
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,即keq \f(\r(,3),2)時,方程有兩個不同的實數(shù)根,可知原方程組有兩組不同的實數(shù)解,這時直線l與橢圓C有兩個不重合的公共點.
(2) 當(dāng)Δ=0,即k=±eq \f(\r(,3),2)時,方程有兩個相同的實數(shù)根,可知原方程組有兩組相同的實數(shù)解,這時直線l與橢圓C有兩個互相重合的公共點,即直線l與橢圓C有且只有一個公共點.
(3) 當(dāng)Δ- eq \f(1,3),
所以y1+y2=2,y1y1=-3t.
因為 eq \(AP,\s\up6(→))=3 eq \(PB,\s\up6(→)),所以y1=-3y2,所以y2=-1,y1=3,所以y1y2=-3,
則AB= eq \r(1+\f(4,9))· eq \r((y1+y2)2-4y1y2)= eq \f(\r(13),3)× eq \r(4+12)= eq \f(4\r(13),3).
方法總結(jié):
(1)涉及弦長的問題中,應(yīng)熟練地利用根與系數(shù)的關(guān)系、設(shè)而不求法計算弦長.
(2)涉及垂直關(guān)系時也往往利用根與系數(shù)的關(guān)系、設(shè)而不求法簡化運算.
(3)涉及過焦點的弦的問題,可考慮用圓錐曲線的定義求解.
考向三 求圓錐曲線的中點弦
【例3】(1) 已知P(1,1)為橢圓 eq \f(x2,4)+ eq \f(y2,2)=1內(nèi)的一點,經(jīng)過點P引一條弦交橢圓于A,B兩點,且此弦被點P平分,則此弦所在直線的方程為________;
【答案】 x+2y-3=0
【解析】 方法一:易知此弦所在直線的斜率存在,所以設(shè)其方程為y-1=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2).聯(lián)立 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(y-1=k(x-1),,\f(x2,4)+\f(y2,2)=1,))消去y并整理,得(2k2+1)x2-4k(k-1)x+2(k2-2k-1)=0,所以x1+x2= eq \f(4k(k-1),2k2+1).又因為x1+x2=2,所以 eq \f(4k(k-1),2k2+1)=2,解得k=- eq \f(1,2),故此弦所在的直線方程為y-1=- eq \f(1,2)(x-1),即x+2y-3=0.
方法二:易知此弦所在直線的斜率存在,所以設(shè)斜率為k,A(x1,y1),B(x2,y2),則 eq \f(x eq \\al(2,1),4)+ eq \f(y eq \\al(2,1),2)=1①, eq \f(x eq \\al(2,2),4)+ eq \f(y eq \\al(2,2),2)=1②,由①-②,得 eq \f((x1+x2)(x1-x2),4)+ eq \f((y1+y2)(y1-y2),2)=0.因為x1+x2=2,y1+y2=2,所以 eq \f(x1-x2,2)+y1-y2=0,所以k= eq \f(y1-y2,x1-x2)=- eq \f(1,2),所以此弦所在的直線方程為y-1=- eq \f(1,2)(x-1),即x+2y-3=0.
(2) 已知拋物線x2=ay與直線y=2x-2相交于M,N兩點,若MN中點的橫坐標(biāo)為3,則此拋物線的方程為________.
【答案】 x2=3y
【解析】 設(shè)點M(x1,y1),N(x2,y2),由 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x2=ay,,y=2x-2,))消去y并整理,得x2-2ax+2a=0,所以 eq \f(x1+x2,2)= eq \f(2a,2)=3,即a=3,所以所求拋物線的方程是 x2=3y.
變式1、以A(2,1)為中點的雙曲線C:2x2-y2=2的弦所在直線的方程為________.
【答案】 4x-y-7=0
【解析】 設(shè)A(2,1)是弦P1P2的中點,且P1(x1,y1),P2(x2,y2),則x1+x2=4,y1+y2=2,
∵P1,P2在雙曲線上,∴eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(2xeq \\al(2,1)-yeq \\al(2,1)=2,,2xeq \\al(2,2)-yeq \\al(2,2)=2,))∴2(x1+x2)(x1-x2)-(y1+y2)(y1-y2)=0,∴2×4(x1-x2)=2(y1-y2),
∴k=eq \f(y1-y2,x1-x2)=4.∴以A(2,1)為中點的雙曲線的弦所在的直線方程為y-1=4(x-2),整理得4x-y-7=0.
聯(lián)立eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(4x-y-7=0,,2x2-y2=2,))得14x2-56x+51=0,∵Δ=(-56)2-4×14×51>0.
∴以A(2,1)為中點的雙曲線的弦所在的直線方程為4x-y-7=0
方法總結(jié):
(1)處理有關(guān)中點弦及對應(yīng)直線斜率關(guān)系的問題時,常用“點差法”,步驟如下:
①設(shè)點:設(shè)出弦的兩端點坐標(biāo);②代入:代入圓錐曲線方程;③作差:兩式相減,再用平方差公式把上式展開;④整理:轉(zhuǎn)化為斜率與中點坐標(biāo)的關(guān)系式,然后求解.
(2)“點差法”的常見題型有:求中點弦方程、求(過定點、平行弦)弦中點軌跡、垂直平分線問題.由于“點差法”具有不等價性,所以在使用時要考慮判別式Δ是否為正數(shù)
考向四 圓錐曲線中的綜合性問題
【例4】如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,焦點在 x軸上的橢圓C: eq \f(x2,8)+ eq \f(y2,b2)=1經(jīng)過點(b,2e),其中e為橢圓C的離心率.過點T(2,0)作斜率為k(k>0)的直線l交橢圓C于A,B兩點(點A在 x軸的下方).
(1) 求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2) 若 eq \(AT,\s\up6(→))=2 eq \(TB,\s\up6(→)),求直線l的斜率k.
【解析】 (1) 因為橢圓 eq \f(x2,8)+ eq \f(y2,b2)=1經(jīng)過點(b,2e),所以 eq \f(b2,8)+ eq \f(4e2,b2)=1.
因為e2= eq \f(c2,a2)= eq \f(c2,8),所以 eq \f(b2,8)+ eq \f(c2,2b2)=1.因為a2=b2+c2,所以 eq \f(b2,8)+ eq \f(8-b2,2b2)=1,
整理,得 b4-12b2+32=0,解得b2=4或b2=8(舍去),所以橢圓C的方程為 eq \f(x2,8)+ eq \f(y2,4)=1.
(2) 方法一:分別過點A,B作橢圓右準(zhǔn)線的垂線,垂足分別為A′,B′,再過點B作BM⊥AA′,垂足為M.
設(shè)TB=m,由 eq \(AT,\s\up6(→))=2 eq \(TB,\s\up6(→))知,TA=2m.
由(1)知T為橢圓C的焦點,所以BB′= eq \f(m,e),AA′= eq \f(2m,e),所以AM= eq \f(m,e)= eq \r(2)m.
在Rt△ABM中,BM= eq \r(9m2-2m2)= eq \r(7)m,所以tan ∠BAM= eq \f(\r(7)m,\r(2)m)= eq \f(\r(14),2),故直線l的斜率k為 eq \f(\r(14),2).
方法二:設(shè)直線l的方程為y=k(x-2),點A(x1,y1),B(x2,y2).由 eq \(AT,\s\up6(→))=2 eq \(TB,\s\up6(→))知,y1=-2y2,①
依題意,得k≠0,不妨設(shè)m= eq \f(1,k),由 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=my+2,,\f(x2,8)+\f(y2,4)=1,))消去x并整理,得(m2+2)y2+4my-4=0,
則y1+y2=- eq \f(4m,m2+2),② y1y2= eq \f(-4,m2+2),③ 聯(lián)立①②③,解得m2= eq \f(2,7),即k= eq \f(\r(14),2)或k=- eq \f(\r(14),2)(舍去).
故直線l的斜率k為 eq \f(\r(14),2).
【變式4-1】如圖,已知橢圓C: eq \f(x2,8)+ eq \f(y2,4)=1.過點T(1,0)作斜率為k(k>0)的直線l交橢圓C于A,B兩點(點A在x軸的下方).若 eq \(AT,\s\up6(→))=2 eq \(TB,\s\up6(→)),求直線l的斜率k.
【解析】 設(shè)直線l的方程為y=k(x-1),點A(x1,y1),B(x2,y2).由 eq \(AT,\s\up6(→))=2 eq \(TB,\s\up6(→)),知y1=-2y2.①
依題意,得k≠0,不妨設(shè)m= eq \f(1,k),由 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=my+1,,\f(x2,8)+\f(y2,4)=1,))消去x并整理,得(m2+2)y2+2my-7=0,
所以y1+y2=- eq \f(2m,m2+2),② y1y2= eq \f(-7,m2+2),③ 聯(lián)立①②③,解得m2=14,即k=- eq \f(\r(14),14)(舍去)或k= eq \f(\r(14),14),
故直線l的斜率k為 eq \f(\r(14),14).
【變式4-2】在平面直角坐標(biāo)系xOy中,橢圓C:EQ \F(x\S(2),a\S(2))+\F(y\S(2),b\S(2))=1(a>b>0)的左,右頂點分別為A,B.F是橢圓的右焦點,EQ \\ac(\S\UP7(→),AF)=3EQ \\ac(\S\UP7(→),FB),EQ \\ac(\S\UP7(→),AF)·EQ \\ac(\S\UP7(→),FB)=3.
(1)求橢圓C的方程;
(2)不過點A的直線l交橢圓C于M,N兩點,記直線l,AM,AN的斜率分別為k,k1,k2.若k(k1+k2)=1,證明直線l過定點,并求出定點的坐標(biāo).
【解析】(1)由題意,知A(-a,0),B(a,0),F(xiàn)(c,0).因為EQ \\ac(\S\UP7(→),AF)=3EQ \\ac(\S\UP7(→),FB),EQ \\ac(\S\UP7(→),AF)·EQ \\ac(\S\UP7(→),FB)=3,
所以EQ \B\lc\{(\a\al(\l(a+c=3(a-c),),\l((a+c)(a-c)=3,)))解得eq \B\lc\{(\a\al(a=2,,c=1,))從而b2=a2-c2=3.所以橢圓C的方程eq \f(x\s\up6(2),4)+\f(y\s\up6(2),3)=1.
(2)設(shè)直線l的方程為y=kx+m,M(x1,y1),N(x2,y2).因為直線l不過點A,因此-2k+m≠0.
由eq \B\lc\{(\a\al(\f(x\s\up6(2),4)+\f(y\s\up6(2),3)=1,,y=k+m,))得(eq 3+4k\s\up6(2))x\s\up6(2)+8kmx+4m\s\up6(2)-12=0.則eq x\s\d(1)+x\s\d(2)=\f(-8km,3+4k\s\up6(2)),x1x2=EQ \F(4m\S(2)-12,3+4k\S(2)).
所以k1+k2=EQ \F(y\S\DO(1),x\S\DO(1)+2)+EQ \F(y\S\DO(2),x\S\DO(2)+2)=EQ \F(2kx\S\DO(1)x\S\DO(2)+(2k+m)\b\bc\((\l(x\S\DO(1)+x\S\DO(2)))+4m,x\S\DO(1)x\S\DO(2)+2\b\bc\((\l(x\S\DO(1)+x\S\DO(2)))+4)=EQ \F(2k·\F(4m\S(2)-12,3+4k\S(2))+(2k+m)·\F(-8km,3+4k\S(2))+4m,\F(4m\S(2)-12,3+4k\S(2))+2·\F(-8km,3+4k\S(2))+4)
=EQ \F(12(m-2k),4\b\bc\((\l(m\S(2)-4km+4k\S(2))))=EQ \F(3,m-2k).
由k(k1+k2)=1,可得3k=m-2k,即m=5k.故l的方程為y=kx+5k,恒過定點(-5,0).
直線與圓錐曲線的位置關(guān)系 隨堂檢測
1.直線y=kx-k+1與橢圓 eq \f(x2,9)+ eq \f(y2,4)=1的位置關(guān)系為( )
A. 相交 B. 相切 C. 相離 D. 不確定
【答案】 A
【解析】 直線y=kx-k+1=k(x-1)+1恒過定點(1,1).又點(1,1)在橢圓內(nèi)部,故直線與橢圓相交.
2. 過點(0,1)作直線,使它與拋物線y2=4x僅有一個公共點,這樣的直線有( )
A. 1條 B. 2條 C. 3條 D. 4條
【答案】 C
【解析】 結(jié)合圖形分析可知,滿足題意的直線共有3條:直線x=0,直線y=1,過點(0,1)且與拋物線相切的直線(非直線x=0).
3.設(shè)為拋物線的焦點,點在上,點,若,則
A.2B.C.3D.
【答案】
【解析】為拋物線的焦點,點在上,點,,
由拋物線的定義可知,不妨在第一象限),所以.故選:.
4.已知雙曲線的離心率為,的一條漸近線與圓交于,兩點,則
A.B.C.D.
【答案】
【解析】雙曲線的離心率為,可得,所以,所以雙曲線的漸近線方程為:,一條漸近線與圓交于,兩點,圓的圓心,半徑為1,
圓的圓心到直線的距離為:,所以.故選:.
5.(多選)設(shè)為坐標(biāo)原點,直線過拋物線的焦點,且與交于,兩點,為的準(zhǔn)線,則
A.B.
C.以為直徑的圓與相切D.為等腰三角形
【答案】
【解析】直線過拋物線的焦點,可得,所以,所以正確;
拋物線方程為:,與交于,兩點,直線方程代入拋物線方程可得:,
,所以,所以不正確;,的中點的橫坐標(biāo):,中點到拋物線的準(zhǔn)線的距離為:,所以以為直徑的圓與相切,所以正確;,不妨可得,,,,,,,所以不是等腰三角形,所以不正確.故選:.
6.已知橢圓C: eq \f(x2,a2)+ eq \f(y2,b2)=1(a>b>0),F(xiàn)( eq \r(2),0)是橢圓C的右焦點,過點F且垂直于x軸的直線與橢圓相交所得的弦長為2,則橢圓C的方程為________________.
【答案】 eq \f(x2,4)+ eq \f(y2,2)=1
【解析】 由題意,得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(c=\r(2),,\f(2b2,a)=2,,a2=b2+c2,))解得 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a=2,,b=\r(2),))所以橢圓C的方程為 eq \f(x2,4)+ eq \f(y2,2)=1.
7.經(jīng)過橢圓 eq \f(x2,2)+y2=1的一個焦點作傾斜角為45°的直線l,交橢圓于A,B兩點.設(shè)O為坐標(biāo)原點,則 eq \(OA,\s\up6(→))· eq \(OB,\s\up6(→))的值為________.
【答案】 - eq \f(1,3)
【解析】 依題意,當(dāng)直線l經(jīng)過橢圓的右焦點(1,0)時,其方程為y=x-1,代入橢圓方程消去y并整理,得3x2-4x=0,解得x=0或x= eq \f(4,3),所以兩個交點坐標(biāo)分別為(0,-1),( eq \f(4,3), eq \f(1,3)),所以 eq \(OA,\s\up6(→))· eq \(OB,\s\up6(→))=- eq \f(1,3).同理,當(dāng)直線l經(jīng)過橢圓的左焦點時,也可得 eq \(OA,\s\up6(→))· eq \(OB,\s\up6(→))=- eq \f(1,3),故 eq \(OA,\s\up6(→))· eq \(OB,\s\up6(→))的值為- eq \f(1,3).
8.已知直線與橢圓在第一象限交于,兩點,與軸、軸分別相交于,兩點,且,,則的方程為 .
【答案】.
【解析】設(shè),,,,線段的中點為,由,,相減可得:,則,設(shè)直線的方程為:,,,,,,
,,,,解得,,,
化為:.,,解得.的方程為,即,
故答案為:.
9.已知直線與拋物線交于,兩點,.
(1)求;
(2)設(shè)為的焦點,,為上兩點,且,求面積的最小值.
【解析】設(shè),,,,聯(lián)立,消去得:,
,,△,,,
,
,,,,
(2)由(1)知,所以,顯然直線的斜率不可能為零,
設(shè)直線,,,,
由,可得,所以,,△,
因為,所以,
即,即,
將,,代入得,
,所以,且,解得或.
設(shè)點到直線的距離為,所以,
,
所以的面積,
又或,所以當(dāng)時,的面積.圓錐曲線方程
直線斜率
橢圓:eq \f(x2,a2)+eq \f(y2,b2)=1(a>b>0)
k=-eq \f(b2x0,a2y0)
雙曲線:eq \f(x2,a2)-eq \f(y2,b2)=1(a>0,b>0)
k=eq \f(b2x0,a2y0)
拋物線:y2=2px(p>0)
k=eq \f(p,y0)
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