型二、椭圆中的直线问题
1、(2020届山东省潍坊市高三上期末)在平面直角坐标系中,,设的内切圆分别与边相切于点,已知,记动点的轨迹为曲线.
(1)求曲线的方程;
(2)过的直线与轴正半轴交于点,与曲线E交于点轴,过的另一直线与曲线交于两点,若,求直线的方程.
【答案】(1)(2)或.
【解析】
(1)由内切圆的性质可知,,,
.
所以曲线是以为焦点,长轴长为的椭圆(除去与轴的交点).
设曲线则,
即
所以曲线的方程为.
(2)因为轴,所以,设,
所以,所以,则
因为,所以,
所以
所以,所以
设则
,所以
①直线斜率不存在时, 方程为
此时,不符合条件舍去.
②直线的斜率存在时,设直线的方程为.
联立,得
所以,
将代入得
,所以.
所以,
所以直线的方程为或.
2、(2019苏州期初调查)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右顶点分别为A,B,离心率为,点P为椭圆上一点.
(1) 求椭圆C的标准方程;
(2) 如图,过点C(0,1)且斜率大于1的直线l与椭圆交于M,N两点,记直线AM的斜率为k1,直线BN的斜率为k2,若k1=2k2,求直线l斜率的值.
规范解答 (1)因为椭圆的离心率为,所以a=2c.
又因为a2=b2+c2,所以b=c.
所以椭圆的标准方程为+=1.(3分)
又因为点P为椭圆上一点,所以+=1,解得c=1.(5分)
所以椭圆的标准方程为+=1.(6分)
(2) 由椭圆的对称性可知直线l的斜率一定存在,设其方程为y=kx+1.
设M(x1,y1),N(x2,y2).
联立方程组消去y可得(3+4k2)x2+8kx-8=0.
所以由根与系数关系可知x1+x2=-,x1x2=-.(8分)
因为k1=,k2=,且k1=2k2,所以=.(10分)
即=. ①
又因为M(x1,y1),N(x2,y2)在椭圆上,
所以y=(4-x),y=(4-x). ②
将②代入①可得:=,即3x1x2+10(x1+x2)+12=0.(12分)
所以3+10+12=0,即12k2-20k+3=0.(14分)
解得k=或k=,又因为k>1,所以k=.(16分)
3、(2019通州、海门、启东期末)如图,A是椭圆+y2=1的左顶点,点P,Q在椭圆上且均在x轴上方,(1) 若直线AP与OP垂直,求点P的坐标;
(2) 若直线AP,AQ的斜率之积为,求直线PQ的斜率的取值范围.
第1问,由于点A,O已知,且AP⊥PO,由此可得点P所满足的轨迹方程,再根据点P在椭圆上,就可以通过两个方程所组成的方程组求得点P的坐标.
第2问,要研究直线PQ的斜率的取值范围,由于点P、Q与直线AP,AQ有关,因此,利用解方程组的方法可以将点P、Q的坐标表示为直线AP,AQ的斜率的形式,进而将直线PQ的斜率表示为直线AP,AQ的斜率的形式,利用kAP·kAQ=就可以利用基本不等式或利用消元法转化为单个变量的函数形式,通过函数求得它的取值范围.
(1) 设P(x0,y0),A(-2,0),则=(x0,y0),=(x0,y0),因为直线AP与OP垂直,
所以·=0,即x0(x0+2)+y=0.(3分)
得x+2x0+y=0.①
又点P在椭圆上,所以+y=1.②
由①②得x0=-或-2(舍去),代入②得y0=±.
因为点P在x轴上方,所以P.(6分)
(2)由于直线AP,AQ的斜率之积为,点P,Q在椭圆上且均在x轴上方.
所以可设直线AP,AQ的斜率分别为k1,k2,则k1k2=,k1>0,k2>0.所以直线AP的方程为y=k1(x+2).
联立得(4k+1)x2+16kx+16k-4=0.(8分)
设P(x1,y1),Q(x2,y2),则-2x1=,即x1=.
同理可得,x2=.(10分)
所以直线PQ的斜率为k===
=
===.(12分)
因为k1k2=,k1>0,k2>0.
所以k1+k2≥2=,注意到,点P,Q不重合,所以重号不成立.
所以0<<,
所以直线PQ的斜率的取值范围为.(14分)
4、(2019南京、盐城一模)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的两焦点之间的距离为2,两条准线间的距离为8,直线l:y=k(x-m)(m∈R)与椭圆交于P,Q两点.
(1) 求椭圆C的方程;
(2) 设椭圆的左顶点为A,记直线AP,AQ的斜率分别为k1,k2.
①若m=0,求k1k2的值;
②若k1k2=-,求实数m的值.
规范解答 (1)因为椭圆C的两个焦点间距离为2,两准线间的距离为2×=8,所以a=2,c=1,所以b2=3,
所以椭圆的方程为+=1.(3分)
(2)①设P(x0,y0),由于m=0,则Q(-x0,-y0),
由+=1,得y=3-,(5分)
所以k1k2=·===-.(8分)
②由(1)得A(-2,0).
解法1 设P(x1,y1),设直线AP的方程为AP:y=k1(x+2),
联立消去y,得(3+4k)x2+16kx+16k-12=0,所以xA·x1=,(10分)
所以x1=, 代入y=k1(x+2)得y1=,
所以P.(12分)
由k1k2=-,得k2=-,所以Q.(13分)
设M(m,0),由P,Q,M三点共线,得=λ,
即×=×,
化简得(m-1)(16k+4)=0,所以m=1.(16分)
解法2 设P(x1,y1),Q(x2,y2),
联立消去y,得(3+4k2)x2-8mk2x+4m2k2-12=0,
所以x1+x2=,x1·x2=.(10分)
而k1k2=·=·
==-,(13分)
化简得=-,即m2k2+mk2-2k2=0.
因为k2≠0,所以m2+m-2=0,解得m=1或m=-2(舍去).
当m=1时,Δ>0,所以,m=1.(16分)
题型三、椭圆中的最值问题
1、(2020届山东省烟台市高三上期末)已知椭圆的离心率为,是其右焦点,直线与椭圆交于,两点,.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设,若为锐角,求实数的取值范围.
【答案】(1) (2)或
【解析】(1)设为椭圆的左焦点,连接,由椭圆的对称性可知,,
所以,所以,
又,,解得,,
所以椭圆的标准方程为
(2)设点,则,,
联立,得,
所以,,
因为为锐角,所以,
所以
,
解得或
2、(2019无锡期末)在平面直角坐标系 xOy 中,已知椭圆 C:+=1(a>b>0)的离心率为,且过点,点P在第四象限, A为左顶点, B为上顶点, PA交y轴于点C,PB交x轴于点D.
(1) 求椭圆 C 的标准方程;
(2) 求 △PCD 面积的最大值.
解答. (1) 由题意得:得a2=4,b2=1,(4分)
故椭圆C的标准方程为:+y2=1.(5分)
(2) 由题意设lAP:y=k(x+2),-
由xA=-2得xP=,故yP=k(xP+2)=,
所以P,(8分)
设D(x0,0),因B(0,1),P,B,D三点共,所以kBD=kPB,故=,
解得x0=,得D,(10分)
所以S△PCD=SPAD-S△CAD=×AD×|yP-yC|
=]=,(12分)
因为-
=-2+≤2+=-1,(14分)
当且仅当t=时取等号,此时k=,所以△PCD面积的最大值为-1.(16分)
3、(2019宿迁期末)如图所示,椭圆M:+=1(a>b>0)的离心率为,右准线方程为x=4,过点P(0,4)作关于y轴对称的两条直线l1,l2,且l1与椭圆交于不同两点A,B,l2与椭圆交于不同两点D,C.
(1) 求椭圆M的方程;
(2) 证明:直线AC与直线BD交于点Q(0,1);
(3) 求线段AC长的取值范围.
规范解答 (1)由得a=2,c=2,所以b2=a2-c2=4,
所以椭圆M的方程为+=1.(4分)
(2)解法1 设直线l1:y=kx+4,A(x1,y1),B(x2,y2),则由对称性可知D(-x1,y1),C(-x2,y2).
联立消去y得(1+2k2)x2+16kx+24=0,
所以x1+x2=,x1·x2=.(6分)
又kBQ=,kDQ=,
则kBQ-kDQ=-=+=2k+=2k+=2k-2k=0,(8分)
知kBQ=kDQ,故点B,D,Q三点共线,即直线BD经过点Q(0,1).
同理可得直线AC经过点Q(0,1).
所以直线AC与直线BD交于点Q(0,1).(10分)
解法2 设直线l1:y=kx+4,A(x1,y1),B(x2,y2),则由对称性可知D(-x1,y1),C(-x2,y2),且k=.联立削去y得(1+2k2)x2+16kx+24=0,Δ=(16k)2-4(1+2k2)·24=64k2-96>0.
所以x1+x2=,x1·x2=.(6分)
直线AC的方程为y=-(x-x1)+y1=-(x-x1)+kx1+4.
直线BD的方程为y=(x-x2)+y2=(x-x2)+kx2+4.
联立直线AC和直线BD的方程并化简得k(x1+x2)=,即==-1,即=-1=-1,解得x=0.
在直线AC的方程中,令x=0,得y=-(-x1)+kx1+4=-(-x1)+kx1+4=+4.
将x1+x2=,x1·x2=代入计算得y=+4=+4=-3+4=1.
同理可得,在直线BD的方程中,令x=0,得y=+4=+4=-3+4=1.
故直线AC与直线BD交于点Q(0,1).
(3)由(2)可知AC2=(x1+x2)2+(y1-y2)2=(x1+x2)2+k2(x1-x2)2
=(x1+x2)2+k2
=+k2=16×
=16.(12分)
令t=6k2-1,则k2=.
又由Δ=162k2-4×24×(1+2k2)>0得k2>,所以t>8,
所以AC2=16+]=16(1+]=16(1+).(14分)
因为′=1->0在t∈(8,+∞)上恒成立,
所以t++8在t∈(8,+∞)上单调递增,
所以t++8>18, 0<<,1<1+<.
所以16
1、(2020届山东省泰安市高三上期末)已知椭圆的离心率e满足,右顶点为A,上顶点为B,点C(0,-2),过点C作一条与y轴不重合的直线l,直线l交椭圆E于P,Q两点,直线BP,BQ分别交x轴于点M,N;当直线l经过点A时,l的斜率为.
(1)求椭圆E的方程;
(2)证明:为定值.
【答案】(1)(2)证明见解析
【解析】
(1)由解得或(舍去),
∴,又,
,
又,
,,
椭圆E的方程为;
(2)由题知,直线的斜率存在,设直线的方程为,
设,
由得,
∴,
=
,
∴,
=,
直线BP的方程为,令解得,则,
同理可得,
=
==,
为定值.
2、(2019·山东高三月考)已知椭圆的左、右焦点分别为,,过点的直线与椭圆交于两点,延长交椭圆于点,的周长为8.
(1)求的离心率及方程;
(2)试问:是否存在定点,使得为定值?若存在,求;若不存在,请说明理由.
【答案】(1),; (2)存在点,且.
【解析】
(1)由题意可知,,则,
又的周长为8,所以,即,
则,.
故的方程为.
(2)假设存在点,使得为定值.
若直线的斜率不存在,直线的方程为,,,
则.
若直线的斜率存在,设的方程为,
设点,,联立,得,
根据韦达定理可得:,,
由于,,
则
因为为定值,所以,
解得,故存在点,且.
3、(2019苏北三市期末)如图,在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,且右焦点到右准线l的距离为1.过x轴上一点M(m,0)(m为常数,且m∈(0,2))的直线与椭圆C交于A,B两点,与l交于点P,D是弦AB的中点,直线OD与l交于点Q.
(1) 求椭圆C的标准方程.
(2) 试判断以PQ为直径的圆是否经过定点.若是,求出定点坐标;若不是,请说明理由.
规范解答 (1)由题意,得,解得所以a2=2,b2=1,
所以椭圆C的标准方程为+y2=1.(4分)
(2)解法1 由题意,当直线AB的斜率不存在或为零时显然不符合题意,所以可设直线AB的斜率为k,则直线AB的方程为y=k(x-m).
又准线方程为x=2,
所以点P的坐标为P(2,k(2-m)).(6分)
由得,x2+2k2(x-m)2=2,即(1+2k2)x2-4k2mx+2k2m2-2=0,
所以xA+xB=,则xD=·=,yD=k=-, (8分)
所以kOD=-,
从而直线OD的方程为y=-x(也可用点差法求解),
所以点Q的坐标为Q.(10分)
所以以P,Q为直径的圆的方程为(x-2)2+=0,
即x2-4x+2+m+y2-]y=0.(14分)
因为该式对∀k≠0恒成立,令y=0,得x=2±,
所以以PQ为直径的圆经过定点.(16分)
解法2 由题意,当直线AB的斜率不存在或为零时显然不符合题意.直线l:x=2.
设直线AB的方程为x=ny+m,则P.(6分)
设A(x1,y1),B(x2,y2),则D.(8分)
联立得(n2+2)y2+2nmy+m2-2=0,Δ=8(n2-m2+2)>0,y1+y2=,x1+x2=n(y1+y2)+2m=,故D.(10分)
所以kOD=-,直线OD: y=-x,故Q(2,-n),
则PQ中点为,PQ2=2,
所以以P,Q为直径的圆的方程为(x-2)2+2=,(14分)
整理得(x-2)2+y2+m-2+y=0,令y=0,解得x=2±,
所以以PQ为直径的圆经过定点(2±,0).(16分)
4、(2018苏州期末)在平面直角坐标系xOy中,椭圆C:+=1(a>b>0)的离心率为,椭圆上动点P到一个焦点的距离的最小值为3(-1).
(1) 求椭圆C的标准方程;
(2) 已知过点M(0,-1)的动直线l与椭圆C交于A,B两点,试判断以线段AB为直径的圆是否恒过定点,并说明理由.
规范解答 (1) 由题意,得解得所以b2=a2-c2=9.(4分)
椭圆C的标准方程是+=1.(6分)
(2) 当直线l的斜率不存在时,以AB为直径的圆的方程为x2+y2=9;(7分)
当直线l的斜率为零时,以AB为直径的圆的方程为x2+(y+1)2=16.(8分)
这两圆仅有唯一公共点,也是椭圆的上顶点D(0,3).猜想以AB为直径的圆恒过定点D(0,3).(9分)
证明如下:
证法1(向量法) 设直线l的方程为y=kx-1,A(x1,y1),B(x2,y2).只要证·=x1x2+(y1-3)(y2-3)=x1x2+(kx1-4)(kx2-4)=0即可.
即要证·=(1+k2)x1x2-4k(x1+x2)+16=0.(11分)
由消去y,得(1+2k2)x2-4kx-16=0,Δ=16k2+64(1+2k2)>0,此方程总有两个不等实根x1,x2.
x1,2=,所以x1+x2=,x1x2=.(14分)
所以·=(1+k2)x1x2-4k(x1+x2)+16=-+16=0.
所以DA⊥DB,所以以AB为直径的圆恒过定点D(0,3).(16分)
证法2(斜率法) 若设DA,DB的斜率分别为k1,k2,只要证k1k2=-1即可.
设直线l的斜率为λ,则=λ.
由点A在椭圆x2+2y2=18上,得x+2y=18,变形得·=-,即k1·=-.
设yA+3=m(yA-3)+n(yA+1),可得m=-,n=,得=λ-k1.
从而k1(3λ-k1)=-1,即k-3λk1-1=0.
同理k-3λk2-1=0,所以k1,k2是关于k的方程k2-3λk-1=0的两实根.
由根与系数关系,得k1k2=-1.所以DA⊥DB,所以以AB为直径的圆恒过定点D(0,3).(16分)
5、(2019镇江期末)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的长轴长为4,两准线间距离为4.设A为椭圆C的左顶点,直线l过点D(1,0),且与椭圆C相交于E,F两点.
(1) 求椭圆C的方程;
(2) 若△AEF的面积为,求直线l的方程;
(3) 已知直线AE,AF分别交直线x=3于点M,N,线段MN的中点为Q,设直线l和QD的斜率分别为k(k≠0),k′,求证:k·k′为定值.
. 规范解答 (1)由长轴长2a=4,两准线间距离2=4,解得a=2,c=,(2分)
则b2=a2-c2=2,即椭圆方程为+=1.(4分)
(2) 当直线l的斜率不存在时,
此时EF=,△AEF的面积S=AD·EF=,不合题意;(5分)
故直线l的斜率存在,设直线l:y=k(x-1),代入椭圆方程得,
(1+2k2)x-4k2x+2k2-4=0.
因为D(1,0)在椭圆内,所以Δ>0恒成立.
设E(x1,y1),F(x2,y2),则有x1+x2=,x1x2=.(6分)
故EF==|x1-x2|=.(7分)
又点A到直线l的距离d=,(8分)
则△AEF的面积S=d·EF=···==,
则k=±1.(9分)
综上,直线l的方程为x-y-1=0和x+y-1=0.(10分)
(3) 证法1 设点E(x1,y1),F(x2,y2),则直线AE:y=(x+2),
令x=3,得点M,同理可得N,
所以点Q的坐标为.(12分)
直线QD的斜率为k′==,(13分)
而+=+=k·.(14分)
由(2)知x1+x2=,x1x2=,代入上式得,(15分)
+=k·==-.
则有k′=-,所以k·k′=-,为定值.(16分)
(3) 证法2 设点M(3,m),N(3,n),且m≠n,
则Q,从而k′==.
直线AM的方程为y=(x+2),
与椭圆方程联立得(x+2)(x-2)+(x+2)2=0,
可知x=-2或x=,即点E.
故kDE==.
同理可得kDF=.又D,E,F三点共线,
则有k=kDE=kDF=====-.
从而有k·k′=-.
6、(2019苏锡常镇调研(一))已知椭圆E:+=1(a>b>0)的离心率为,焦点到相应准线的距离为.
(1) 求椭圆E的标准方程;
(2) 已知P(t,0)为椭圆E外一动点,过点P分别作直线l1和l2,直线l1和l2分别交椭圆E于点A,B和点C,D,且l1和l2的斜率分别为定值k1和k2,求证:为定值.
规范解答 (1)设椭圆的半焦距为c,由已知得,
=,则-c=,c2=a2-b2,(3分)
解得a=2,b=1,c=,(5分)
所以椭圆E的标准方程是+y2=1.(6分)
(2) 解法1 由题意,设直线l1的方程为y=k1(x-t),
代入椭圆E的方程中,并化简得(1+4k)x2-8ktx+4kt2-4=0,(8分)
设A(x1,y1),B(x2,y2).
则x1+x2=,x1x2=,
因为PA=|x1-t|,PB=|x2-t|,(10分)
所以PA·PB=(1+k)|x1-t||x2-t|=(1+k)|t2-(x1+x2)t+x1x2|
=(1+k)|t2-+|=,(12分)
同理,PC·PD=,(14分)
所以=为定值.(16分)
解法2 由题意,设直线l1的方程为y=k1(x-t),直线l2的方程为y=k2(x-t),
设A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4).
直线l1的方程为y=k1(x-t),
代入椭圆E的方程中,并化简得(1+4k)x2-8ktx+4kt2-4=0,(8分)
则x1+x2=,x1x2=,同理则x3+x4=,x3x4=,
·=(x1-t,y1)(x2-t,y2)=(x1-t)(x2-t)+k(x1-t)(x2-t)=(x1-t)(x2-t)(1+k),
·=(x3-t,y3)(x4-t,y4)=(x3-t)(x4-t)+k(x3-t)(x4-t)=(x3-t)(x4-t)(1+k).(12分)
因为P,A,B三点共线,所以·=PA·PB,同理,·=PC·PD.
=
=
=·
=·.
代入x1+x2=,x1x2=,x3+x4=,x3x4=,
化简得=,(14分)
因为是定值,所以=为定值.(16分)
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