2024版新教材高考数学全程一轮总复习课时作业五十二直线与椭圆
展开1.已知椭圆:eq \f(x2,9)+y2=1,过点Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2),\f(1,2)))的直线与椭圆相交于A,B两点,且弦AB被点P平分,则直线AB的方程为( )
A.9x+y-5=0B.9x-y-4=0
C.x+9y-5=0D.x-9y+4=0
2.若直线y=kx+2与椭圆eq \f(x2,3)+eq \f(y2,2)=1相切,则斜率k的值是( )
A.eq \f(\r(6),3)B.-eq \f(\r(6),3)
C.±eq \f(\r(6),3)D.±eq \f(\r(3),3)
3.过椭圆x2+2y2=2的左焦点作斜率为1的弦AB,则弦AB的长为( )
A.eq \r(3)B.eq \r(2)
C.eq \f(4\r(3),3)D.eq \f(4\r(2),3)
4.已知椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,4)=1(a>0)与直线x-2y-2=0交于A,B两点,点M(eq \f(2,3),-eq \f(2,3))为线段AB的中点,则a的值为( )
A.2eq \r(2) B.3C.eq \r(6) D.4eq \r(2)
5.[2023·江西新余模拟]已知直线x+3y-7=0与椭圆eq \f(x2,9)+eq \f(y2,b2)=1(0A.eq \r(2) B.eq \r(3)C.2eq \r(3) D.2eq \r(2)
6.(能力题)[2023·河南濮阳模拟]过椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)右焦点F的直线l:x-y-2=0交C于A,B两点,P为AB的中点,且OP的斜率为-eq \f(1,2),则椭圆C的方程为( )
A.eq \f(x2,8)+eq \f(y2,4)=1B.eq \f(x2,9)+eq \f(y2,5)=1
C.eq \f(x2,7)+eq \f(y2,3)=1D.eq \f(x2,10)+eq \f(y2,6)=1
7.(能力题)[2023·河北衡水中学模拟]已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=(a>b>0)的左焦点为F,右顶点为A,上顶点为B,过点F与x轴垂直的直线与直线AB交于点P.若线段OP的中点在椭圆C上,则椭圆C的离心率为( )
A.eq \f(\r(7)-1,2)B.eq \f(\r(7)-1,3)
C.eq \f(\r(5)-1,2)D.eq \f(\r(5)-1,3)
二、多项选择题
8.[2023·广东广州期末]已知椭圆C的中心为坐标原点,焦点F1、F2在x轴上,短轴长等于2,焦距为2eq \r(3),过焦点F1作x轴的垂线交椭圆C于P、Q两点,则下列说法正确的是( )
A.椭圆C的方程为eq \f(x2,4)+y2=1
B.椭圆C的离心率为eq \f(\r(3),4)
C.|PQ|=eq \f(1,2)
D.|PF2|=eq \f(7,2)
9.[2023·河北邯郸模拟]已知直线l:y=x+m与椭圆C:eq \f(x2,6)+eq \f(y2,2)=1,则下列结论正确的是( )
A.若C与l至少有一个公共点,则m≤2eq \r(2)
B.若C与l有且仅有两个公共点,则|m|<2eq \r(2)
C.若m=3eq \r(2),则C上到l的距离为5的点只有1个
D.若m=-eq \r(2),则C上到l的距离为1的点只有3个
10.(能力题)已知直线x=my-1经过椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的一个焦点F,且与C交于不同的两点A,B,椭圆C的离心率为eq \f(1,2),则下列结论正确的有( )
A.椭圆C的短轴长为eq \r(3)
B.弦|AB|的最小值为3
C.存在实数m,使得以AB为直径的圆恰好过点(1,0)
D.若3eq \(AF,\s\up6(→))=eq \(AB,\s\up6(→)),则m=±eq \f(2\r(5),5)
三、填空题
11.过椭圆C:eq \f(x2,2)+y2=1的左焦点作斜率为1的直线与椭圆C分别交于点A,B,O是坐标原点,则eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=________.
12.椭圆eq \f(x2,45)+eq \f(y2,20)=1的焦点为F1、F2,过O作直线交椭圆于A、B两点,若△ABF2的面积为20,则直线AB的方程为________.
13.(能力题)[2023·黑龙江双鸭山模拟]已知斜率为k的直线l与椭圆eq \f(y2,6)+eq \f(x2,3)=1相交于A, B两点,若线段AB的中点为M(-1,1), 则k的值为________,此时|AB|=________.
四、解答题
14.已知椭圆C:eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1,直线l与椭圆C交于A,B两点,O为坐标原点.
(1)若线段AB的中点坐标为(1,1),求直线l的方程;
(2)若直线l过点P(1,0),且△OAB面积为eq \f(\r(10),3),求直线l的方程.
15.[2023·河南南阳模拟]已知椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的离心率e=eq \f(\r(6),3),上顶点为A,右顶点为B,△AOB(O为坐标原点)的面积为eq \r(3).
(1)求C的方程;
(2)(能力题)过C的右焦点的直线l与C交于P,Q两点,若|PQ|=eq \f(6\r(6),7).求l的方程.
优生选做题
16.设椭圆eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左焦点为F,上下顶点分别为A、B,直线AF的斜率为eq \f(1,2),并交椭圆于另一点C,则直线BC的斜率为( )
A.-eq \f(1,2)B.-eq \f(1,3)
C.-eq \f(2,5)D.-eq \f(2,3)
17.[2023·安徽蚌埠模拟]若椭圆C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,4)=1(a>2)上存在两点A(x1,y1),B(x2,y2)(x1≠x2)到点P(eq \f(a,5),0)的距离相等,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A.(0,eq \f(\r(5),5)) B.(eq \f(\r(5),5),1)
C.(0,eq \f(\r(3),3)) D.(eq \f(\r(3),3),1)
课时作业(五十二) 直线与椭圆
1.解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),则有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,9)+y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) =1,,\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,9)+y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) =1,))两式作差得eq \f((x2-x1)(x2+x1),9)+(y2-y1)(y2+y1)=0.因为x2+x1=1,y2+y1=1,eq \f(y2-y1,x2-x1)=kAB,代入后求得kAB=-eq \f(1,9),所以弦所在的直线方程为y-eq \f(1,2)=-eq \f(1,9)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x-\f(1,2))).即x+9y-5=0.
答案:C
2.解析:因为直线y=kx+2与椭圆eq \f(x2,3)+eq \f(y2,2)=1相切,
所以已知直线y=kx+2与椭圆eq \f(x2,3)+eq \f(y2,2)=1有且只有一个交点,
所以联立方程eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=kx+2,\f(x2,3)+\f(y2,2)=1))消去y并整理,得(2+3k2)x2+12kx+6=0,
所以Δ=(12k)2-4×6×(2+3k2)=0,解得:k=±eq \f(\r(6),3).
故选C.
答案:C
3.解析:由x2+2y2=2,得椭圆方程eq \f(x2,2)+y2=1,∴a2=2,b2=1,c2=1,∴c=1,
∴左焦点为F(-1,0),
∴过左焦点F的直线为y=x+1,代入椭圆方程x2+2y2=2得
3x2+4x=0,解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=0,y=1))或eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=-\f(4,3),y=-\f(1,3))),
∴AB=eq \r((x1-x2)2+(y1-y2)2)=eq \r((\f(4,3))2+(\f(4,3))2)=eq \f(4\r(2),3).
故选D.
答案:D
4.解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x2,a2)+\f(y2,4)=1,x-2y-2=0)),得(16+a2)y2+32y+16-4a2=0,
y1+y2=-eq \f(32,16+a2),
因为点M(eq \f(2,3),-eq \f(2,3))为线段AB的中点,所以y1+y2=-eq \f(4,3),
即-eq \f(4,3)=-eq \f(32,16+a2),解得a=±2eq \r(2),
因为a>0,所以a=2eq \r(2).
故选A.
答案:A
5.解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),
则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,9)+\f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,b2)=1,\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,9)+\f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,b2)=1)),
所以eq \f(y1-y2,x1-x2)=-eq \f(b2(x1+x2),9(y1+y2)),
即-eq \f(1,3)=-eq \f(2b2,4×9),b2=6,
解得c2=a2-b2=3,
所以S△CF1F2=eq \f(1,2)×2c×2=2eq \r(3).
故选C.
答案:C
6.解析:依题意,焦点F(2,0),即椭圆C的半焦距c=2,设A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0),
则有eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(b2x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) +a2y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) =a2b2,b2x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) +a2y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) =a2b2)),两式相减得:b2(x1+x2)(x1-x2)+a2(y1+y2)(y1-y2)=0,
而x1+x2=2x0,y1+y2=2y0,且eq \f(y0,x0)=-eq \f(1,2),
即有-2b2(x1-x2)+a2(y1-y2)=0,
又直线l的斜率eq \f(y1-y2,x1-x2)=1,因此有a2=2b2,而a2-b2=c2=4,解得a2=8,b2=4,经验证符合题意,
所以椭圆C的方程为eq \f(x2,8)+eq \f(y2,4)=1.
故选A.
答案:A
7.解析:由题意,F(-c,0),A(a,0),B(0,b),
由直线方程的截距式可得直线AB为:eq \f(x,a)+eq \f(y,b)=1.
过点F与x轴垂直的直线为:x=-c,
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x,a)+\f(y,b)=1,x=-c))可得x=-c,y=eq \f((a+c)b,a),
故P(-c,eq \f((a+c)b,a)),OP中点M(-eq \f(c,2),eq \f((a+c)b,2a)),
代入椭圆方程得eq \f(c2,4a2)+eq \f((a+c)2,4a2)=1⇔eq \f(c2,a2)+eq \f(c,a)-eq \f(3,2)=0⇔e2+e-eq \f(3,2)=0,
解得e=eq \f(±\r(7)-1,2)(舍负).
故选A.
答案:A
8.解析:对于椭圆C,由已知可得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2b=2,2c=2\r(3))),则b=1,c=eq \r(3),a=eq \r(b2+c2)=2.
对于A选项,因为椭圆C的焦点在x轴上,故椭圆C的方程为eq \f(x2,4)+y2=1,A对;
对于B选项,椭圆C的离心率为e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(3),2),B错;
对于C选项,设点F1为椭圆C的左焦点,易知点F1(-eq \r(3),0),
将x=-eq \r(3)代入椭圆方程可得y=±eq \f(1,2),故|PQ|=1,C错;
对于D选项,|PF1|=eq \f(1,2)|PQ|=eq \f(1,2),故|PF2|=2a-|PF1|=eq \f(7,2),D对.
故选AD.
答案:AD
9.解析:联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=x+m,\f(x2,6)+\f(y2,2)=1)),消去y得4x2+6mx+3m2-6=0,则判别式Δ=12(8-m2),
A:令Δ=12(8-m2)≥0,则有|m|≤2eq \r(2),错误;
B:令Δ=12(8-m2)>0,则有|m|<2eq \r(2),正确;
C:令直线l与椭圆C相切,则Δ=12(8-m2)=0,
即m=±2eq \r(2),
直线y=x+3eq \r(2)与y=x-2eq \r(2)的距离d=eq \f(|3\r(2)-(-2\r(2))|,\r(2))=5,正确;
D:如图,直线y=x-eq \r(2)分别与y=x-2eq \r(2)和y=x的距离均为1,因此,C上到l的距离为1的点只有3个,正确.
故选BCD.
答案:BCD
10.解析:依题意可知,直线x=my-1经过定点(-1,0),所以c=1.又椭圆C的离心率为eq \f(c,a)=eq \f(1,2),所以a=2,则b=eq \r(3),所以椭圆C的短轴长为2b=2eq \r(3),所以A选项不正确;
当m=0时,弦AB即为椭圆的一条通径,且|AB|=eq \f(2b2,a)=3,所以B选项正确;
椭圆C的长轴长为2a=4,所以|AB|∈[3,4),当|AB|最短时,此时点(1,0)在以AB为直径的圆外,当|AB|趋近于4时,点(1,0)在以AB为直径的圆内,因此,存在实数m,使得以AB为直径的圆恰好过点(1,0),所以C选项正确;
由3eq \(AF,\s\up6(→))=eq \(AB,\s\up6(→)),得2eq \(AF,\s\up6(→))=eq \(FB,\s\up6(→)),设A(x1,y1),B(x2,y2),则2y1=-y2,
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=my-1,,\f(x2,4)+\f(y2,3)=1,))整理得(3m2+4)y2-6my-9=0,
Δ>0恒成立,则y1+y2=eq \f(6m,3m2+4),y1y2=eq \f(-9,3m2+4).
因为2y1=-y2,所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(-y1=\f(6m,3m2+4),,-2y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) =\f(-9,3m2+4),))解得m=±eq \f(2\r(5),5),所以D选项正确.
故选BCD.
答案:BCD
11.解析:设直线方程为:y=x+1,代入椭圆方程可得:3x2+4x=0,
解得:xA=0,xB=-eq \f(4,3),
即A(0,1),B(-eq \f(4,3),-eq \f(1,3)),
∴eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=-eq \f(1,3).
答案:-eq \f(1,3)
12.解析:由直线AB关于原点对称以及椭圆关于原点对称可知,△BF2O≌△AF1O,
从而S△ABF2=S△AF1F2.
过点A作AH垂直于x轴,垂足为H,
则S△AF1F2=eq \f(1,2)·|F1F2|·|AH|=eq \f(1,2)×10×|AH|⇒|AH|=4,即点A的纵坐标为±4,
代入椭圆方程解得A的横坐标为±3,
即点A的坐标为(3,4)或(-3,4)或(3,-4)或(-3,-4).
因此直线AB的方程为4x+3y=0或4x-3y=0.
答案:4x+3y=0或4x-3y=0
13.解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,6)+\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,3)=1,\f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,6)+\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,3)=1)),两式相减得eq \f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) -y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,6)+eq \f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) -x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,3)=0,进而可得eq \f(y2-y1,x2-x1)×eq \f(y2+y1,x2+x1)=-eq \f(6,3)=-2,
又M是A,B的中点,所以x1+x2=-2,y1+y2=2,
因此k=eq \f(y2-y1,x2-x1)=2,
此时直线AB方程为:y-1=2(x+1)⇒y=2x+3,
联立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(y2,6)+\f(x2,3)=1,y=2x+3))⇒2x2+4x+1=0,∴x1x2=eq \f(1,2),x1+x2=-2,
因此|AB|=eq \r(1+22)eq \r((x1+x2)2-4x1x2)=eq \r(5)×eq \r(2)=eq \r(10).
答案:2 eq \r(10)
14.解析:(1)设A(x1,y1),B(x2,y2),则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,4)+\f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,2)=1,\f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,4)+\f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,2)=1)),
两式作差得:eq \f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) -x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,4)=-eq \f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) -y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,2),整理可得:kAB=-eq \f(2,4)·eq \f(x1+x2,y1+y2)=-eq \f(1,2)·eq \f(x1+x2,y1+y2),
又线段AB的中点坐标为(1,1),则x1+x2=2,y1+y2=2,∴kAB=-eq \f(1,2),
∴直线l的方程为:y-1=-eq \f(1,2)(x-1),即l:x+2y-3=0.
(2)当直线l斜率为0时,O,A,B三点共线,不合题意,则直线l斜率不为0,可设l:x=ty+1,
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x=ty+1,\f(x2,4)+\f(y2,2)=1))得:(t2+2)y2+2ty-3=0,
设A(x1,y1),B(x2,y2),则eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y1+y2=-\f(2t,t2+2),y1y2=-\f(3,t2+2))),
∴S△OAB=eq \f(1,2)|OP|·|y1-y2|=eq \f(1,2)eq \r((y1+y2)2-4y1y2)=eq \r(\f(4t2+6,(t2+2)2))=eq \f(\r(10),3),解得:t=±1,
∴直线l方程为:x=y+1或x=-y+1,即l:x-y-1=0或x+y-1=0.
15.解析:(1)依题意eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(c,a)=\f(\r(6),3),\f(1,2)ab=\r(3),a2=b2+c2)),解得a=eq \r(6),b=eq \r(2),c=2,
所以椭圆C的方程为eq \f(x2,6)+eq \f(y2,2)=1.
(2)右焦点为(2,0),
当直线l的斜率不存在时,由eq \f(22,6)+eq \f(y2,2)=1,得y=±eq \f(\r(6),3),|PQ|=eq \f(2\r(6),3),不符合题意.
所以直线l的斜率存在,设直线l的方程为y=k(x-2),
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=k(x-2),\f(x2,6)+\f(y2,2)=1))消去y并化简得:(1+3k2)x2-12k2x+12k2-6=0,
由于直线l过焦点,所以直线l与椭圆有两个交点,设P(x1,y1),Q(x2,y2),
则x1+x2=eq \f(12k2,1+3k2),x1x2=eq \f(12k2-6,1+3k2),
所以|PQ|=eq \r(1+k2)·eq \r((\f(12k2,1+3k2))2-4×\f(12k2-6,1+3k2))
=eq \r(1+k2)·eq \r(\f(144k4-24(2k2-1)(1+3k2),(1+3k2)2))
=eq \f(2\r(6)·(1+k2),1+3k2)=eq \f(6\r(6),7),k=±eq \r(2),
所以直线l的方程为y=±eq \r(2)(x-2).
16.解析:由题知:A(0,b),B(0,-b),F(-c,0),
kAF=eq \f(b-0,0+c)=eq \f(b,c)=eq \f(1,2),设b=k(k>0),则c=2k,a=eq \r(4k2+k2)=eq \r(5)k,
则椭圆eq \f(x2,5k2)+eq \f(y2,k2)=1,直线AF:y=eq \f(1,2)x+k.
所以eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x2,5k2)+\f(y2,k2)=1,y=\f(1,2)x+k))⇒eq \f(9,4)x2+5kx=0,
解得xA=0,xC=-eq \f(20,9)k,
则yC=eq \f(1,2)×(-eq \f(20k,9))+k=-eq \f(1,9)k.
因为B(0,-k),所以kBC=eq \f(-k-(-\f(1,9)k),0+\f(20,9)k)=-eq \f(2,5).
故选C.
答案:C
17.解析:记AB中点为Q(m,n),则x1+x2=2m,y1+y2=2n,
由题意点P(eq \f(a,5),0)在线段AB的中垂线上,
将A(x1,y1),B(x2,y2)(x1≠x2)坐标代入椭圆方程得eq \f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,a2)+eq \f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,4)=1,eq \f(xeq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)),a2)+eq \f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,4)=1,
两式相减可得eq \f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) -x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,a2)+eq \f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) -y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,4)=0,
所以-eq \f(4,a2)=eq \f(y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) -y eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) -x2)=eq \f(y1-y2,x1-x2)×eq \f(y1+y2,x1+x2)=kAB×eq \f(n,m),得kAB=-eq \f(4m,a2n),
所以AB的中垂线的方程为y-n=eq \f(a2n,4m)(x-m),令y=0得x0=eq \f(a2-4,a2)m=eq \f(a2-4,a)×eq \f(m,a)=eq \f(a,5),
由题意,|m|2,故eq \f(a2-4,a)>eq \f(a,5),所以a2>5,
所以e=eq \f(c,a)=eq \r(1-\f(4,a2))>eq \r(1-\f(4,5))=eq \f(\r(5),5).
故选B.
答案:B
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