
定點(diǎn)問(wèn)題
例1 (2019·北京)已知拋物線C:x2=-2py經(jīng)過(guò)點(diǎn)(2,-1).
(1)求拋物線C的方程及其準(zhǔn)線方程;
(2)設(shè)O為原點(diǎn),過(guò)拋物線C的焦點(diǎn)作斜率不為0的直線l交拋物線C于兩點(diǎn)M,N,直線y=-1分別交直線OM,ON于點(diǎn)A和點(diǎn)B.求證:以AB為直徑的圓經(jīng)過(guò)y軸上的兩個(gè)定點(diǎn).
(1)解 由拋物線C:x2=-2py經(jīng)過(guò)點(diǎn)(2,-1),得p=2.
所以拋物線C的方程為x2=-4y,其準(zhǔn)線方程為y=1.
(2)證明 拋物線C的焦點(diǎn)為F(0,-1).
設(shè)直線l的方程為y=kx-1(k≠0).
由得x2+4kx-4=0.
Δ=16k2+16>0恒成立.
設(shè)M(x1,y1),N(x2,y2),則x1x2=-4.
直線OM的方程為y=x.
令y=-1,得點(diǎn)A的橫坐標(biāo)xA=-.
同理得點(diǎn)B的橫坐標(biāo)xB=-.
設(shè)點(diǎn)D(0,n),則=,
=,
·=+(n+1)2=+(n+1)2
=+(n+1)2=-4+(n+1)2.
令·=0,即-4+(n+1)2=0,得n=1或n=-3.
綜上,以AB為直徑的圓經(jīng)過(guò)y軸上的定點(diǎn)(0,1)和(0,-3).
思維升華 圓錐曲線中定點(diǎn)問(wèn)題的兩種解法
(1)引進(jìn)參數(shù)法:引進(jìn)動(dòng)點(diǎn)的坐標(biāo)或動(dòng)線中系數(shù)為參數(shù)表示變化量,再研究變化的量與參數(shù)何時(shí)沒(méi)有關(guān)系,找到定點(diǎn).
(2)特殊到一般法:根據(jù)動(dòng)點(diǎn)或動(dòng)線的特殊情況探索出定點(diǎn),再證明該定點(diǎn)與變量無(wú)關(guān).
跟蹤訓(xùn)練1 (2019·全國(guó)Ⅲ)已知曲線C:y=,D為直線y=-上的動(dòng)點(diǎn),過(guò)D作C的兩條切線,切點(diǎn)分別為A,B.
(1)證明:直線AB過(guò)定點(diǎn);
(2)若以E為圓心的圓與直線AB相切,且切點(diǎn)為線段AB的中點(diǎn),求四邊形ADBE的面積.
(1)證明 設(shè)D,A(x1,y1),則x=2y1.
由y′=x,所以切線DA的斜率為x1,故=x1.
整理得2tx1-2y1+1=0.
設(shè)B(x2,y2),同理可得2tx2-2y2+1=0.
故直線AB的方程為2tx-2y+1=0.
所以直線AB過(guò)定點(diǎn).
(2)解 由(1)得直線AB的方程為y=tx+.
由可得x2-2tx-1=0,Δ=4t2+4>0,
于是x1+x2=2t,x1x2=-1,
y1+y2=t(x1+x2)+1=2t2+1,
|AB|=|x1-x2|
=·=2(t2+1).
設(shè)d1,d2分別為點(diǎn)D,E到直線AB的距離,
則d1=,d2=,
因此,四邊形ADBE的面積S=|AB|(d1+d2)
=(t2+3).
設(shè)M為線段AB的中點(diǎn),則M.
因?yàn)椤?,而?t,t2-2),
與向量(1,t)平行,所以t+(t2-2)t=0,
解得t=0或t=±1.
當(dāng)t=0時(shí),S=3;當(dāng)t=±1時(shí),S=4.
因此,四邊形ADBE的面積為3或4.
定值問(wèn)題
例2 (2020·河南八市重點(diǎn)高中聯(lián)考)已知O為坐標(biāo)原點(diǎn),過(guò)點(diǎn)M(1,0)的直線l與拋物線C:y2=2px(p>0)交于A,B兩點(diǎn),且·=-3.
(1)求拋物線C的方程;
(2)過(guò)點(diǎn)M作直線l′⊥l交拋物線C于P,Q兩點(diǎn),記△OAB,△OPQ的面積分別為S1,S2,證明:+為定值.
(1)解 設(shè)直線l:x=my+1,
聯(lián)立方程消x得,y2-2pmy-2p=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則y1+y2=2pm,y1y2=-2p,
又因?yàn)椤ぃ絰1x2+y1y2
=(my1+1)(my2+1)+y1y2
=(1+m2)y1y2+m(y1+y2)+1
=(1+m2)(-2p)+2pm2+1=-2p+1=-3.
解得p=2.
所以拋物線C的方程為y2=4x.
(2)證明 由(1)知M(1,0)是拋物線C的焦點(diǎn),
所以|AB|=x1+x2+p=my1+my2+2+p=4m2+4.
原點(diǎn)到直線l的距離d=,
所以S1=××4(m2+1)=2.
因?yàn)橹本€l′過(guò)點(diǎn)(1,0)且l′⊥l,
所以S2=2=2.
所以+=+=.
即+為定值.
思維升華 圓錐曲線中的定值問(wèn)題的常見(jiàn)類型及解題策略
(1)求代數(shù)式為定值.依題意設(shè)條件,得出與代數(shù)式參數(shù)有關(guān)的等式,代入代數(shù)式、化簡(jiǎn)即可得出定值.
(2)求點(diǎn)到直線的距離為定值.利用點(diǎn)到直線的距離公式得出距離的解析式,再利用題設(shè)條件化簡(jiǎn)、變形求得.
(3)求某線段長(zhǎng)度為定值.利用長(zhǎng)度公式求得解析式,再依據(jù)條件對(duì)解析式進(jìn)行化簡(jiǎn)、變形即可求得.
跟蹤訓(xùn)練2 (2018·北京)已知拋物線C:y2=2px經(jīng)過(guò)點(diǎn)P(1,2),過(guò)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),=λ,=μ,求證:+為定值.
(1)解 因?yàn)閽佄锞€y2=2px過(guò)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),
由得k2x2+(2k-4)x+1=0.
依題意知Δ=(2k-4)2-4×k2×1>0,
解得k0,∴m2>12.
∴y1+y2=,y1y2=.
∵kP′Q==.
∴直線P′Q的方程為y+y1=(x-x1).
令y=0,可得x=+my1+4.
∴x=+4=+4=+4=1.
∴D(1,0).
∴直線P′Q經(jīng)過(guò)x軸上定點(diǎn)D,其坐標(biāo)為(1,0).
2.(2020·西安模擬)設(shè)F1,F(xiàn)2為橢圓C:+=1(b>0)的左、右焦點(diǎn),M為橢圓上一點(diǎn),滿足MF1⊥MF2,已知△MF1F2的面積為1.
(1)求橢圓C的方程;
(2)設(shè)C的上頂點(diǎn)為H,過(guò)點(diǎn)(2,-1)的直線與橢圓交于R,S兩點(diǎn)(異于H),求證:直線HR和HS的斜率之和為定值,并求出這個(gè)定值.
解 (1)由橢圓定義得|MF1|+|MF2|=4,①
由MF1⊥MF2得
|MF1|2+|MF2|2=|F1F2|2=4(4-b2),②
由題意得=|MF1|·|MF2|=1,③
由①②③,可得b2=1,
所以橢圓C的方程為+y2=1.
(2)依題意,H(0,1),顯然直線RS的斜率存在且不為0,
設(shè)直線RS的方程為y=kx+m(k≠0),
代入橢圓方程并化簡(jiǎn)得(4k2+1)x2+8kmx+4m2-4=0.
由題意知,Δ=16(4k2-m2+1)>0,
設(shè)R(x1,y1),S(x2,y2),x1x2≠0,
故x1+x2=,x1x2=.
kHR+kHS=+=+
=2k+(m-1)=2k+(m-1)
=2k-=.
∵直線RS過(guò)點(diǎn)(2,-1),∴2k+m=-1,
∴kHR+kHS=-1.
故kHR+kHS為定值-1.
3.(2020·太原模擬)已知?jiǎng)訄AE經(jīng)過(guò)定點(diǎn)D(1,0),且與直線x=-1相切,設(shè)動(dòng)圓圓心E的軌跡為曲線C.
(1)求曲線C的方程;
(2)設(shè)過(guò)點(diǎn)P(1,2)的直線l1,l2分別與曲線C交于A,B兩點(diǎn),直線l1,l2的斜率存在,且傾斜角互補(bǔ),證明:直線AB的斜率為定值.
(1)解 由已知,動(dòng)點(diǎn)E到定點(diǎn)D(1,0)的距離等于E到直線x=-1的距離,由拋物線的定義知E點(diǎn)的軌跡是以D(1,0)為焦點(diǎn),以x=-1為準(zhǔn)線的拋物線,故曲線C的方程為y2=4x.
(2)證明 由題意直線l1,l2的斜率存在,傾斜角互補(bǔ),得l1,l2的斜率互為相反數(shù),且不等于零.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
直線l1的方程為y=k(x-1)+2,k≠0.
直線l2的方程為y=-k(x-1)+2,
由
得k2x2-(2k2-4k+4)x+(k-2)2=0,
Δ=16(k-1)2>0,
已知此方程一個(gè)根為1,
∴x1×1==,即x1=,
同理x2==,
∴x1+x2=,x1-x2=-=-,
∴y1-y2=[k(x1-1)+2]-[-k(x2-1)+2]
=k(x1+x2)-2k=k·-2k=,
∴kAB===-1,
∴直線AB的斜率為定值-1.
4.(2019·邯鄲模擬)已知橢圓+=1(a>b>0)過(guò)點(diǎn)(0,1),其長(zhǎng)軸、焦距和短軸的長(zhǎng)的平方依次成等差數(shù)列.直線l與x軸正半軸和y軸分別交于點(diǎn)Q,P,與橢圓分別交于點(diǎn)M,N,各點(diǎn)均不重合且滿足=λ1,=λ2.
(1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)若λ1+λ2=-3,試證明直線l過(guò)定點(diǎn),并求此定點(diǎn).
解 (1)設(shè)橢圓的焦距為2c,
由題意知b=1,且(2a)2+(2b)2=2(2c)2,
又a2=b2+c2,∴a2=3.
∴橢圓的方程為+y2=1.
(2)由題意設(shè)P(0,m),Q(x0,0),M(x1,y1),N(x2,y2),設(shè)l的方程為x=t(y-m),
由=λ1知(x1,y1-m)=λ1(x0-x1,-y1),
∴y1-m=-y1λ1,由題意y1≠0,∴λ1=-1.
同理由=λ2知λ2=-1.
∵λ1+λ2=-3,∴-1+-1+3=0,
即y1y2+m(y1+y2)=0,①
聯(lián)立得(t2+3)y2-2mt2y+t2m2-3=0,
∴Δ=4m2t4-4(t2+3)(t2m2-3)>0,②
且有y1+y2=,y1y2=,③
③代入①得t2m2-3+2m2t2=0,∴(mt)2=1,
由題意mt
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