备战2022高考数学圆锥曲线专题10：椭圆中的范围问题29页（含解析）

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专题10：椭圆中的范围问题1．已知椭圆：，直线与椭圆交于两点，点位于第一象限，是椭圆上一点，且，设．（1）证明：三点共线；（2）求面积的最大值．2．如图，过椭圆的左右焦点分别做直线，交椭圆于四点，设直线的斜率为
 （1）求（用k表示）；（2）若直线的斜率之积为，求四边形面积的取值范围．3．已知椭圆的离心率为，且经过点.设椭圆的左、右焦点分别为、，是椭圆上的一个动点（异于椭圆的左、右端点）.（1）求椭圆的方程；（2）过点作椭圆的切线，过点作的垂线，垂足为，求面积的最大值.4．已知离心率为的椭圆的两个焦点分别为、．过的直线交椭圆于、两点，且的周长为．（1）求椭圆的标准方程；（2）若过点作圆的切线交椭圆于、两点，求面积的最大值．5．已知椭圆的离心率为，且过点，设M．F分别是椭圆E的左、右焦点．（1）是椭圆E的标准方程；（2）若椭圆E上至少有个不同11的点，使得，，，…组成公差为d的等差数列，求公差d的取值范围（3）若过右焦点F的直线交椭圆E于A，B两点，过左焦点M的直线交椭圆E于C，D两点，且，求的最小值．6．已知椭圆的一个焦点为，且椭圆过点．（1）求椭圆的方程；（2）过点作两条互相垂直的弦，，设，的中点分别为，，求面积的最大值．7．如图，在平面直角坐标系中，椭圆过点，且，其中为椭圆的离心率.若，分别是椭圆的上顶点与右顶点，动直线与椭圆交于，两点，其中点在第一象限.（1）求椭圆的方程；（2）设，的面积分别为，，求的最小值，并求出此时的值.8．已知，是椭圆的左、右焦点，弦经过点，若，，且的面积为2．（1）求椭圆的方程；（2）若直线，与轴交于点，与椭圆交于，两点，线段的垂直平分线与轴交于点，求的取值范围．9．已知椭圆经过一点，左、右焦点分别为，P是椭圆上一动点，当垂直于x轴时，.（1）求椭圆C的标准方程；（2）过点，斜率为k的直线l交椭圆于两点，且为钝角（O为坐标原点），求k的取值范围.10．如图所示，已知点、是椭圆的两个焦点，椭圆经过点、，点是椭圆上异于、的任意一点，直线和与椭圆的交点分别是、和、.设、的斜率分别为、.（1）求证：为定值；（2）求的最大值.11．已知椭圆的离心率为，过点的直线与有两个不同的交点，，线段的中点为，为坐标原点，直线与直线分别交直线于点，.（1）求椭圆的标准方程；（2）求线段的最小值.12．已知椭圆的一个焦点为，且经过点，A，B是椭圆上两点，．（1）求椭圆方程；（2）求的取值范围．13．如图，椭圆（）的离心率为，过椭圆右焦点作两条互相垂直的弦与．当直线的斜率为0时，．（Ⅰ）求椭圆的方程；（Ⅱ）求使取最小值时直线的方程．
参考答案1．（1）证明见解析；（2）．【分析】（1）将，代入椭圆方程，作差可求得，结合可求得；利用两点连线斜率公式可求得，由此得到结论；（2）由（1）可得直线方程，代入椭圆方程可得韦达定理的形式，结合韦达定理可表示出，结合满足椭圆方程化简可得，利用得，由单调性可求得最大值.【解析】（1）由题意知：点关于原点对称，．，都在上，则，两式作差得：．即．又，，，则．又，，，又，故，三点共线．（2）由（1）得：直线的方程为，将直线的方程代入椭圆的方程，消去整理得：，．，，．令，则，（当且仅当时等号成立）．．函数在上单调递增，当时，取得最小值，故面积的最大值为．【点评】思路点睛：圆锥曲线中的最值问题主要有两种方法：（1）几何法：通过利用曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、性质等进行求解；（2）代数法：把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个（些）参数的函数（解析式），然后利用函数、不等式等方法进行求解．2．（1）；（2）.【分析】（1）求出焦点坐标，写出直线的方程与椭圆的方程联立，利用韦达定理求出、，利用弦长公式即可求解；（2）设，，直线CD的方程为，利用点到直线的距离公式分别求到直线的距离，，利用，再利用换元法和二次函数的性质即可求解.【解析】（1）由可得：，，所以，所以，设，．由已知得：直线的方程为，由得，即，所以，．      故．      （2）设，．由已知得，，故直线CD的方程为，即．设分别为点到直线AB的距离， 则．      又到直线在异侧，则由得，，即，故．     所以，从而，     因为，不妨令，令，可得，令，因为，所以，所以，二次函数对称轴为，开口向下，当时，单调递增，时， 单调递减，所以时，；当时，；当时，，所以，所以，，因此，．【点评】解决圆锥曲线中的范围或最值问题时，若题目的条件和结论能体现出明确的函数关系，则可先建立目标函数，再求这个函数的最值．在利用代数法解决最值与范围问题时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，求出新参数的范围，解题的关键是建立两个参数之间的等量关系；③利用基本不等式求出参数的取值范围；④利用函数值域的求法，确定参数的取值范围．3．（1）；（2）.【分析】（1）根据已知条件可得出，，再将点的坐标代入椭圆的方程，求出的值，即可得出椭圆的方程；（2）设直线，联立直线与椭圆的方程，由可得出，求出点的坐标，可计算得出点的轨迹方程，进而可求得面积的最大值.【解析】（1）由椭圆的离心率，可得：，即有.再结合、、三者的关系可得.椭圆的方程可化为，将点代入上述椭圆方程可得.求解得，所以，，.椭圆的方程为；（2）设直线，联立直线与椭圆的方程可得.若直线与椭圆相切，可得上述方程只有一个解，即有，化简可得，（*）.设点的坐标为，过点作的垂线为，联立与求得，.由上式可得，将（*）代入上式可得，故可知点的轨迹为以原点为圆心，以为半径的圆.是椭圆上的异于端点的动点，故该轨迹应去掉点.
 的面积为，即面积的最大值为.【点评】 圆锥曲线中的最值问题解决方法一般分两种：一是几何法，特别是用圆锥曲线的定义和平面几何的有关结论来求最值；二是代数法，常将圆锥曲线的最值问题转化为二次函数或三角函数的最值问题，然后利用基本不等式、函数的单调性或三角函数的有界性等求最值．4．（1）；（2）.【分析】（1）利用椭圆的定义可求得的值，结合椭圆的离心率可求得的值，进一步可求得的值，由此可得出椭圆的标准方程；（2）设直线的方程为，由直线与圆相切，可得出，设点、，联立直线与椭圆的方程联立，列出韦达定理，利用弦长公式计算出，然后利用基本不等式可求得的面积的最大值.【解析】（1）因为的周长为，所以，由椭圆的定义可得，即，又椭圆的离心率为，所以，所以，所以椭圆的标准方程为；（2）设、，若直线与轴重合，则直线与圆相交，设直线的方程为，因为直线与圆相切，所以，即，联立直线与椭圆的方程，整理得，，由韦达定理可得，，所以，又点到直线的距离为，所以，当且仅当，即时，取等号，所以的面积的最大值为．【点评】 利用韦达定理法解决直线与圆锥曲线相交问题的基本步骤如下：（1）设直线方程，设交点坐标为、；（2）联立直线与圆锥曲线的方程，得到关于（或）的一元二次方程，必要时计算；（3）列出韦达定理；（4）将所求问题或题中的关系转化为、的形式；（5）代入韦达定理求解.5．（1）；（2）且；（3）．【分析】（1）由，已知点的坐标代入椭圆方程，同时结合可解得得椭圆方程；（2）由椭圆焦半径最小值为1，最大值为3，知，，，…中只要最小项为，数列的第11项不大于3，或最大项为，数列的第11项不小于1即可得．注意公差不可能为0．（3）先计算出当直线中有一个斜率为0（或不存在）时，的值，在直线的斜率存在且不为0时，直线方程为，设，直线方程代入椭圆方程，由韦达定理得，然后由弦长公式求出，同理得，观察得为常数，利用基本不等式得的最小值，比较上面的值可得结论．【解析】（1）由题意，由，故解得，∴椭圆标准方程是；（2）设是椭圆上的点，则，，∵等差数列，，，…至少有11项，若，则，解得，若，则，解得，若，则满足条件的点最多有4个，不合题意．∴所求的范围是且；（3）当斜率为0时，，，，同理当斜率不存在时，也有，当斜率存在且不为0时，设斜率为，方程为，设，由得，∴，，，设，同理可得，∴，∴，当且仅当，即时等号成立．∴．，∴的最小值为．【点评】 本题考查由离心率求椭圆标准方程，考查椭圆的焦半径的概念，直线与椭圆相交中的最值．求最值问题的方法是“设而不求”的思想方法，应用韦达定理求得弦长，从而得出一个常数后利用基本不等式求得最小值．解题时注意对直线的斜率分类讨论．否则过程不完整，易出错．6．（1）；（2）.【分析】（1）由题意，将代入椭圆方程，联立求解即可；（2）由题意斜率存在设直线的方程为，联立直线与椭圆方程消元得到，将用斜率表示，进而表示出面积，根据表达式换元，通过导数求出最值.【解析】解：（1）由题意可得解得：，，故椭圆的方程（2）由题意可得直线，斜率均存在设的斜率为，斜率为，设，直线的方程为，由得：，则，可得点的横坐标为，代入，得点的纵坐标为，故点坐标为，则将换为，得，故面积令，，故，，当时，，故在单调递减，故时，，所以面积的最大值【点评】在运用圆锥曲线问题中的设而不求方法技巧时，需要做到：①凡是不必直接计算就能更简洁地解决问题的，都尽可能实施“设而不求”；②“设而不求”不可避免地要设参、消参，而设参的原则是宜少不宜多.7．（1）；（2）的最小值为，此时的值为.【分析】（1）根据题中条件，由椭圆的性质列出方程组，求出，即可得出椭圆方程；（2）先由（1）得到，，求出直线的方程，根据题意，设，得，联立直线与椭圆方程，求出，再分别记点，到直线的距离为，，根据点到直线距离公式， 以及三角形面积公式，得到，利用基本不等式，即可求出其最小值，以及取最小值时的值.【解析】（1）因为椭圆过点，且，其中为椭圆的离心率，所以，即，解得，所以椭圆的方程为；（2）由（1）可得，，，所以直线的方程为，即，由题意，设，因为直线与椭圆交于，两点，所以；由可得，则，所以分别记点，到直线的距离为，，则，因为，所以，则，因此，同理，又，的面积分别为，，所以，当且仅当，即（负值舍去）时，等号成立.故的最小值为，此时的值为.【点评】求解圆锥曲线中三角形的面积问题时，一般需要联立直线与曲线方程，根据韦达定理，以及三角形面积公式表示出三角形的面积，再结合相关知识即可求解三角形面积的最值或面积之比的最值等.8．（1）；（2）．【分析】（1）设，得到，，在中，利用余弦定理可得，进而得到，然后在中，利用勾股定理得到．然后由的面积为2求解；（2）联立，结合韦达定理写出线段的垂直平分线方程，令，得到与轴的交点，然后利用距离公式和弦长公式建立模型求解.【解析】（1）设，则，，在中，由余弦定理得，整理得，解得(负值舍)，所以，，，所以，在中，，即，解得．又因为，故，，故，即，，，，所以椭圆的方程是．（2）由得．设，，则有，，，所以线段的中点坐标为，则线段的垂直平分线方程为，令，则，于是线段的垂直平分线与轴的交点，又点，所以．又，于是，因为，所以，所以的取值范围为．【点评】 1、解决直线与曲线的位置关系的相关问题，往往先把直线方程与曲线方程联立，消元、化简，然后应用根与系数的关系建立方程，解决相关问题．涉及弦中点的问题常常用“点差法”解决，往往会更简单．2、解决直线与曲线的弦长时，往往设直线与曲线的交点坐标为A(x1，y1)，B(x2，y2)，则 (k为直线斜率)．注意：利用公式计算直线被椭圆截得的弦长是在方程有解的情况下进行的，不要忽略判别式大于零．9．（1）；（2）.【分析】（1）由题得关于的方程组，解方程组即得椭圆的方程；（2）当直线斜率时，显然不合题意，当时，设直线： ，联立直线和椭圆方程得到韦达定理，由得到，把韦达定理代入化简即得解.【解析】（1）由题意有，  解得  所以由题得椭圆方程为 （2），当直线斜率时，显然不合题意  当时，设直线： 联立直线与椭圆 有 设，，，  因为为钝角，所以.  ，且 综上，k的取值范围是.【点评】 解答本题有两个关键，关键一，是把为钝角，转化为解析几何里角的问题一般转化为倾斜角和向量的夹角；关键二，不要忘记了排除，因为时，为平角，不是钝角.10．（1）证明见解析；（2）.【分析】（1）求得椭圆的方程为，设点，可得出，利用斜率公式可证得为定值；（2）设直线的方程为，设点、，联立直线与椭圆的方程，列出韦达定理，可求得关于的表达式，进而可得出关于的表达式，利用基本不等式可求得的最大值.【解析】（1）证明：点、是椭圆的两个焦点，故、的坐标是、，而点、是椭圆上的点，将、的坐标代入的方程，得，设，直线和的斜率分别是、，，又点是椭圆上的点，故，则，所以（定值）；（2）直线的方程可表示为，联立方程组，得，恒成立，设、，则，，，同理可求得，，当且仅当时等号成立，故的最大值等于.【点评】 利用韦达定理法解决直线与圆锥曲线相交问题的基本步骤如下：（1）设直线方程，设交点坐标为、；（2）联立直线与圆锥曲线的方程，得到关于（或）的一元二次方程，必要时计算；（3）列出韦达定理；（4）将所求问题或题中的关系转化为、的形式；（5）代入韦达定理求解.11．（1）；（2）.【分析】（1）根据题意列出关于的等式再求解即可.（2）设直线方程为，再联立直线与椭圆的方程,求得中点的坐标，利用韦达定理可得，再分析与两种情况分别利用基本不等式求解最值即可.【解析】解：（1）依题意可知解得.所以椭圆的标准方程为；（2）显然直线斜率存在，设过点点的直线方程为，（，否则直线与直线无交点.）直线与椭圆的交点为.由得，则，，.所以.令，.直线方程为，令，.所以.①  当时，.当且仅当时,即时等号成立；②  当时，.当且仅当时取等号成立.此时.综上，线段的取值范围为.故线段的最小值为.【点评】直线与椭圆的综合问题的常见处理方法：（1）对椭圆上两点构成的弦及其中点相关的题型，我们常用“点差法”，其中直线的斜率，中点的坐标M为，点代入椭圆方程作差，就可以得到弦中点与直线斜率的关系式．（2）对于弦长问题，我们常让直线与椭圆方程组方程组，再利用韦达定理及弦长公式，建立关系式．其中弦长公式：（已知直线上的两点距离）设直线，上两点，所以或，斜率不存在时，解决相关问题.12．（1）；（2）.【分析】（1）根据题意可得，解方程组即可求解.（2）讨论直线斜率不存在或存在，斜率存在时设，将直线与椭圆联立，根据弦长公式求出，再由向量的数量积，令，再利用函数的单调性即可求解.【解析】解：（1）由题意，，（2）①当直线斜率不存在时②当直线斜率存在时，设，      ，得令 得，，.【点评】关键点点睛：本题考查了直线与椭圆的位置关系，解题的关键根据弦长求出，考查了运算能力、分析能力.13．（Ⅰ）；（Ⅱ）或．【分析】（Ⅰ）由离心率及，可得出，，进而写出椭圆的方程；（Ⅱ）进行分类讨论，①当两条弦中一条弦所在直线的斜率为0时，另一条弦所在直线的斜率不存在，不满足题意；②当两弦所在直线的斜率均存在且不为0时，设直线AB的方程为，则直线CD的方程为，分别将直线与的方程与椭圆方程联立，由韦达定理得出和的表达式，然后利用弦长公式求出的表达式，然后利用基本不等式求出取得最小值时k的值，最后写出直线的方程即可.【解析】（Ⅰ）由题意知，，又，解得，，所以椭圆方程为；（Ⅱ）①当两条弦中一条弦所在直线的斜率为0时，另一条弦所在直线的斜率不存在时，由题意知，不满足条件；②当两弦所在直线的斜率均存在且不为0时，设直线AB的方程为，则直线CD的方程为，设，，将直线AB的方程代入椭圆方程中并整理得 ，则，，所以，同理， ，所以+=≥ ，当且仅当即时，上式取等号，所以直线AB的方程为或．【点评】 本题考查椭圆方程的求法，考查直线与椭圆位置关系的应用，考查基本不等式的应用，对于第二问，应该对斜率存在与否进行分类讨论，注意别漏掉斜率不存在的情形，考查逻辑思维能力和的分析计算能力，属于中档题.