知識梳理
1.直線與圓錐曲線的位置關(guān)系
判斷直線l與圓錐曲線C的位置關(guān)系時,通常將直線l的方程Ax+By+C=0(A,B不同時為0)代入圓錐曲線C的方程F(x,y)=0,消去y(或x)得到一個關(guān)于變量x(或y)的一元方程.
例:由eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Ax+By+C=0,,F?x,y?=0))消去y,得ax2+bx+c=0.
(1)當(dāng)a≠0時,設(shè)一元二次方程ax2+bx+c=0的判別式為Δ,則:
Δ>0?直線與圓錐曲線C相交;
Δ=0?直線與圓錐曲線C相切;
Δ0)的焦點F(1,0),O為坐標(biāo)原點,A,B是拋物線C上異于O的兩點.
(1)求拋物線C的方程;
(2)若直線OA,OB的斜率之積為-eq \f(1,2),求證:直線AB過x軸上一定點.
[解] (1)因為拋物線y2=2px(p>0)的焦點坐標(biāo)為F(1,0),所以eq \f(p,2)=1,所以p=2.
所以拋物線C的方程為y2=4x.
(2)證明:①當(dāng)直線AB的斜率不存在時,
設(shè)Aeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(t2,4),t)),Beq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(t2,4),-t)).
因為直線OA,OB的斜率之積為-eq \f(1,2),
所以eq \f(\f(t,t2),4)·eq \f(\f(-t,t2),4)=-eq \f(1,2),化簡得t2=32.
所以A(8,t),B(8,-t),此時直線AB的方程為x=8.
②當(dāng)直線AB的斜率存在時,設(shè)其方程為y=kx+b,A(xA,yA),B(xB,yB),聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y2=4x,,y=kx+b))消去x,化簡得ky2-4y+4b=0.
所以yAyB=eq \f(4b,k),
因為直線OA,OB的斜率之積為-eq \f(1,2),
所以eq \f(yA,xA)·eq \f(yB,xB)=-eq \f(1,2),
整理得xAxB+2yAyB=0.
即eq \f(y\\al(2,A),4)·eq \f(y\\al(2,B),4)+2yAyB=0,
解得yAyB=0(舍去)或yAyB=-32.
所以yAyB=eq \f(4b,k)=-32,即b=-8k,
所以y=kx-8k,即y=k(x-8).
綜上所述,直線AB過定點(8,0).
【跟蹤訓(xùn)練1-1】已知橢圓C:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)的右焦點F(eq \r(3),0),長半軸長與短半軸長的比值為2.
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)設(shè)不經(jīng)過點B(0,1)的直線l與橢圓C相交于不同的兩點M,N,若點B在以線段MN為直徑的圓上,證明:直線l過定點,并求出該定點的坐標(biāo).
【解】(1)由題意得,c=eq \r(3),eq \f(a,b)=2,a2=b2+c2,
∴a=2,b=1,
∴橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)當(dāng)直線l的斜率存在時,設(shè)直線l的方程為y=kx+m(m≠1),M(x1,y1),N(x2,y2).
聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=kx+m,,x2+4y2=4,))消去y,
可得(4k2+1)x2+8kmx+4m2-4=0.
∴Δ=16(4k2+1-m2)>0,x1+x2=eq \f(-8km,4k2+1),x1x2=eq \f(4m2-4,4k2+1).
∵點B在以線段MN為直徑的圓上,
∴eq \(BM,\s\up7(―→))·eq \(BN,\s\up7(―→))=0.
∵eq \(BM,\s\up7(―→))·eq \(BN,\s\up7(―→))=(x1,kx1+m-1)·(x2,kx2+m-1)=(k2+1)x1x2+k(m-1)(x1+x2)+(m-1)2=0,
∴(k2+1)eq \f(4m2-4,4k2+1)+k(m-1)eq \f(-8km,4k2+1)+(m-1)2=0,
整理,得5m2-2m-3=0,
解得m=-eq \f(3,5)或m=1(舍去).
∴直線l的方程為y=kx-eq \f(3,5).
易知當(dāng)直線l的斜率不存在時,不符合題意.
故直線l過定點,且該定點的坐標(biāo)為eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(0,-\f(3,5))).
【名師指導(dǎo)】
定點問題實質(zhì)及求解步驟
解析幾何中的定點問題實質(zhì)是:當(dāng)動直線或動圓變化時,這些直線或圓相交于一點,即這些直線或圓繞著定點在轉(zhuǎn)動.這類問題的求解一般可分為以下三步:
題型2 “設(shè)參→用參→消參”三步解決圓錐曲線中的定值問題
【例2-1】設(shè)O為坐標(biāo)原點,動點M在橢圓eq \f(x2,9)+eq \f(y2,4)=1上,過M作x軸的垂線,垂足為N,點P滿足eq \(NP,\s\up7(―→))=eq \r(2)eq \(NM,\s\up7(―→)).
(1)求點P的軌跡E的方程;
(2)過F(1,0)的直線l1與點P的軌跡交于A,B兩點,過F(1,0)作與l1垂直的直線l2與點P的軌跡交于C,D兩點,求證:eq \f(1,|AB|)+eq \f(1,|CD|)為定值.
[解] (1)設(shè)P(x,y),M(x0,y0),則N(x0,0).
∵eq \(NP,\s\up7(―→))=eq \r(2)eq \(NM,\s\up7(―→)),∴(x-x0,y)=eq \r(2)(0,y0),
∴x0=x,y0=eq \f(y,\r(2)).
又點M在橢圓上,
∴eq \f(x2,9)+eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(y,\r(2))))2,4)=1,
即eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1.
∴點P的軌跡E的方程為eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1.
(2)證明:由(1)知F為橢圓eq \f(x2,9)+eq \f(y2,8)=1的右焦點,
當(dāng)直線l1與x軸重合時,
|AB|=6,|CD|=eq \f(2b2,a)=eq \f(16,3),
∴eq \f(1,|AB|)+eq \f(1,|CD|)=eq \f(17,48).
當(dāng)直線l1與x軸垂直時,|AB|=eq \f(16,3),|CD|=6,
∴eq \f(1,|AB|)+eq \f(1,|CD|)=eq \f(17,48).
當(dāng)直線l1與x軸不垂直也不重合時,可設(shè)直線l1的方程為y=k(x-1)(k≠0),
則直線l2的方程為y=-eq \f(1,k)(x-1),
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
聯(lián)立eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y=k?x-1?,,\f(x2,9)+\f(y2,8)=1))消去y,得(8+9k2)x2-18k2x+9k2-72=0,
則Δ=(-18k2)2-4(8+9k2)(9k2-72)=2 304(k2+1)>0,
x1+x2=eq \f(18k2,8+9k2),x1x2=eq \f(9k2-72,8+9k2),
∴|AB|= eq \r(1+k2)·eq \r(?x1+x2?2-4x1x2)=eq \f(48?1+k2?,8+9k2).
同理可得|CD|=eq \f(48?1+k2?,9+8k2).
∴eq \f(1,|AB|)+eq \f(1,|CD|)=eq \f(8+9k2,48?k2+1?)+eq \f(9+8k2,48?k2+1?)=eq \f(17,48).
綜上可得eq \f(1,|AB|)+eq \f(1,|CD|)為定值.
【跟蹤訓(xùn)練2-1】已知橢圓C的兩個頂點分別為A(-2,0),B(2,0),焦點在x軸上,離心率為eq \f(\r(3),2).
(1)求橢圓C的方程;
(2)如圖所示,點D為x軸上一點,過點D作x軸的垂線交橢圓C于不同的兩點M,N,過點D作AM的垂線交BN于點E.求證:△BDE與△BDN的面積之比為定值,并求出該定值.
【解】(1)設(shè)橢圓C的方程為eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0),
由題意得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,\f(c,a)=\f(\r(3),2),,b2+c2=a2,))解得eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(b=1,,c=\r(3),))
所以橢圓C的方程為eq \f(x2,4)+y2=1.
(2)法一:設(shè)D(x0,0),M(x0,y0),N(x0,-y0),-2

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