例題:(2018·南京一模)如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的下頂點(diǎn)為B,點(diǎn)M,N是橢圓上異于點(diǎn)B的動(dòng)點(diǎn),直線BM,BN分別與x軸交于點(diǎn)P,Q,且點(diǎn)Q是線段OP的中點(diǎn).當(dāng)點(diǎn)N運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3),\f(\r(3),2)))處時(shí),點(diǎn)Q的坐標(biāo)為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2\r(3),3),0)).
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)設(shè)直線MN交y軸于點(diǎn)D,當(dāng)點(diǎn)M,N均在y軸右側(cè),
且eq \(DN,\s\up6(→))=2eq \(NM,\s\up6(→))時(shí),求直線BM的方程.
變式1過(guò)點(diǎn)P(-4,0)的直線l與橢圓C:eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1相交于A,B兩點(diǎn),若點(diǎn)A恰好是線段PB的中點(diǎn),則直線l的方程為_(kāi)_______________.
變式2在平面直角坐標(biāo)系xOy中,設(shè)經(jīng)過(guò)點(diǎn)C(-1,0)的直線交橢圓eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)于A,B兩點(diǎn),且滿足eq \(CA,\s\up6(→))=2eq \(BC,\s\up6(→)),若橢圓的離心率e=eq \f(\r(6),3),則橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)為_(kāi)_______________.(用直線的斜率k(k≠0)表示).
串講1如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,B是橢圓eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1的上頂點(diǎn),已知過(guò)右焦點(diǎn)F2的直線l與橢圓相交于A,C兩點(diǎn),記△ABF2,△BCF2的面積分別為S1,S2.若S1=2S2,則直線l的斜率為_(kāi)___________.
串講2(2017·蘇州高二期末)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),其焦點(diǎn)到相應(yīng)準(zhǔn)線的距離為eq \r(2),離心率為eq \f(\r(2),2).
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)如圖所示,A,B是橢圓C上兩點(diǎn),且△AOB的面積為eq \r(2),設(shè)射線OA,OB的斜率分別為k1,k2.
①求k1·k2的值;
②延長(zhǎng)OA到P,使得OP=2OA,且PB交橢圓C于Q,求證:eq \f(BP,BQ)為定值.
(2018·蘇州二模)如圖,橢圓eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的離心率為eq \f(\r(2),2),焦點(diǎn)到相應(yīng)準(zhǔn)線的距離為1,點(diǎn)A,B,C分別為橢圓的左頂點(diǎn)、右頂點(diǎn)和上頂點(diǎn),過(guò)點(diǎn)C的直線l交橢圓于點(diǎn)D,交x軸于點(diǎn)M(x1,0),直線AC與直線BD交于點(diǎn)N(x2,y2).
(1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)若eq \(CM,\s\up6(→))=2eq \(MD,\s\up6(→)),求直線l的方程;
(3)求證:x1·x2為定值.
(2018·南通一模)如圖,已知橢圓E1:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>1),若橢圓E2:eq \f(x2,ma2)+eq \f(y2,mb2)=1(a>b>0,m>1),則稱橢圓E2與橢圓E1“相似”.
(1)求經(jīng)過(guò)點(diǎn)(eq \r(2),1),且與橢圓E1:eq \f(x2,2)+y2=1“相似”的橢圓E2的方程;
(2)若m=4,橢圓E1的離心率為eq \f(\r(2),2),點(diǎn)P在橢圓E2上,過(guò)點(diǎn)P的直線l交橢圓E1于A,B兩點(diǎn),且eq \(AP,\s\up6(→))=λeq \(AB,\s\up6(→)),
①若點(diǎn)B的坐標(biāo)為(0,2),且λ=2,求直線l的方程;
②若直線OP,OA的斜率之積為-eq \f(1,2),求實(shí)數(shù)λ的值.
答案:(1)eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1;(2)①直線l的方程為y=±eq \f(\r(30),10)x+2;②λ=eq \f(5,2).
解析:(1)設(shè)橢圓E2的方程為eq \f(x2,2m)+eq \f(y2,m)=1,代入點(diǎn)(eq \r(2),1)得m=2,所以橢圓E2的方程為eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1.3分
(2)因?yàn)闄E圓E1的離心率為eq \f(\r(2),2),故a2=2b2,所以橢圓E1:x2+2y2=2b2,又橢圓E2與橢圓E1“相似”,
且m=4,所以橢圓E1:x2+2y2=8b2,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0),
①解法1:由題意得b=2,所以橢圓E1:x2+2y2=8,將直線l:y=kx+2,代入橢圓E1:x2+2y2=8得(1+2k2)x2+8kx=0.
解得x1=eq \f(-8k,1+2k2),x2=0,故y1=eq \f(2-4k2,1+2k2),y2=2,所以Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(-8k,1+2k2),\f(2-4k2,1+2k2),))5分
又eq \(AP,\s\up6(→))=2eq \(AB,\s\up6(→)),即B為AP中點(diǎn),所以Peq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(8k,1+2k2),\f(2+12k2,1+2k2))),6分
代入橢圓E2:x2+2y2=32得eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(8k,1+2k2)))eq \s\up12(2)+2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2+12k2,1+2k2)))eq \s\up12(2)=32,即20k4+4k2-3=0,即(10k2-3)(2k2+1)=0,
所以k=±eq \f(\r(30),10),所以直線l的方程為y=±eq \f(\r(30),10)x+2.8分
解法2:由題意得b=2,所以橢圓E1:x2+2y2=8,E2:x2+2y2=32,設(shè)A(x,y),B(0,2),則P(-x,4-y),
代入橢圓方程得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x2+2y2=8,,x2+2(4-y)2=32,))解得y=eq \f(1,2),故x=±eq \f(\r(30),2),6分
所以k=±eq \f(\r(30),10),所以直線l的方程為y=±eq \f(\r(30),10)x+2.8分
②解法1:由題意得,x02+2y02=8b2,x12+2y12=2b2,x22+2y22=2b2,eq \f(y0,x0)·eq \f(y1,x1)=-eq \f(1,2),即x0x1+2y0y1=0,
eq \(AP,\s\up6(→))=λeq \(AB,\s\up6(→)),則(x0-x1,y0-y1)=λ(x2-x1,y2-y1),解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x2=\f(x0+(λ-1)x1,λ),,y2=\f(y0+(λ-1)y1,y),))12分
所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x0+(λ-1)x1,λ)))eq \s\up12(2)+2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(y0+(λ-1)y1,λ)))eq \s\up12(2)=2b2,則x02+2(λ-1)x0x1+(λ-1)2x12+2y02+4(λ-1)y0y1+
2(λ-1)2y12=2λ2b2(x02+2y02)+2(λ-1)(x0x1+2y0y1)+(λ-1)2(x12+2y12)=2λ2b2,
所以8b2+(λ-1)2·2b2=2λ2b2,即4+(λ-1)2=λ2,所以λ=eq \f(5,2).16分
解法2:不妨設(shè)點(diǎn)P在第一象限,設(shè)直線OP:y=kx(k>0),代入橢圓E2:x2+2y2=8b2,
解得x0=eq \f(2\r(2)b,\r(1+2k2)),則y0=eq \f(2\r(2)bk,\r(1+2k2)),因?yàn)橹本€OP,OA的斜率之積為-eq \f(1,2),則直線OA:y=-eq \f(1,2k)x,10分
代入橢圓E1:x2+2y2=2b2,解得x1=-eq \f(2bk,\r(1+2k2)),則y1=eq \f(b,\r(1+2k2)),由eq \(AP,\s\up6(→))=λeq \(AB,\s\up6(→)),則(x0-x1,y0-y1)
=λ(x2-x1,y2-y1),解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x2=\f(x0+(λ-1)x1,λ),,y2=\f(y0+(λ-1)y1,λ),))12分
所以eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x0+(λ-1)x1,λ)))eq \s\up12(2)+2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(y0+(λ-1)y1,λ)))eq \s\up12(2)=2b2,則x02+2(λ-1)x0x1+(λ-1)2x12+2y02+4(λ-1)y0y1+
2(λ-1)2y12=2λ2b2(x02+2y02)+2(λ-1)(x0x1+2y0y1)+(λ-1)2(x12+2y12)=2λ2b2,所以8b2+
微專題21
例題
答案:(1)eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1.
(2)直線BM的方程為
y=eq \f(\r(6),2)x-eq \r(3).
解析:(1)由Neq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3),\f(\r(3),2))),Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,3)\r(3),0)),得直線NQ的方程為y=eq \f(3,2)x-eq \r(3).令x=0,得點(diǎn)B的坐標(biāo)為(0,-eq \r(3)).所以橢圓的方程為eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,3)=1.將點(diǎn)N的坐標(biāo)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\r(3),\f(\r(3),2)))代入,得eq \f((\r(3))2,a2)+eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(3),2)))\s\up12(2),3)=1,解得a2=4.所以橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,4)+eq \f(y2,3)=1.
(2)解法1:設(shè)直線BM的斜率為k(k>0),則直線BM的方程為y=kx-eq \r(3).在y=kx-eq \r(3)中,令y=0,得xP=eq \f(\r(3),k),而點(diǎn)Q是線段OP的中點(diǎn),所以xQ=eq \f(\r(3),2k).所以直線BN的斜率kBN=kBQ=eq \f(0-(-\r(3)),\f(\r(3),2k)-0)=2k.
聯(lián)立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=kx-\r(3),,\f(x2,4)+\f(y2,3)=1,))消去y,得(3+4k2)x2-8eq \r(3)kx=0,解得xM=eq \f(8\r(3)k,3+4k2).用2k代k,得xN=eq \f(16\r(3)k,3+16k2).又eq \(DN,\s\up6(→))=2eq \(NM,\s\up6(→)),所以xN=2(xM-xN),得2xM=3xN.故2×eq \f(8\r(3)k,3+4k2)=3×eq \f(16\r(3)k,3+16k2),又k>0,解得k=eq \f(\r(6),2).所以直線BM的方程為y=eq \f(\r(6),2)x-eq \r(3).
解法2:設(shè)點(diǎn)M,N的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2).由B(0,-eq \r(3)),得直線BN的方程為y=eq \f(y1+\r(3),x1)x-eq \r(3),令y=0,得xP=eq \f(\r(3)x1,y1+\r(3)).同理,得xQ=eq \f(\r(3)x2,y2+\r(3)).而點(diǎn)Q是線段OP的中點(diǎn),所以xP=2xQ,故eq \f(\r(3)x1,y1+\r(3))=eq \f(2\r(3)x2,y2+\r(3)).又eq \(DN,\s\up6(→))=2eq \(NM,\s\up6(→)),所以x2=2(x1-x2),得x2=eq \f(2,3)x1>0,從而eq \f(1,y1+\r(3))=eq \f(\f(4,3),y2+\r(3)),解得y2=eq \f(4,3)y1+eq \f(\r(3),3).
將eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x2=\f(2,3)x1,,y2=\f(4,3)y1+\f(\r(3),3)))代入到橢圓C的方程中,得eq \f(x12,9)+eq \f((4y1+\r(3))2,27)=1.又x12=
4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(y12,3))),所以eq \f(4\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(y12,3))),9)+eq \f((4y1+\r(3))2,27)=1,即eq \r(3)y12+2y1-eq \r(3)=0,解得y1=-eq \r(3)(舍)或y1=eq \f(\r(3),3).又x1>0,所以點(diǎn)M的坐標(biāo)為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(4\r(2),3),\f(\r(3),3))).故直線BM的方程為y=eq \f(\r(6),2)x-eq \r(3).
變式聯(lián)想
變式1
答案:y=±eq \f(\r(5),6)(x+4).
解析:設(shè)出點(diǎn)A的坐標(biāo)進(jìn)而利用條件求出點(diǎn)B的坐標(biāo),然后將點(diǎn)A和B的坐標(biāo)代入橢圓方程中即可求得A.進(jìn)而可求得直線l的方程為
y=±eq \f(\r(5),6)(x+4).
變式2
答案:2a=2eq \r(\f(3(k2+3),1+3k2)).
解析:設(shè)c=eq \r(2)t,a=eq \r(3)t(t>0),則b=eq \r(3t2-2t2)=t,故橢圓方程eq \f(x2,3t2)+eq \f(y2,t2)=1,即x2+3y2=3t2,
將直線l:y=k(x+1)代入并整理可得(1+3k2)x2+6k2x+3k2-3t2=0,
則由根與系數(shù)的關(guān)系可得x1+x2=-eq \f(6k2,1+3k2),x1x2=eq \f(3k2-3t2,1+3k2);
設(shè)直線l:y=k(x+1)與橢圓的兩個(gè)交點(diǎn)A(x1,y1),B(x2,y2),則eq \(CA,\s\up6(→))=(x1+1,y1),eq \(BC,\s\up6(→))=(-1-x2,-y2),
故由題設(shè)eq \(CA,\s\up6(→))=2eq \(BC,\s\up6(→))可得x1+1=2(-1-x2),即x1=-3-2x2,代入x1+x2=-eq \f(6k2,1+3k2),可得x2=-eq \f(3+3k2,1+3k2),x1=eq \f(3-3k2,1+3k2),代入x1x2=eq \f(3k2-3t2,1+3k2),可得k2-t2=eq \f(3(k4-1),1+3k2),
則t2=k2-eq \f(3(k4-1),1+3k2)=eq \f(k2+3k4-3k4+3,1+3k2)=eq \f(k2+3,1+3k2),
則長(zhǎng)軸長(zhǎng)2a=2eq \r(3)t=
2eq \r(\f(3(k2+3),1+3k2)).
串講激活
串講1
答案:±eq \f(\r(5),2).
解析:設(shè)B到直線AC的距離為h,由于S1=2S2,
所以,eq \f(1,2)AF2·h=2×eq \f(1,2)F2C·h,即AF2=2F2C,所以,eq \(AF2,\s\up6(→))=2eq \(F2C,\s\up6(→)).
設(shè)A(x1,y1),C(x2,y2),又F2(1,0),
則(1-x1,-y1)=2(x2-1,y2),即eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x1=3-2x2,,y1=-2y2.))
由eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x22,4)+\f(y22,3)=1,,\f((3-2x2)2,4)+\f((-2y2)2,3)=1,))
解得,eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x2=\f(7,4),,y2=±\f(3\r(5),8).))
所以,直線l的斜率為k=eq \f(±\f(3\r(5),8),\f(7,4)-1)=±eq \f(\r(5),2).
串講2
答案:(1)eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1.
(2)①k1k2=-eq \f(1,2);②eq \f(BP,BQ)=eq \f(5,2).
解析:(1)由題意可知
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(c,a)=\f(\r(2),2),,a2=b2+c2,,\f(a2,c)-c=\r(2).))解得a=2,b=eq \r(2),c=eq \r(2),所以所求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,4)+eq \f(y2,2)=1.
(2)①設(shè)直線OA:y=k1x,設(shè)直線OB:y=k2x,它們分別與橢圓C交于A(x1,y1),B(x2,y2),eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(x2,4)+\f(y2,2)=1,,y=k1x,))解得x12=eq \f(4,1+2k12),同理x22=eq \f(4,1+2k22).點(diǎn)B到OA的距離為d=eq \f(|k1x2-y2|,\r(1+k12))=eq \f(|x2(k1-k2)|,\r(1+k12)),因?yàn)椤鰽OB的面積為eq \r(2),所以S△AOB=eq \f(1,2)OA·d=eq \f(1,2)eq \r(1+k12)|x1|eq \f(|x2(k1-k2)|,\r(1+k12))=eq \f(1,2)|x1x2(k1-k2)|,即eq \f(1,2)·eq \f(2,\r(1+2k12))·eq \f(2,\r(1+2k22))|k1-k2|=eq \r(2),即eq \r(2)|k1-k2|=eq \r((1+2k12)(1+2k22)),所以(2k1k2+1)2=0,即k1k2=-eq \f(1,2).②因?yàn)镺P=2OA,所以P(2x1,2y1),設(shè)PB交橢圓C于Q(x3,y3),且eq \f(BP,BQ)=λ(λ>0).則eq \(BP,\s\up6(→))=λeq \(BQ,\s\up6(→)),所以(2x1-x2,2y1-y2)=λ(x3-x2,y3-y2),eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(x3=\f(2,λ)x1+\f(λ-1,λ)x2,,y3=\f(2,λ)y1+\f(λ-1,λ)y2,))
即Qeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,λ)x1+\f(λ-1,λ)x2,,\f(2,λ)y1+\f(λ-1,λ)y2)),因?yàn)锳,B,Q都在橢圓C上,即eq \f(x12,4)+eq \f(y12,2)=1,eq \f(x22,4)+eq \f(y22,2)=1,eq \f(x32,4)+eq \f(y32,2)=1,所以eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,λ)x1+\f(λ-1,λ)x2))\s\up12(2),4)+eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(2,λ)y1+\f(λ-1,λ)y2))\s\up12(2),2)=1,整理得eq \f(4,λ2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x12,4)+\f(y12,2)))+eq \f((λ-1)2,λ2)eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x22,4)+\f(y22,2)))+eq \f(4(λ-1),λ2)
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x1x2,4)+\f(y1y2,2)))=1,且eq \f(x1x2,4)+eq \f(y1y2,2)=0,所以eq \f(4,λ2)+eq \f((λ-1)2,λ2)=1,即4+λ2-2λ+1=λ2,解得λ=eq \f(5,2).所以eq \f(BP,BQ)為定值.
新題在線
答案:(1)eq \f(x2,2)+y2=1;
(2)y=eq \f(\r(6),2)x+1或y=-eq \f(\r(6),2)x+1;
(3)略.
解析:(1)由橢圓的離心率為eq \f(\r(2),2),焦點(diǎn)到對(duì)應(yīng)準(zhǔn)線的距離為1.
得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\f(c,a)=\f(\r(2),2),,\f(a2,c)-c=1,))解得eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(a=\r(2),,c=1,))
所以,橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,2)+y2=1.
(2)由(1)知C(0,1),設(shè)D(x0,y0),因?yàn)閑q \(CM,\s\up6(→))=2eq \(MD,\s\up6(→)),得2y0=-1,所以y0=-eq \f(1,2),代入橢圓方程得x0=eq \f(\r(6),2)或-eq \f(\r(6),2),所以Deq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(6),2),-\f(1,2)))或Deq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(\r(6),2),-\f(1,2))),
所以l的方程為y=eq \f(\r(6),2)x+1或y=-eq \f(\r(6),2)x+1.
(3)解法1設(shè)D坐標(biāo)為(x3,y3),由C(0,1),M(x1,0)可得直線CM的方程為y=-eq \f(1,x1)x+1,
聯(lián)立橢圓方程得
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(y=-\f(1,x1)x+1,,\f(x2,2)+y2=1,))
解得x3=eq \f(4x1,x12+2),y3=eq \f(x12-2,x12+2).
由B(eq \r(2),0),得直線BD的方程:y=eq \f(x12-2,-\r(2)x12+4x1-2\r(2))(x-eq \r(2)),①
直線AC的方程為y=eq \f(\r(2),2)x+1,②
聯(lián)立①②得x2=eq \f(2,x1),
從而x1x2=2為定值.
解法2:設(shè)D坐標(biāo)為(x3,y3),
由C,M,D三點(diǎn)共線得eq \f(1,-x1)=eq \f(y3,x3-x1),所以x1=eq \f(x3,1-y3),①
由B,D,N三點(diǎn)共線得eq \f(y3,x3-\r(2))=eq \f(y2,x2-\r(2)),將y2=eq \f(\r(2),2)x2+1,代入可得x2=eq \f(\r(2)x3+2y3-2,\r(2)y3-x3+\r(2)),②
所以x1x2=eq \f(x3,1-y3)·
eq \f(\r(2)x3+2y3-2,\r(2)y3-x3+\r(2))=
eq \f(\r(2)x32+2x3y3-2x3,-\r(2)y32+x3y3-x3+\r(2))=
eq \f(\r(2)x32+2x3y3-2x3,-\r(2)\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1-\f(x32,2)))+x3y3-x3+\r(2))=2.
直線的斜率問(wèn)題在高考中經(jīng)常出現(xiàn),利用橢圓中的相關(guān)點(diǎn)法探究直線的斜率問(wèn)題也是高考的熱點(diǎn)與難點(diǎn),解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)化相關(guān)條件,利用坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算,難點(diǎn)在于有一定的計(jì)算量.本專題主要通過(guò)相關(guān)點(diǎn)法研究與斜率相關(guān)的一系列問(wèn)題,并在解題過(guò)程中感悟、總結(jié)數(shù)學(xué)思想與方法.

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