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    2020届高考数学二轮教师用书:层级二专题五第3讲 圆锥曲线的综合应用

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    3 圆锥曲线的综合应用 [考情考向·高考导航]1圆锥曲线中的定点与定值、最值与范围问题是高考必考的问题之一,主要以解答题形式考查,往往作为试卷的压轴题之一2以椭圆或物线为背景,尤其是与条件或结论相关存在性开放问题对考生的代数恒等变形能力、计算能力有较高的要求,并突出数学思想方法考查[真题体验]1(2019·北京卷)已知椭圆C1的右焦点为(1,0)且经过点A(0,1)(1)求椭圆C的方程(2)O为原点直线lykxt(t±1)与椭圆C交于两个不同点PQ直线APx轴交于点M直线AQx轴交于点N.|OM|·|ON|2求证直线l经过定点解析:(1)因为椭圆的右焦点为(1,0)c1因为椭圆经过点A(0,1),所以b1,所以a2b2c22,故椭圆的方程为y21.(2)P(x1y1)Q(x2y2)联立(12k2)x24ktx2t220Δ0x1x2=-x1x2y1y2k(x1x2)2ty1y2k2x1x2kt(x1x2)t2.直线APy1x,令y0x|OM|同理可得|ON|.因为|OM||ON|2,所以21,解之得t0,所以直线方程为ykx,所以直线l恒过定点(0,0)答案:(1)y21 (2)见解析2(2018·全国)设抛物线Cy22xA(2,0)B(20)过点A的直线lC交于MN两点(1)lx轴垂直时求直线BM的方程(2)证明ABMABN.解:(1)lx轴垂直时,l的方程为x2,可得M的坐标为(2,2)(2,-2)所以直线BM的方程为yx1y=-x1.(2)lx轴垂直时,ABMN的垂直平分线,所以ABMABN.lx轴不垂直时,设l的方程为yk(x2)(k0)M(x1y1)N(x2y2),则x10x20.ky22y4k0,可知y1y2y1y2=-4.直线BMBN的斜率之和为kBMkBN.x12x22y1y2y1y2的表达式代入式分子,可得x2y1x1y22(y1y2)0.所以kBMkBN0,可知BMBN的倾斜角互补,所以ABMABN.综上,ABMABN.[主干整合]1有关弦长问题有关弦长问题应注意运用弦长公式及根与系数的关系设而不求有关焦点弦长问题要重视圆锥曲线定义的运用以简化运算(1)斜率为k的直线与圆锥曲线交于两点P1(x1y1)P2(x2y2)则所得弦长|P1P2||x2x1||P1P2||y2y1|(k0)其中求|x2x1||y2y1|时通常使用根与系数的关系即作如下变形|x2x1||y2y1|.(2)当斜率k不存在时可求出交点坐标直接运算(利用两点间距离公式)2圆锥曲线中的最值(1)椭圆中的最值F1F2为椭圆1(ab0)的左右焦点P为椭圆的任意一点B为短轴的一个端点O为坐标原点则有|OP|[ba]|PF1|[acac]|PF1|·|PF2|[b2a2]④∠F1PF2F1BF2.(2)双曲线中的最值F1F2为双曲线1(a0b0)的左右焦点P为双曲线上的任一点O为坐标原点则有|OP|a|PF1|ca.(3)拋物线中的最值P为拋物线y22px(p0)上的任一点F为焦点则有|PF|A(mn)为一定点|PA||PF|有最小值3拋物线焦点弦的几个重要结论直线AB过拋物线y22px(p0)的焦点交拋物线于A(x1y1)B(x2y2)两点如图(1)y1y2=-p2x1x2.(2)|AB|x1x2px1x22p即当x1x2弦长最短为2p.(3)为定值.(4)弦长|AB|(αAB的倾斜角)(5)AB为直径的圆与准线相切热点一 圆锥曲线中的范围、最值问题数学运算素养数学运算——圆锥曲线问题的核心素养以圆锥曲线问题为载体,借助相关知识,通过式的变形考查运算求解能力,体现了数学运算的核心素养.构造函数求最值[11] (2019·全国)已知点A(2,0)B(2,0)动点M(xy)满足直线AMBM的斜率之积为.M的轨迹为曲线C.(1)C的方程并说明C是什么曲线(2)过坐标原点的直线交CPQ两点P在第一象限PEx垂足为E连接QE并延长交C于点G.证明PQG是直角三角形PQG面积的最大值[审题指导] (1)利用斜率公式及kAM·kBM=-求动点M的轨迹方程(2)根据点P在第一象限的特征,画出满足题意的几何图形,初步判断出PQGQPG是直角设出直线PQ的斜率和方程,再结合xExP及点PQ关于原点对称,求出直线QG的斜率和方程,联立直线QG和曲线C的方程,求出点G的坐标,最后求出直线PG的斜率,即可证明kPQ·kPG=-1.根据PQG是直角三角形,建立SPQG关于直线PQ的斜率k的关系式求最值[解析] (1)由题设得·=-化简得1(|x|2)所以C为中心在坐标原点,焦点在x轴上的椭圆,不含左右顶点(2)证明:设直线PQ的斜率为k,则其方程为ykx(k0)x±.u,则P(uuk)Q(u,-uk)E(u,0)于是直线QG的斜率为,方程为y(xu)(2k2)x22uk2xk2u280.G(xGyG),则-uxG是方程的解,xG,由此得yG从而直线PG的斜率为=-.所以PQPG,即PQG是直角三角形|PQ|2u|PG|所以PQG的面积S|PQ||PG|.tk则由k0t2,当且仅当k1时取等号因为S[2,+)单调递减,所以当t2,即k1S取得最大值,最大值为.因此,PQG面积的最大值为.最值问题的2种基本解法几何法根据已知的几何量之间的相互关系、平面几何和解析几何知识加以解决的(物线上的点到某个定点和焦点的距离之和、光线反射问题等在选择题、填空题中经常考查)代数法建立求解目标关于某个(或两个)变量的函数,通过求解函数的最值解决的(普通方法、基本不等式方法、导数方法)(如本例)寻找不等关系解范围问题[12] (2018·全国卷,节选)已知斜率为k的直线l与椭圆C1交于AB两点线段AB的中点为M(1m)(m>0)证明k<.[审题指导] 利用点差法将k转化为含m的表达式,求解m的取值范围,进而证明结论[证明] A(x1y1)B(x2y2),则11.两式相减,并由k0由题设知1m,于是k=-由题设得0m,故k<-.解决圆锥曲线中的范围问题的常用解法(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,关键是建立两个参数之间的等量关系(3)利用隐含的不等关系(如:点在椭圆内)建立不等式,从而求出参数的取值范围(4)利用求函数的值域或求函数定义域的方法将待求量表示为其他变量的函数或其他变量的自变量,从而确定参数的取值范围(2020·山师附中模拟)已知点A(0,-2)椭圆E1(ab0)的离心率为F是椭圆E的右焦点直线AF的斜率为O为坐标原点(1)E的方程(2)设过点A的动直线lE相交于PQ两点OPQ的面积最大时l的方程解析:(1)F(c,0),由条件知,,得c.,所以a2b2a2c21.E的方程为y21.(2)lx轴时不合题意,故设lykx2P(x1y1)Q(x2y2)ykx2代入y21(14k2)x216kx120.Δ16(4k23)0k2时,x1,2.从而|PQ||x1x2|.又点O到直线PQ的距离d.所以OPQ的面积SOPQd·|PQ|.t,则t0SOPQ.因为t4,当且仅当t2,即k±时等号成立,且满足Δ0.所以,当OPQ的面积最大时,l的方程为yx2y=-x2.热点二 圆锥曲线中的定点、定值问题巧妙消元证定值[21] (2019·青岛三模)已知椭圆E1(ab0)的离心率为以椭圆的短轴为直径的圆与直线xy0相切(1)求椭圆E的方程(2)设椭圆过右焦点F的弦为AB过原点的弦为CDCDAB求证为定值[审题指导] (1)要求椭圆方程,只要由原点到直线的距离等于半短轴长,求b即可(2)要证明为定值,只要利用弦长公式计算化简即可[解析] (1)依题意,原点到直线xy0的距离为b则有b.,得a2b24.所以椭圆E的方程为1.(2)当直线AB的斜率不存在时,易求|AB|3|CD|24.当直线AB的斜率存在时,设直线AB的斜率为k,依题意k0则直线AB的方程为yk(x1),直线CD的方程为ykx.A(x1y1)B(x2y2)C(x3y3)D(x4y4)(34k2)x28k2x4k2120x1x2x1x2|AB||x1x2|· .整理得x2|x3x4|.|CD||x3x4|4 .所以·4.综合①②4为定值解答圆锥曲线的定值问题的策略定值问题就是证明一个量与其中的变化因素无关,这些因素可能是直线的斜率、截距,也可能是动点的坐标等,这类问题的一般解法是使用变化的量表示求证目标,通过运算求证目标的取值与变化的量无关巧引参数寻定点[22] (2020·长沙模拟)已知以点C(0,1)为圆心的动圆Cy轴负半轴交于点A其弦AB的中点D恰好落在x轴上(1)求点B的轨迹E的方程(2)过直线y=-1上一点P作曲线E的两条切线切点分别为MN.探究直线MN是否过定点请说明理由[审题指导] (1)利用直接法求轨迹方程(2)P点坐标(6,-1),先求MN处的切线方程再建立直线MN的方程(用参数t表示),从而求定点[解析] (1)B(xy)y0,则AB的中点DC(0,1),连接DC.C中,DCDB·0y0,即x24y(y0)B的轨迹E的方程为x24y(y0)(2)(1)可得曲线E的方程为x24y(y0)P(t,-1)M(x1y1)N(x2y2)yy过点MN的切线方程分别为yy1(xx1)yy2(xx2)4y1x4y2x,上述切线方程可化为2(yy1)x1x,2(yy2)x2x.P在这两条切线上,2(y11)tx1,2(y21)tx2,即直线MN的方程为2(y1)tx故直线MN过定点C(0,1)过定点问题的常用解法(1)动直线l过定点问题,解法:设动直线方程(斜率存在)ykxt,由题设条件将tk表示为tmk,其代入直线方程yk(xm),故动直线过定点(m,0)(2)动曲线C过定点问题,解法:引入参变量建立曲线C的方程,再根据其对参变量恒成立,令其系数等于零,得出定点(3)从特殊位置入手,找出定点,再证明该点符合题意(2019·全国)已知点AB关于坐标原点O对称|AB|4M过点AB且与直线x20相切(1)A在直线xy0M的半径(2)是否存在定点P使得当A运动时|MA||MP|为定值并说明理由解:(1)因为M过点AB,所以圆心MAB的垂直平分线上,由已知A在直线xy0上,且AB关于坐标原点O对称,所以M在直线yx上,故可设M(aa)因为M与直线x20相切,所以M的半径为r|a2|.由已知得|AO|2,又,故可得2a24(a2)2,解得a0a4.M的半径r2r6.(2)存在定点P(1,0),使得|MA||MP|为定值,理由如下:M(xy),由已知得M的半径为r|x2||AO|2由于,故可得x2y24(x2)2,化简得M的轨迹方程为y24x因为曲线Cy24x是以点P(1,0)为焦点,以直线x=-1为准线的抛物线,所以|MP|x1.因为|MA||MP|r|MP|x2(x1)1,所以存在满足条件的定点P.限时60分钟 满分60解答题(本大题共5小题每小题1260)1已知椭圆C1(ab0)经过点M(2,1)且离心率e.(1)求椭圆C的方程(2)AB分别是椭圆C的上顶点右顶点P是椭圆C在第一象限内的一点直线APBP分别交xy轴于点MN求四边形ABMN面积的最小值解析:本题主要考查椭圆的标准方程、椭圆的基本性质以及直线方程,考查考生分析问题、解决问题的能力,考查的核心素养是数学运算(1)由离心率及c2a2b2ab的关系,再把已知点代入即可求出标准方程;(2)设出点P的坐标,得到直线APBP的方程,从而表示出点MN的坐标,进而得到|AN|·|BM|,最后利用S四边形ABMNSOMNSOAB及基本不等式求面积的最小值(1)由椭圆的离心率为得,,又c2a2b2a2b.又椭圆C经过点(2,1)1,解得b22椭圆C的方程为1.(2)(1)可知,A(0)B(20),设P(x0y0)(0x020y0),则直线APyx,从而M.直线BPy(x2),从而N.1|AN|·|BM|·8.S四边形ABMNSOMNSOAB(|OM|·|ON||OA|·|OB|)(|BM|2|AN|8)(|BM|2|AN|)44·244(O为坐标原点)当且仅当|BM|4|AN|2时取得最小值2已知椭圆C1(ab0)的离心率为上顶点M到直线xy40的距离为3.(1)求椭圆C的方程(2)设直线l过点(4,-2)且与椭圆C相交于AB两点l不经过点M证明直线MA的斜率与直线MB的斜率之和为定值解:本题主要考查椭圆与直线的交汇,考查考生的数形结合能力、推理论证能力以及运算求解能力,考查的核心素养是直观想象、逻辑推理、数学运算(1)由题意可得,,解得,所以椭圆C的方程为1.(2)易知直线l的斜率恒小于0,设直线l的方程为y2k(x4)k0k1A(x1y1)B(x2y2)联立得,得(14k2)x216k(2k1)x64k(k1)0x1x2x1x2因为kMAkMB所以kMAkMB2k(4k4)×2k4(k1)×2k(2k1)=-1(为定值)3(2019·淮南三模)已知椭圆C1(ab0)的离心率为直线4x3y50与以坐标原点为圆心椭圆的短半轴长为半径的圆相切(1)求椭圆C的标准方程(2)A为椭圆C的下顶点MN为椭圆C上异于A的两点直线AMAN的斜率之积为1.求证直线MN恒过定点并求出该定点的坐标O为坐标原点·的取值范围解析:(1)由题意可得离心率e又直线4x3y50与圆x2y2b2相切,所以b1结合a2b2c2,解得a所以椭圆C的标准方程为x21.(2)M(x1y1)N(x2y2)由题意知A(0,-),又直线AMAN的斜率之积为1,所以·1即有x1x2y1y2(y1y2)3由题意可知直线MN的斜率存在且不为0设直线MNykxt(k0)代入椭圆方程,消去y可得(3k2)x22ktxt230所以x1x2x1x2=-y1y2k(x1x2)2t2ty1y2k2x1x2kt(x1x2)t2k2·ktt2所以3化简得t23t60,解得t=-2(舍去)则直线MN的方程为ykx2即直线MN恒过定点,该定点的坐标为(0,-2)可得·x1x2y1y2(3k2)x22ktxt230,可得Δ4k2t24(t23)(3k2)48k236(3k2)0,解得k29.3k2m,则m12,且k2m3所以3m12,可得-33.·的取值范围是.4(2019·浙江卷)如图已知点F(1,0)为抛物线y22px(p0)的焦点过点F的直线交抛物线于AB两点C在抛物线上使得ΔABC的重心Gx轴上直线ACx轴于点QQ在点F的右侧AFGCQG的面积分别为S1S2.(1)p的值及抛物线的准线方程(2)的最小值及此时点G的坐标解:(1)由题意得1,即p2.所以,抛物线的准线方程为x=-1.(2)A(xAyA)B(xByB)C(xcyc),重心G(xGyG)yA2tt0,则xAt2.由于直线ABF,故直线AB的方程为xy1,代入y24x,得y2y402tyB=-4,即yB=-,所以B.又由于xG(xAxBxC)yG(yAyByC)及重心Gx轴上,故2tyC0,得CG.所以,直线AC的方程为y2t2t(xt2),得Q(t21,0)由于Q在焦点F的右侧,故t22.从而2.mt22,则m>02221.m时,取得最小值1,此时G(2,0)5(2019·北京卷)已知拋物线Cx2=-2py经过点(2,-1)(1)求拋物线C的方程及其准线方程(2)O为原点过拋物线C的焦点作斜率不为0的直线l交拋物线C于两点MN直线y=-1分别交直线OMON于点A和点B.求证AB为直径的圆经过y轴上的两个定点解析:本题主要考查抛物线方程的求解与准线方程的确定,直线与抛物线的位置关系,圆的方程的求解及其应用等知识,意在考查学生的转化能力和计算求解能力(1)将点(2,-1)代入抛物线方程:222p×(1)可得:p=-2故抛物线方程为:x2=-4y,其准线方程为:y1.(2)很明显直线l的斜率存在,焦点坐标为(0,-1)设直线方程为ykx1,与抛物线方程x2=-4y联立可得:x24kx40.故:x1x2=-4kx1x2=-4.MN,则kOM=-kON=-直线OM的方程为y=-x,与y=-1联立可得:A,同理可得B易知以AB为直径的圆的圆心坐标为:,圆的半径为:且:2k2×2则圆的方程为:(x2k)2(y1)24(k21)x0整理可得:y22y30,解得:y1=-3y21即以AB为直径的圆经过y轴上的两个定点(0,-3)(0,1) 
    高考解答题·审题与规范() 解析几何类考题重在巧设思维流程1.解析几何部分知识点多,运算量大,能力要求高,在高考试题中大都是在压轴题的位置出现,是考生未考先怕的题型之一,不是怕解题无思路,而是怕解题过程中繁杂的运算2.在遵循————程序化运算的基础上,应突出解析几何的重要性,以克服平时重思路方法、轻运算技巧的顽疾,突破如何避繁就简这一瓶颈.真题案例审题指导审题方法(12)(2019·全国)已知曲线CyD为直线y=-上的动点,过DC的两条切线,切点分别为AB.(1)证明:直线AB过定点;(2)若以E为圆的圆与直线AB相切,切点为线段AB的中点,求四边形ABCD的面积.(1)设点D的坐标为,根据导数的几何意义确定切线DADB的斜率,利用方程的同解性得出直线AB的方程,进而证明直线过定点(2)联立直线AB物线的方程,求出AB的弦长及点DE到直线AB的距离,建立四边形ADBE的面积表达式,再利用直线与圆相切的条件求出参数的值,进而可求四边形ADBE的面积.审方法数学思想是问题的主线,方法是解题的手段审视方法,选择适当的解题方法,往往使问题的解决事半功倍审题的过程还是一个解题方法的抉择过程,开拓的解题思路能使我们心涌如潮,适宜的解题方法则帮助我们事半功倍.规范解答[解析] (1)DA(x1y1),则x2y1.1yx,所以切线DA的斜率为x1,故x1.整理得2tx12y110.2B(x2y2),同理可得2tx22y210.3故直线AB的方程为2tx2y10.4所以直线AB过定点5(2)(1)得直线AB的方程为ytx.可得x22tx10.6于是x1x22tx1x2=-1y1y2t(x1x2)12t21|AB||x1x2|×2(t21).7d1d2分别为点DE到直线AB的距离,则d1d2.因此,四边形ADBE的面积S|AB|(d1d2)(t23).9M为线段AB的中点,则M.由于,而(tt22)与向量(1t)平行,所以t(t22)t0.解得t0t±1.11t0时,S3;当t±1时,S4.因此,四边形ADBE的面积为34.12评分细则(1)问踩点得分设出D点、A点坐标得1求出A点处的切线方程得1同理写出B点处的切线方程得1求出AB的方程得1求出定点得1(2)问踩点得分联立方程组得x的一元二次方程得1t表示出|AB|的长得1分别求出点DEAB的距离得1分;表示出四边形的面积得1求出M点及的坐标得1分;求出AB的方向向量,利用求出t的值得1求出四边形的面积得1.  

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