
【例題選講】
[例1] 已知橢圓eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(\r(2),2),右焦點(diǎn)為F(1,0),直線l經(jīng)過點(diǎn)F,且與橢圓交于A,B兩點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn).
(1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)當(dāng)直線l繞點(diǎn)F轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),試問:在x軸上是否存在定點(diǎn)M,使得eq \(MA,\s\up6(→))·eq \(MB,\s\up6(→))為常數(shù)?若存在,求出定點(diǎn)M的坐標(biāo);若不存在,請(qǐng)說明理由.
[規(guī)范解答] (1)由題意可知,c=1,又e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(2),2),解得a=eq \r(2),
所以b2=a2-c2=1,所以橢圓的方程為eq \f(x2,2)+y2=1.
(2)若直線不l垂直于x軸,可設(shè)l的方程為y=k(x-1).
聯(lián)立橢圓方程eq \f(x2,2)+y2=1,化為(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=eq \f(4k2,2k2+1),x1x2=eq \f(2k2-2,2k2+1).
設(shè)M(t,0),則eq \(MA,\s\up6(→))=(x1-t,y1),eq \(MB,\s\up6(→))=(x2-t,y2),
eq \(MA,\s\up6(→))·eq \(MB,\s\up6(→))=(x1-t,y1)(x2-t,y2)=(x1-t)(x2-t)+y1 y2=(x1-t)(x2-t)+k2(x1-1)( x2-1)
=(1+k2) x1x2-(t+k2)(x1+x2)+t2+k2=(1+k2) eq \f(2k2-2,2k2+1)-(t+k2) eq \f(4k2,2k2+1)+t2+k2
=eq \f(k2 (2t2-4t+1)+t2-2,2k2+1).
要使得eq \(MA,\s\up6(→))·eq \(MB,\s\up6(→))=λ(λ為常數(shù)),只要eq \f(k2 (2t2-4t+1)+t2-2,2k2+1)=λ,
即(2t2-4t+1-2λ) k2+(t2-2-λ)=0.
對(duì)于任意實(shí)數(shù)k,要使上式恒成立,只要eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2t2-4t+1-2λ=0,,t2-2-λ=0)),解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(t=eq \f(5,4),,λ=-eq \f(7,16))).
若直線l垂直于x軸,其方程為x=1,此時(shí),直線l與橢圓兩交點(diǎn)為A(1,eq \f(\r(2),2)),B(1,-eq \f(\r(2),2)),
取點(diǎn)M(eq \f(5,4),0),有eq \(MA,\s\up6(→))=(-eq \f(1,4),eq \f(\r(2),2)),eq \(MB,\s\up6(→))=(-eq \f(1,4),-eq \f(\r(2),2)),
eq \(MA,\s\up6(→))·eq \(MB,\s\up6(→))=(-eq \f(1,4))(-eq \f(1,4))+eq \f(\r(2),2)(-eq \f(\r(2),2))=-eq \f(7,16)=λ.
綜上所述,過定點(diǎn)F(1,0)的動(dòng)直線l與橢圓相交于A,B兩點(diǎn),當(dāng)直線l繞點(diǎn)F轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),存在定點(diǎn)M(eq \f(5,4),0),使得eq \(MA,\s\up6(→))·eq \(MB,\s\up6(→))=-eq \f(7,16).
[例2] 已知O為坐標(biāo)原點(diǎn),橢圓C:eq \f(x2,4)+y2=1上一點(diǎn)E在第一象限,若|OE|=eq \f(\r(7),2).
(1)求點(diǎn)E的坐標(biāo);
(2)橢圓C兩個(gè)頂點(diǎn)分別為A(-2,0),B(2,0),過點(diǎn)M(0,-1)的直線l交橢圓C于點(diǎn)D,交x軸于點(diǎn)P,若直線AD與直線MB相交于點(diǎn)Q,求證:eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))為定值.
[規(guī)范解答] (1)設(shè)E(x0,y0)(x0>0,y0>0),因?yàn)閨OE|=eq \f(\r(7),2),所以eq \r(x02+y02) =eq \f(\r(7),2) ①,
又因?yàn)辄c(diǎn)E在橢圓上,所以eq \f(x02,4)+y02=1 ②,
由①②解得:eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0=1,,y0=eq \f(\r(3),2),)),所以E的坐標(biāo)為(1,eq \f(\r(3),2));
(2)設(shè)點(diǎn)D(x1,y1),則直線DA的方程為y=eq \f(y1,x1+2)(x+2) ③,直線BM的方程為y=eq \f(1,2)x-1 ④,
由③④解得xQ=eq \f(2(x1+2y1+2),x1-2y1+2),又直線DM的方程為y=eq \f(y1+1,x1)x-1,
令y=0,解得xP=eq \f(x1,y1+2),所以eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))=eq \f(2(x1+2y1+2),x1-2y1+2)·eq \f(x1,y1+2)=eq \f(2(x12+2x1y1+2x1),x1y1+x1-2y12+2),
又eq \f(x12,4)+y12=1,所以eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))=eq \f(2(x12+2x1y1+2x1),x1y1+x1+eq \f(x12,2))=4.
[例3] 橢圓有兩頂點(diǎn)A(-1,0),B(1,0),過其焦點(diǎn)F(0,1)的直線l與橢圓交于C,D兩點(diǎn),并與x軸交于點(diǎn)P.直線AC與直線BD交于點(diǎn)Q.
(1)當(dāng)|CD|=eq \f(3eq \r(2),2)時(shí),求直線l的方程;
(2)當(dāng)點(diǎn)P異于A,B兩點(diǎn)時(shí),求證:eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))為定值.
[規(guī)范解答] (1)因橢圓焦點(diǎn)在y軸上,設(shè)橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1 (a>b>0),
由已知得b=1,c=1,所以a=eq \r(2),橢圓方程為為eq \f(y2,2)+x2=1.
直線l垂直于x軸時(shí)與題意不符.
設(shè)直線l的方程為y=kx+1,將其代入橢圓方程化簡得,(k2+2)x2+2kx-1=0.
設(shè)C(x1,y1),D(x2,y2),則∴x1+x2=-eq \f(2k,k2+2),x1x2=-eq \f(1,k2+2),
|CD|=eq \r(1+k2)·|x1-x2|=eq \r(1+k2)·eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(-2k,2+k2)))2-4·\f(-1,2+k2))=eq \f(2eq \r(2)(1+k2),2+k2)=eq \f(3eq \r(2),2),解得k=±eq \r(2).
所以直線l的方程為y=eq \r(2)x+1或y=-eq \r(2)x+1.
(2)直線l與x軸垂直時(shí)與題意不符.
設(shè)直線l的方程為y=kx+1(k≠0且k≠±1),所以P點(diǎn)坐標(biāo)為(-eq \f(1,k),0).
設(shè)C(x1,y1),D(x2,y2),由(1)知x1+x2=-eq \f(2k,k2+2),x1x2=-eq \f(1,k2+2),
直線AC的方程為y=eq \f(y1,x1+1)(x+1),直線BD的方程為y=eq \f(y2,x2+1)(x-1),
將兩直線方程聯(lián)立,消去y得eq \f(x+1,x-1)=eq \f(y2 (x1+1),y1 (x2-1)),因?yàn)椋?<x1,x2<1,所以eq \f(x+1,x-1)與eq \f(y2,y1)異號(hào).
(eq \f(x+1,x-1))2=eq \f(y22(x1+1)2,y12(x2-1)2)=eq \f(2-x22,2-x12)·eq \f((x1+1)2,(x2-1)2)=eq \f((1+x1) (1+x2),(1-x1) (1-x2))=eq \f(1+eq \f(-2k,k2+2)+eq \f(-1,k2+2),1-eq \f(-2k,k2+2)+eq \f(-1,k2+2))=(eq \f(k-1,k+1))2.
又y1 y2=k2x1x2+k(x1+x2)+1=eq \f(2(1-k) (1+k),k2+2)=-eq \f(2(1+k)2,k2+2)·eq \f(k-1,k+1)
∴eq \f(k-1,k+1)與y1y2異號(hào), eq \f(x+1,x-1)與eq \f(k-1,k+1)同號(hào),eq \f(x+1,x-1)=eq \f(k-1,k+1),解得x=-k,
因此Q點(diǎn)坐標(biāo)為(-k,y0).eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))=(-eq \f(1,k),0)(-k,y0)=1,故eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OQ,\s\up6(→))為定值.
[例4] 如圖,點(diǎn)M在橢圓eq \f(x2,2)+eq \f(y2,b)=1,(00將M(x0,y0)代入圓與橢圓的方程,可得.
x02+y02-2ty0-1=0,x02+2y02=2,消去x0,得t=eq \f(1-y02,2y0),代入(*)得:y2-eq \f(1-y02,y0) y-1=0,
即y2-(eq \f(1,y0)-y0) y-1=0,所以(y-eq \f(1,y0))(y+y0)=0,
過F1,F(xiàn)2,M的圓與y軸交于點(diǎn)P,Q(P在Q的上方).所以yP=eq \f(1,y0),yQ=-y0.
則kPM=eq \f(y0-eq \f(1,y0),x0).則直線PM的方程為y=eq \f(y0-eq \f(1,y0),x0)x+eq \f(1,y0),
由直線PM與x=2的交點(diǎn)為N.所以在直線PM的方程中,令x=2,
得,y=eq \f(y0-eq \f(1,y0),x0)×2+eq \f(1,y0)=eq \f(2(y02-1),x0y0)+eq \f(1,y0)=eq \f(1-x0,y0).得N(2,eq \f(1-x0,y0)),
設(shè)T(d,0),eq \(TM,\s\up7(→))·eq \(TN,\s\up7(→))=(x0-d,y0)·(2-d,eq \f(1-x0,y0))=(x0-d)(2-d)+1-x0=(1-d)x0-d(2-d)+1.
要使得eq \(TM,\s\up7(→))·eq \(TN,\s\up7(→))為定值,即與M的坐標(biāo)無關(guān).
當(dāng)d=1時(shí),eq \(TM,\s\up7(→))·eq \(TN,\s\up7(→))=0為定值.存在定點(diǎn)T(1,0),使得eq \(TM,\s\up7(→))·eq \(TN,\s\up7(→))為定值0.
[例5] 已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(\r(2),2),過右焦點(diǎn)且垂直于x軸的直線l1與橢圓C交于A,B兩點(diǎn),且|AB|=eq \r(2),直線l1:y=k(x-m)(m∈R,m>eq \f(3,4))與橢圓C交于M,N兩點(diǎn).
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)已知點(diǎn)R(eq \f(5,4),0),若eq \(RM,\s\up6(→))·eq \(RN,\s\up6(→))是一個(gè)與k無關(guān)的常數(shù),求實(shí)數(shù)m的值.
[規(guī)范解答] (1)聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1,,x=c,))解得y=±eq \f(b2,a),故eq \f(2b2,a)=eq \r(2),e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(2),2),a2=b2+c2,
聯(lián)立可得a=eq \r(2),b=c=1,故橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,2)+y2=1.
(2)設(shè)M(x1,y1),N(x2,y2),聯(lián)立方程eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(eq \f(x2,2)+y2=1,,y=k(x-m),))消元得(1+2k2)x2-4mk2x+2m2k2-2=0,
Δ=16m2k4-4(1+2k2)(2k2m2-2)=8(2k2-k2m2+1),∴x1+x2=eq \f(4mk2,2k2+1),x1x2=eq \f(2m2k2-2,2k2+1).
eq \(RM,\s\up6(→))·eq \(RN,\s\up6(→))=(x1-eq \f(5,4))(x2-eq \f(5,4))+y1y2=x1x2-eq \f(5,4)(x1+x2)+eq \f(25,16)+k2(x1-m)(x2-m)
=(1+k2) x1x2-(eq \f(5,4)+mk2) (x1+x2)+eq \f(25,16)+k2m2=eq \f((3m2-5m-2)k2-2,2k2+1)+eq \f(25,16),
(這里的計(jì)算使用點(diǎn)乘雙根法更便捷)
令(1+2k2) x2-4mk2x+2k2m2-2=(1+2k2)(x1-x)(x2-x),
再令x=eq \f(5,4),得(x1-eq \f(5,4))(x2-eq \f(5,4))=eq \f(eq \f(25,16)(1+2k2)-5mk2+3k2m2-2,2k2+1),
∵y1y2=k2(x1-m)(x2-m),∴再令x=m,得k2(x1-m)(x2-m)=eq \f(m2k2-2k2,2k2+1),
∴(x1-eq \f(5,4))(x2-eq \f(5,4))+y1y2=eq \f((3m2-5m-2)k2-2,2k2+1)+eq \f(25,16)
(選擇自己熟練的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算,務(wù)必保證計(jì)算不能出錯(cuò))
又eq \(RM,\s\up6(→))·eq \(RN,\s\up6(→))是一個(gè)與k無關(guān)的常數(shù),∴3m2-5m-2=-4,即3m2-5m+2=0,
∴m=1或m=eq \f(2,3),又∵m>eq \f(3,4),∴m=1,
當(dāng)m=1時(shí),Δ>0,直線l1與橢圓C交于兩點(diǎn),滿足題意,∴m=1.
[題后悟通] 本題的關(guān)鍵點(diǎn)就在于如何使eq \f((3m2-5m-2)k2-2,2k2+1)成為一個(gè)與k無關(guān)的常數(shù),在這里應(yīng)用了比例的性質(zhì),即令分子分母中的同類項(xiàng)成比例,可以觀察到分子分母的常數(shù)項(xiàng)的比例為-2,則令分子分母中k2的系數(shù)的比例也為-2,即令3m2-5m-2=-4,則可求出參數(shù)的值.
【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】
1.已知橢圓E的中心在原點(diǎn),焦點(diǎn)在x軸上,橢圓的左頂點(diǎn)坐標(biāo)為(-eq \r(2),0),離心率為e=eq \f(\r(2),2).
(1)求橢圓E的方程;
(2)過點(diǎn)(1,0)作直線l交E于P、Q兩點(diǎn),試問:在x軸上是否存在一個(gè)定點(diǎn)M,使eq \(MP,\s\up6(→))·eq \(MQ,\s\up6(→))為定值?若存在,求出這個(gè)定點(diǎn)M的坐標(biāo);若不存在,請(qǐng)說明理由.
1.(1)設(shè)橢圓E的方程為eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0),
由已知得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a-c=eq \r(2)-1,,eq \f(c,a)=eq \f(\r(2),2),))解得,eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=eq \r(2),,c=1,))所以b2=1.
所以橢圓E的方程為eq \f(x2,2)+y2=1.
(2)假設(shè)存在符合條件的點(diǎn)M(m,0),設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則eq \(MP,\s\up6(→))=(x1-m,y1),eq \(MQ,\s\up6(→))=(x2-m,y2),
eq \(MP,\s\up6(→))·eq \(MQ,\s\up6(→))=(x1-m)(x2-m)+y1 y2=x1x2-m (x1+x2)+m2+y1y2,
①當(dāng)直線l的斜率存在時(shí),設(shè)直線l的方程為y=k(x-1),
聯(lián)立橢圓方程eq \f(x2,2)+y2=1,化為(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0,
則x1+x2=eq \f(4k2,2k2+1),x1x2=eq \f(2k2-2,2k2+1).∴y1y2=k2[-(x1+x2)+x1x2+1]=-eq \f(k2,2k2+1),
eq \(MP,\s\up6(→))·eq \(MQ,\s\up6(→))=eq \f(k2 (2m2-4m+1)+m2-2,2k2+1).
對(duì)于任意的k值,上式為定值,故2m2-4m+1=2(m2-2),解得,m=eq \f(5,4),
此時(shí),eq \(MP,\s\up6(→))·eq \(MQ,\s\up6(→))=m2-2=-eq \f(7,16)為定值;
②當(dāng)直線l的斜率不存在時(shí),
直線l:x=1,x1x2=1,x1+x2=2,y1y2=-eq \f(1,2),
由,m=eq \f(5,4),得eq \(MP,\s\up6(→))·eq \(MQ,\s\up6(→))=1-2×eq \f(5,4)+eq \f(25,16)-eq \f(1,2)=-eq \f(7,16)為定值,
綜合①②知,符合條件的點(diǎn)M存在,其坐標(biāo)為(eq \f(5,4),0).
2.已知橢圓eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1 (a>b>0)的一個(gè)焦點(diǎn)與拋物線y2=4eq \r(3)x的焦點(diǎn)F重合,且橢圓短軸的兩個(gè)端點(diǎn)與
點(diǎn)F構(gòu)成正三角形.
(1)求橢圓的方程;
(2)若過點(diǎn)(1,0)的直線l與橢圓交于不同的兩點(diǎn)P,Q,試問在x軸上是否存在定點(diǎn)E(m,0),使eq \(PE,\s\up6(→))·eq \(QE,\s\up6(→))恒為定值?若存在,求出E的坐標(biāo),并求出這個(gè)定值;若不存在,請(qǐng)說明理由.
2.解析 (1)由題意,知拋物線的焦點(diǎn)為F(eq \r(3),0),所以c=eq \r(a2-b2)=eq \r(3).
因?yàn)闄E圓短軸的兩個(gè)端點(diǎn)與F構(gòu)成正三角形,所以b=eq \r(3)×eq \f(eq \r(3),3)=1.
可求得a=2,故橢圓的方程為eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)假設(shè)存在滿足條件的點(diǎn)E,當(dāng)直線l的斜率存在時(shí)設(shè)其斜率為k,則l的方程為y=k(x-1).
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(x2,4)+y2=1,,y=k(x-1),))得(4k2+1)x2-8k2x+4k2-4=0.設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2),
所以x1+x2=eq \f(8k2,4k2+1),x1x2=eq \f(4k2-4,4k2+1).則eq \(PE,\s\up6(→))=(m-x1,-y1),eq \(QE,\s\up6(→))=(m-x2,-y2),
所以eq \(PE,\s\up6(→))·eq \(QE,\s\up6(→))=(m-x1)(m-x2)+y1y2=m2-m(x1+x2)+x1x2+y1y2
=m2-m(x1+x2)+x1x2+k2(x1-1)(x2-1)
=m2-eq \f(8k2m,4k2+1)+eq \f(4k2-4,4k2+1)+k2(eq \f(4k2-4,4k2+1)-eq \f(8k2,4k2+1)+1)=eq \f((4m2-8m+1)k2+(m2-4),4k2+1)
=eq \f((4m2-8m+1)(k2+eq \f(1,4))+(m2-4)-eq \f(1,4)(4m2-8m+1),4k2+1)=eq \f(1,4) (4m2-8m+1)+eq \f(2m-eq \f(17,4),4k2+1).
要使eq \(PE,\s\up6(→))·eq \(QE,\s\up6(→))為定值,則2m-eq \f(17,4)=0,即m=eq \f(17,8),此時(shí)eq \(PE,\s\up6(→))·eq \(QE,\s\up6(→))=eq \f(33,64).
當(dāng)直線l的斜率不存在時(shí),不妨取P(1,eq \f(\r(3),2)),Q(1,-eq \f(\r(3),2)),
由E(eq \f(17,8),0),可得eq \(PE,\s\up6(→))=(eq \f(9,8),-eq \f(\r(3),2)),eq \(QE,\s\up6(→))=(eq \f(9,8),eq \f(\r(3),2)),所以eq \(PE,\s\up6(→))·eq \(QE,\s\up6(→))=eq \f(81,64)-eq \f(3,4)=eq \f(33,64).
綜上,存在點(diǎn)E(eq \f(17,8),0),使eq \(PE,\s\up6(→))·eq \(QE,\s\up6(→))為定值eq \f(33,64).
3.在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(\r(2),2),且過點(diǎn)(1,eq \f(eq \r(6),2)),過橢圓的
左頂點(diǎn)A作直線l⊥x軸,點(diǎn)M為直線l上的動(dòng)點(diǎn),點(diǎn)B為橢圓右頂點(diǎn),直線BM交橢圓C于P.
(1)求橢圓C的方程;
(2)求證:AP⊥OM;
(3)試問eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OM,\s\up6(→))是否為定值?若是定值,請(qǐng)求出該定值;若不是定值,請(qǐng)說明理由.
3.解析 (1)∵橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(\r(2),2),
∴a2=2c2,則a2=2b2,又橢圓C過點(diǎn)(1,eq \f(eq \r(6),2)),∴eq \f(1,a2)+eq \f(3,2b2)=1.∴a2=4,b2=2,
則橢圓C的方程eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1.
(2)設(shè)直線BM的斜率為k,則直線BM的方程為y=k(x-2),設(shè)P(x1,y1),
將y=k(x-2)代入橢圓C的方程eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1中并化簡得:(2k2+1)x2-4k2x+8k2-4=0.
解之得x1=eq \f(4k2-2,2k2+1),x2=2,
∴y1=k(x1-2)=eq \f(-4k,2k2+1),從而P(eq \f(4k2-2,2k2+1),eq \f(-4k,2k2+1)).
在y=k(x-2)上,令x=-2,得y=-4k,∴M(-2,-4k).
又eq \(AP,\s\up6(→))=(eq \f(4k2-2,2k2+1)+2,eq \f(-4k,2k2+1))=(eq \f(8k2,2k2+1),eq \f(-4k,2k2+1)),
∴eq \(AP,\s\up6(→))·eq \(OM,\s\up6(→))=eq \f(-16k2,2k2+1)+eq \f(16k2,2k2+1)=0,∴AP⊥OM;
(3)eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OM,\s\up6(→))=(eq \f(4k2-2,2k2+1),eq \f(-4k,2k2+1))·(-2,-4k)=eq \f(-8k2+4+16k2,2k2+1)=eq \f(8k2+4,2k2+1)=4.
∴eq \(OP,\s\up6(→))·eq \(OM,\s\up6(→))為定值4.
4.已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)上的點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和為eq \f(2,3),短軸長為eq \f(1,2),直線l與橢圓C交于
M,N兩點(diǎn).
(1)求橢圓C的方程;
(2)若直線l與圓O:x2+y2=eq \f(1,25)相切,求證:eq \(OM,\s\up6(→))·eq \(ON,\s\up6(→))為定值.
4.解析 (1)由題意得,2a=eq \f(2,3),2b=eq \f(1,2),所以a=eq \f(1,3),b=eq \f(1,4),所以橢圓C的方程為9x2+16y2=1.
(2)①當(dāng)直線l⊥x軸時(shí),因?yàn)橹本€l與圓O相切,所以直線l的方程為x=±eq \f(1,5).
當(dāng)直線l:x=eq \f(1,5)時(shí),得M,N兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(eq \f(1,5),eq \f(1,5)),(eq \f(1,5),-eq \f(1,5)),所以eq \(OM,\s\up6(→))·eq \(ON,\s\up6(→))=0;
當(dāng)直線l:x=-eq \f(1,5)時(shí),同理可得eq \(OM,\s\up6(→))·eq \(ON,\s\up6(→))=0.
②當(dāng)直線l與x軸不垂直時(shí),設(shè)l:y=kx+m,M(x1,y1),N(x2,y2),
所以圓心O(0,0)到直線l的距離為d=eq \f(|m|,\r(1+k2))=eq \f(1,5),所以25m2=1+k2,
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,9x2+16y2=1,))得(9+16k2)x2+32kmx+16m2-1=0,
則Δ=(32km)2-4(9+16k2)(16m2-1)>0,x1+x2=-eq \f(32km,9+16k2),x1x2=eq \f(16m2-1,9+16k2),
所以eq \(OM,\s\up6(→))·eq \(ON,\s\up6(→))=x1x2+y1y2=(1+k2)x1x2+km(x1+x2)+m2=eq \f(25m2-k2-1,9+16k2)=0.
綜上,eq \(OM,\s\up6(→))·eq \(ON,\s\up6(→))=0(定值).
5.已知以原點(diǎn)O為中心,F(xiàn)(eq \r(5),0)為右焦點(diǎn)的雙曲線F的離心率e=eq \f(eq \r(5),2).
(1)求雙曲線C的標(biāo)準(zhǔn)方程及其漸近線方程;
(2)如圖,已知過點(diǎn)M(x1,y1)的直線l1:x1x+4y1y=4與過點(diǎn)N(x2,y2)(其中x2≠x1)的直線l2:x2x+4y2y=4的交點(diǎn)E在雙曲線C上,直線MN與兩條漸近線分別交于G,H兩點(diǎn),求eq \(OG,\s\up6(→))·eq \(OH,\s\up6(→))的值.
5.解析 (1)設(shè)C的標(biāo)準(zhǔn)方程是eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0),則由題意c=eq \r(5),e=eq \f(c,a)=eq \f(eq \r(5),2).
因此,C的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,4)-y2=1.C的漸近線方程為y=±eq \f(1,2)x,即x-2y=0和x+2y=0.
(2)如圖,由題意點(diǎn)E(x0,y0)在直線l1:x1x+4y1y=4和l2:x2x+4y2y=4上,
因此有x1x0+4y1y0=4,x2x0+4y2y0=4.故點(diǎn)M、N均在直線x0x+4y0y=4上,
因此直線MN的方程為x0x+4y0y=4.
設(shè)G、H分別是直線MN與漸近線x-2y=0及x+2y=0的交點(diǎn),
由方程組eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0x+4y0y=4,x-2y=0))及eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x0x+4y0y=4,x+2y=0)),解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(xG=eq \f(4,x0+2y0),yG=eq \f(2,x0+2y0))),eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(xH=eq \f(4,x0-2y0),yH=eq \f(-2,x0-2y0))).
故eq \(OG,\s\up6(→))·eq \(OH,\s\up6(→))=eq \f(4,x0+2y0)·eq \f(4,x0-2y0)-eq \f(2,x0+2y0)·eq \f(2,x0-2y0)=eq \f(12,x02-4y02).
因?yàn)辄c(diǎn)E在雙曲線eq \f(x2,4)-y2=1上,所以x02-4y02=4,所以eq \(OG,\s\up6(→))·eq \(OH,\s\up6(→))=eq \f(12,x02-4y02)=3.
題型二 角度型定值問題
【例題選講】
[例1] 已知橢圓W:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的上下頂點(diǎn)分別為A,B,且點(diǎn)B(0,-1).F1,F(xiàn)2分別為橢圓W的左、右焦點(diǎn),且∠F1BF2=120°.
(1)求橢圓W的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)點(diǎn)M是橢圓上異于A,B的任意一點(diǎn),過點(diǎn)M作MN⊥y軸于N,E為線段MN的中點(diǎn).直線AE與直線y=-1交于點(diǎn)C,G為線段BC的中點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn).求證:∠OEG為定值.
[規(guī)范解答] (1)依題意,得b=1.又∠F1BF2=120°,在Rt△BF1O中,∠F1BO=60°,所以a=2.
所以橢圓W的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)設(shè)M(x0,y0),x0≠0,則N(0,y0),E(eq \f(x0,2),y0).
因?yàn)辄c(diǎn)M在橢圓W上,所以eq \f(x02,4)+y02=1.即x02=4-4y02.
又A(0,1),所以直線AE的方程為y-1=eq \f(2(y0-1),x0)x.令y=-1,得C(eq \f(x0,1-y0),-1).
又B(0,-1),G為線段BC的中點(diǎn),所以G(eq \f(x0,2(1-y0)),-1).
所以eq \(OE,\s\up6(→))=(eq \f(x0,2),y0),eq \(GE,\s\up6(→))=(eq \f(x0,2)-eq \f(x0,2(1-y0)),y0+1).
因?yàn)閑q \(OE,\s\up6(→))·eq \(GE,\s\up6(→))=eq \f(x0,2)(eq \f(x0,2)-eq \f(x0,2(1-y0)))+y0(y0+1)=eq \f(x02,4)-eq \f(x02,4(1-y0))+y02+y0
=1-eq \f(4-4y02,4(1-y0))+y0=1-y0-1+y0=0,所以eq \(OE,\s\up6(→))⊥eq \(GE,\s\up6(→)).∠OEG=90°.
[例2] 已知點(diǎn)M(x0,y0)為橢圓C:eq \f(x2,2)+y2=1.上任意一點(diǎn),直線l:x0x+2y0 y=2與圓(x-1)2+y2=6交于A,B兩點(diǎn),點(diǎn)F為橢圓C的左焦點(diǎn).
(1)求橢圓C的離心率及左焦點(diǎn)F的坐標(biāo);
(2)求證:直線l與橢圓C相切;
(3)判斷∠AFB是否為定值,并說明理由.
[規(guī)范解答] (1)由題意a=eq \r(2),b=1,c=1.所以離心率e=eq \f(c,a)=eq \f(\r(2),2),左焦點(diǎn)F(-1,0).
(2)由題知,eq \f(x02,2)+y02=1,即x02+2y02=2,
當(dāng)y0=0時(shí)直線l的方程為x=eq \r(2)或x=-eq \r(2),直線l與橢圓C相切.
當(dāng)y0≠0時(shí),由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(x2,2)+y2=1,,x0x+2y0 y=2,))得(2y02+x02)x2-4x0x+4-4 y02=0,即x2-2x0x+2-2y02=0.
所以Δ=(-2x0)2-4(2-2y02)=4x02+8y02-8=0.故直線l與橢圓C相切.
(3)設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
當(dāng)y0=0時(shí),x1=x2,y1=-y2,x1=±eq \r(2),
eq \(FA,\s\up6(→))·eq \(FB,\s\up6(→))=(x1+1)2-y22=(x1+1)2-6+(x1-1)2=2 x12-4=0,所以eq \(FA,\s\up6(→))⊥eq \(FB,\s\up6(→)),即∠AFB=90°.
當(dāng)y0≠0時(shí),由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1((x-1)2+y2=6,,x0x+2y0 y=2,))得(y02+1)x2-2(2y02+x0)x+2-10 y02=0,
則∴x1+x2=eq \f(2(2y02+x0),1+y02),x1x2=eq \f(2-10y02,1+y02).y1y2=eq \f(x02,4y02) x1x2-eq \f(x0,2y02)(x1+x2)+eq \f(1,y02)=eq \f(-5x02-4x0+4,2+2y02).
因?yàn)閑q \(FA,\s\up6(→))·eq \(FB,\s\up6(→))=(x1+1,y1)·(x2+1,y2)=x1x2+x1+x2+1+y1y2
=eq \f(4-20y02+8y02+4x0+2+2 y02,2+2y02)+eq \f(-5x02-4x0+4,2+2y02)=eq \f(-5(x02+2y02)+10,2+2y02)=0.
所以eq \(FA,\s\up6(→))⊥eq \(FB,\s\up6(→)),即∠AFB=90°.故∠AFB為定值90°.
[例3] 已知點(diǎn)F1為橢圓eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的左焦點(diǎn),P(-1,eq \f(eq \r(2),2))在橢圓上,PF1⊥x軸.
(1)求橢圓的方程:
(2)已知直線l與橢圓交于A,B兩點(diǎn),且坐標(biāo)原點(diǎn)O到直線l的距離為eq \f(eq \r(6),3),∠AOB的大小是否為定值?若是,求出該定值:若不是,請(qǐng)說明理由.
[規(guī)范解答] (1)因?yàn)镻F1⊥x軸,又P(-1,eq \f(eq \r(2),2))在橢圓上,可得F1(-1,0),
所以c=1,eq \f(1,a2)+eq \f(1,2b2)=1,a2=c2+b2,解得a2=2,b2=1,所以橢圓的方程為:eq \f(x2,2)+y2=1;
(2)當(dāng)直線l的斜率不存在時(shí),由原點(diǎn)O到直線l的距離為eq \f(eq \r(6),3),
可得直線l的方程為:x=±eq \f(eq \r(6),3),
代入橢圓可得A(eq \f(eq \r(6),3),eq \f(eq \r(6),3)),B(eq \f(eq \r(6),3),-eq \f(eq \r(6),3))或A(-eq \f(eq \r(6),3),eq \f(eq \r(6),3)),B(-eq \f(eq \r(6),3),eq \f(eq \r(6),3)),
可得eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=0,所以∠AOB=eq \f(π,2);
當(dāng)直線l的斜率存在時(shí),設(shè)直線的方程為:y=kx+m,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
由原點(diǎn)O到直線l的距離為eq \f(eq \r(6),3),可得eq \f(eq \r(6),3)=eq \f(|m|,eq \r(1+k2)),可得3m2=2(1+k2),①
直線與橢圓聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,\f(x2,2)+y2=1,))整理可得(1+2k2)x2+4kmx+2m2-2=0,
Δ=16k2m2-4(1+2k2)(2m2-2)>0,將①代入Δ中可得Δ=16m2+8>0,
x1+x2=eq \f(-4km,1+2k2),x1x2=eq \f(2?m2-1?,1+2k2),
y1y2=k2x1x2+km(x1+x2)+m2=eq \f(k2(2m2-2),1+2k2)+eq \f(4k2m2,1+2k2)+m2=eq \f(m2-2k2,1+2k2),
所以eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=x1x2+y1y2=eq \f(2m2-2,1+2k2)+eq \f(m2-2k2,1+2k2)=eq \f(3m2-2k2-2,1+2k2),
將①代入可得eq \(OA,\s\up6(→))·eq \(OB,\s\up6(→))=0,所以∠AOB=eq \f(π,2);
綜上所述∠AOB=eq \f(π,2)恒成立.
【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】
1.已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(1,3),左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,A為橢圓C上一點(diǎn),AF2⊥F1F2,
且|AF2|=eq \f(8,3).
(1)求橢圓C的方程;
(2)設(shè)橢圓C的左、右頂點(diǎn)分別為A1,A2,過A1,A2分別作x軸的垂線l1,l2,橢圓C的一條切線l:y=kx+m與l1,l2分別交于M,N兩點(diǎn),求證:∠MF1N為定值.
1.解析 (1)由AF2⊥F1F2,|AF2|=eq \f(8,3),得eq \f(b2,a)=eq \f(8,3).又e=eq \f(c,a)=eq \f(1,3),a2=b2+c2,所以a2=9,b2=8,
故橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1.
(2)由題意可知,l1的方程為x=-3,l2的方程為x=3.
直線l分別與直線l1,l2的方程聯(lián)立得M(-3,-3k+m),N(3,3k+m),
所以eq \(F1M,\s\up6(→))=(-2,-3k+m),eq \(F1N,\s\up6(→))=(4,3k+m),所以eq \(F1M,\s\up6(→))·eq \(F1N,\s\up6(→))=-8+m2-9k2.
聯(lián)立得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(\f(x2,9)+\f(y2,8)=1,,y=kx+m,))得(9k2+8)x2+18kmx+9m2-72=0.
因?yàn)橹本€l與橢圓C相切,所以Δ=(18km)2-4(9k2+8)(9m2-72)=0,化簡得m2=9k2+8.
所以eq \(F1M,\s\up6(—→))·eq \(F1N,\s\up6(—→))=-8+m2-9k2=0,所以eq \(F1M,\s\up6(→))⊥eq \(F1N,\s\up6(→)),故∠MF1N為定值eq \f(π,2).
2.已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)上的點(diǎn)到它的兩個(gè)焦的距離之和為4,以橢圓C的短軸為直徑的圓
O經(jīng)過這兩個(gè)焦點(diǎn),點(diǎn)A,B分別是橢圓C的左、右頂點(diǎn).
(1)求圓和橢圓的方程.
(2)已知P,Q分別是橢圓C和圓O上的動(dòng)點(diǎn)(P,Q位于y軸兩側(cè)),且直線PQ與x軸平行,直線AP,BP分別與y軸交于點(diǎn)M,N.求證:∠MQN為定值.
2.解析 (1)依題意eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(2a=4,b=c,a2=b2+c2)),得a=2,b=c=eq \r(2),
∴圓方程為x2+y2=2,橢圓C方程為eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1.
(2)設(shè)P(x0,y0),Q(x1,y0),∴eq \f(x02,4)+eq \f(y02,2)=1,x12+y02=2,y0≠0,
∵AP的方程為y=eq \f(y0,x0+2)(x+2),令x=0,M(0,eq \f(2y0,x0+2)),
BP方程為y=eq \f(y0,x0-2)(x-2),令x=0,N(0,eq \f(-2y0,x0-2)),
∴eq \(QM,\s\up6(→))=(-x1,eq \f(2y0,x0+2)-y0),eq \(QN,\s\up6(→))=(-x1,eq \f(2y0,x0-2)-y0)
∴eq \(QM,\s\up6(→))·eq \(QN,\s\up6(→))=x12+eq \f(x02y02,x02-4)=2-y02+eq \f((4-2y02) y02,-2 y02)=0,∴∠MQN=90°.
3.已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)上的點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的距離之和為eq \f(2,3),短軸長為eq \f(1,2),直線與橢圓C
交于M,N兩點(diǎn).
(1)求橢圓C的方程;
(2)若直線與圓O:x2+y2=eq \f(1,25)相切,證明:∠MON為定值.
3.解析 (1)由題意得,2a=eq \f(2,3),2b=eq \f(1,2),所以a=eq \f(1,3),b=eq \f(1,4),所以9x2+16y2=1.
(2)當(dāng)直線l⊥x軸時(shí),因?yàn)橹本€與圓相切,所以直線方程為x=±eq \f(1,5).
當(dāng)l:x=eq \f(1,5)時(shí),得M、N兩點(diǎn)坐標(biāo)分別為(eq \f(1,5),eq \f(1,5)),(eq \f(1,5),-eq \f(1,5)),所以eq \(OM,\s\up6(→))·eq \(ON,\s\up6(→))=0,所以∠MON=eq \f(π,2).
當(dāng)l:x=-eq \f(1,5)時(shí),同理∠MON=eq \f(π,2).
當(dāng)與x軸不垂直時(shí),設(shè)l:y=kx+m,M(x1,y1),N(x2,y2),由d=eq \f(|m|,eq \r(1+k2))=eq \f(1,5),所以25m2=1+k2,
聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(9x2+16y2=1,,y=kx+m,))得(16k2+9)x2+32kmx+16m2-1=0.
Δ=(32km)2-4(16k2+9)(16m2-1)>0,∴x1+x2=-eq \f(32km,9+16k2),x1x2=eq \f(16m2-1,9+16k2).
∴eq \(OM,\s\up6(→))·eq \(ON,\s\up6(→))=x1x2+y1y2=(1+k2) x1x2+km(x1+x2)+m2=eq \f(25m2-k2-1,9+16k2)=0,所以∠MON=eq \f(π,2).
綜上,∠MON=eq \f(π,2)(定值).
題型三 參數(shù)型定值問題
【例題選講】
[例1] (2018·北京)已知拋物線C:y2=2px經(jīng)過點(diǎn)P(1,2),過點(diǎn)Q(0,1)的直線l與拋物線C有兩個(gè)不同的交點(diǎn)A,B,且直線PA交y軸于M,直線PB交y軸于N.
(1)求直線l的斜率的取值范圍;
(2)設(shè)O為原點(diǎn),eq \(QM,\s\up6(→))=λeq \(QO,\s\up6(→)),eq \(QN,\s\up6(→))=μeq \(QO,\s\up6(→)),求證:eq \f(1,λ)+eq \f(1,μ)為定值.
[規(guī)范解答] (1)因?yàn)閽佄锞€y2=2px過點(diǎn)(1,2),所以2p=4,即p=2.故拋物線C的方程為y2=4x.
由題意知,直線l的斜率存在且不為0.設(shè)直線l的方程為y=kx+1(k≠0),
由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y2=4x,,y=kx+1,))得k2x2+(2k-4)x+1=0.依題意知Δ=(2k-4)2-4×k2×1>0,解得k
這是一份第18講 角度、數(shù)量積定值問題-2022年新高考數(shù)學(xué)之圓錐曲線綜合講義,文件包含第18講角度數(shù)量積定值問題解析版docx、第18講角度數(shù)量積定值問題原卷版docx等2份試卷配套教學(xué)資源,其中試卷共28頁, 歡迎下載使用。
這是一份專題20 面積型定值型問題(解析版),共20頁。
這是一份專題19 距離型定值型問題(解析版),共23頁。
微信掃碼,快速注冊(cè)
注冊(cè)成功