
?專題8 欲證直線過定點,結(jié)合特征方程驗
【題型綜述】
直線過定點的解題策略一般有以下幾種:
(1)如果題設條件沒有給出這個定點,那么,我們可以這樣思考:由于這個定點對符合要求的一些特殊情況必然成立,那么我們根據(jù)特殊情況先找到這個定點,再證明這個點與變量無關.
(2)直接推理、計算,找出參數(shù)之間的關系,并在計算過程中消去部分參數(shù),將直線方程化為點斜式方程,從而得到定點.
(3)若直線方程含多個參數(shù)并給出或能求出參數(shù)滿足的方程,觀察直線方程特征與參數(shù)方程滿足的方程的特征,即可找出直線所過頂點坐標,并帶入直線方程進行檢驗.注意到繁難的代數(shù)運算是此類問題的特點,設而不求方法、整體思想和消元的思想的運用可有效地簡化運算.
【典例指引】
類型一 橢圓中直線過未知頂點問題
例1 【2017課標1,理20】已知橢圓C:(a>b>0),四點P1(1,1),P2(0,1),P3(–1,),P4(1,)中恰有三點在橢圓C上.
(1)求C的方程;
(2)設直線l不經(jīng)過P2點且與C相交于A,B兩點.若直線P2A與直線P2B的斜率的和為–1,證明:l過定點.
類型二 橢圓中直線過已知定點問題
例2. 【2017課標II,理】設O為坐標原點,動點M在橢圓C:上,過M作x軸的垂線,垂足為N,點P滿足。
(1) 求點P的軌跡方程;
(2)設點Q在直線上,且,證明:過點P且垂直于OQ的直線l過C的左焦點F。
【解析】(1)設出點P的坐標,利用得到點P與點,M坐標之間的關系即可求得軌跡方程為。學科&網(wǎng)
(2)由題意知。設,則
,
。
由得,又由(1)知,故
。學科&網(wǎng)
所以,即。又過點P存在唯一直線垂直于OQ,所以過點P且垂直于OQ的直線過C的左焦點F。[來源:學_科_網(wǎng)]
類型三 點在定直線上問題
例3【2016高考山東理數(shù)】平面直角坐標系中,橢圓C:?的離心率是,拋物線E:的焦點F是C的一個頂點.
(I)求橢圓C的方程;
(II)設P是E上的動點,且位于第一象限,E在點P處的切線與C交與不同的兩點A,B,線段AB的中點為D,直線OD與過P且垂直于x軸的直線交于點M.
(i)求證:點M在定直線上;
(ii)直線與y軸交于點G,記的面積為,的面積為,求 的最大值及取得最大值時點P的坐標.
設,聯(lián)立方程
得,
由,得且,
因此,學科&網(wǎng)
(ii)由(i)知直線方程為,
令得,所以,
又,
所以,
,
所以,
令,則,
當,即時,取得最大值,此時,滿足,學科&網(wǎng)
所以點的坐標為,因此的最大值為,此時點的坐標為.
類型四 拋物線中直線過定點問題
例4.【2013年高考理科陜西卷】已知動圓過定點A(4,0), 且在y軸上截得的弦MN的長為8.
(Ⅰ) 求動圓圓心的軌跡C的方程;
(Ⅱ) 已知點B(-1,0), 設不垂直于x軸的直線l與軌跡C交于不同的兩點P, Q, 若x軸是的角平分線, 證明直線l過定點.
【擴展鏈接】
1. 對任意圓錐曲線,過其上任意一點作兩條直線,若直線斜率之積為定值,兩直線交圓錐曲線于
兩點,則直線過定點.
2.已知為過拋物線=的焦點的弦,,則.
3.已知為過橢圓的焦點的弦,,則.[來源:學|科|網(wǎng)]
4.已知直線,當變動時,直線恒過定點.
【新題展示】
1.【2019福建備考關鍵問題指導系列適應性練習】設為坐標原點,動圓過定點, 且被軸截得的弦長是8.
(Ⅰ)求圓心的軌跡的方程;
(Ⅱ)設是軌跡上的動點,直線的傾斜角之和為,求證:直線過定點.
【思路引導】
(Ⅰ)設動圓圓心,由題設條件,利用圓中的特殊三角形,推導出點P的軌跡方程;
(Ⅱ)設出直線AB的方程為,與聯(lián)立,消元得到,利用韋達定理,最后得到直線AB恒過定點.
【解析】
(Ⅰ)設動圓半徑為
由動圓被軸截得的弦長是8得
消去得
故圓心的軌跡的方程
(Ⅱ) 設直線, ,
聯(lián)立方程得,消去得,.
則,.
設直線的傾斜角分別是
∵,同理,
∴.
,故直線過定點.
2.【2019河南鄭州1月質(zhì)量預測】設點為圓上的動點,點在軸上的投影為,動點滿足,動點的軌跡為.
(Ⅰ)求的方程;
(Ⅱ)設的左頂點為,若直線與曲線交于兩點,(,不是左右頂點),且滿足,求證:直線恒過定點,并求出該定點的坐標.
【思路引導】
(Ⅰ)設P(x,y),M(x0,y0),由已知條件建立二者之間的關系,利用坐標轉(zhuǎn)移法可得軌跡方程;
(2)由向量條件結(jié)合矩形對角線相等可得DA,DB垂直,斜率之積為﹣1,再聯(lián)立直線與橢圓方程,得根與系數(shù)關系,逐步求解得證.
【解析】
(Ⅰ)設點,,由題意可知
∵,∴,
即,
又點在圓上 ∴
代入得
即軌跡的方程為
(Ⅱ)由(Ⅰ)可知,設,
聯(lián)立 得
即,
∴
又
∵ ∴ 即
即
∴
∴
解得,,且均滿足即
當時,的方程為,直線恒過,與已知矛盾;
當,的方程為,直線恒過
所以,直線過定點,定點坐標為.
3.【2019新疆烏魯木齊一模】橢圓的中心在坐標原點,焦點在坐標軸上,過的長軸,短軸端點的一條直線方程是.
(1)求橢圓的方程;
(2)過點作直線交橢圓于,兩點,若點關于軸的對稱點為,證明直線過定點.
【思路引導】
(1)對于,當時,,即,當,,即,再寫出橢圓的方程;
(2)設直線,(),設,兩點的坐標分別為,,則,代入橢圓方程,即根據(jù)韋達定理,直線方程,求出直線過定點,
【解析】
(1)對于,當時,,即,當,,即,
橢圓的方程為,
(2)證明:設直線,(),
設,兩點的坐標分別為,,則,
聯(lián)立直線與橢圓得,
得,
,解得
,,
,
直線 ,
令,得 ,
直線過定點
4.【2019福建漳州下學期第二次質(zhì)量監(jiān)測】設O為坐標原點,動點M在橢圓C:上,該橢圓的左頂點A到直線的距離為.
求橢圓C的標準方程;
若線段MN平行于y軸,滿足,動點P在直線上,滿足,證明:過點N且垂直于OP的直線過橢圓C的右焦點F.
【思路引導】
(1)根據(jù)點到直線的距離公式即可求出a的值,可得橢圓方程,
(2)由題意M(m,n),N(m,),P(2,t),根據(jù)(2)?0,可得y1=2n,由2,可得2m+2nt=6,再根據(jù)向量的運算可得?0,即可證明.
【解析】
(1)由題意: ,
橢圓的標準方程為:
(2)設, ,則, ,即,解
, ,,
即:,得 即
直線的方程為: , 設過點且垂直于直線為,
直線的方程: ,即直線過定點,即直線恒過橢圓的右焦點
5.【2019河北衡水十三中學質(zhì)檢】已知拋物線:,過其焦點作斜率為1的直線交拋物線于,兩點,且線段的中點的縱坐標為4.
(1)求拋物線的標準方程;
(2)若不過原點且斜率存在的直線與拋物線相交于、兩點,且.求證:直線過定點,并求出該定點的坐標.
【思路引導】
(1)根據(jù)線段的中點的縱坐標為4,直線的斜率為1,利用拋物線的方程,求解,即可得到拋物線的方程;
(2)設直線:,聯(lián)立方程組,利用根與系數(shù)的關系,求得,,再由得,即可得到結(jié)論.
【解析】
(1)設,兩點的坐標分別為,,
則,,兩式相減得.
即,
又線段的中點的縱坐標為4,直線的斜率為1,∴,∴.
即拋物線的標準方程為.
(2)設直線:與拋物線:交于點,,
則,
,∴,
∴,,
由得,即,,[來源:Z.xx.k.Com]
直線為,∴過定點.
6.【2019黑龍江大慶二?!恳阎獧E圓的離心率為,短軸長為4.
(1)求橢圓的方程;
(2)過點作兩條直線,分別交橢圓于兩點(異于),當直線,的斜率之和為4時,直線恒過定點,求出定點的坐標.
【思路引導】
(1)首先根據(jù)題中所給的條件,得到所滿足的等量關系式,求解即可;
(2)分直線AB的斜率存在與不存在兩種情況進行討論,寫出直線的方程,,將其與橢圓方程聯(lián)立,根據(jù)題中的條件,求得,從而求得直線所過的定點為,當直線AB斜率不存在時,驗證也過該點,得證.
【解析】
(1)由題意知:,,.
解得,,,所以橢圓方程為.
(2)當直線的斜率存在時,設直線方程為,,.
由,得,
聯(lián)立,消去得,由題意知二次方程有兩個不等實根,
∴,.
代入得,整理得.
∵,∴,∴,,所以直線恒過定點.
當直線的斜率不存在時,設直線的方程為,,,其中,∴.由,得,∴.
∴當直線的斜率不存在時,直線也過定點.
綜上所述,直線恒過定點.
7.【2019福建漳州班第一次質(zhì)檢】已知動圓過點且與直線相切,圓心的軌跡為曲線.
(1)求曲線的方程;
(2)若是曲線上的兩個點且直線過的外心,其中為坐標原點,求證:直線過定點.
【思路引導】
(1)根據(jù)拋物線定義,可知曲線方程為拋物線,進而利用定義求得拋物線的方程。
(2)設出A、B坐標,設出AB方程,聯(lián)立拋物線,結(jié)合韋達定理表示出與,利用垂直關系求得m的值,進而求出定點坐標。
【解析】
解法一:(1)由題意可知等于點到直線的距離,
所以曲線是以為焦點,以直線為準線的拋物線,
所以曲線的方程為.
解法二:
(1)設,由題意可知等于點到直線的距離,
所以,
整理得曲線的方程為.
(2)設直線,代入,得,
設,則,,,
,,
因為直線過的外心,所以,
=0
所以,所以或,
因為直線不過點,所以,所以,
所以直線,所以直線過定點.
8.【2019湖北十堰元月調(diào)研】設是圓上的任意一點,是過點且與軸垂直的直線,是直線與軸的交點,點在直線上,且滿足.當點在圓上運動時,記點的軌跡為曲線.
(1)求曲線的方程;
(2)已知直線與曲線交于,兩點,點關于軸的對稱點為,證明:直線過定點.
【思路引導】
(1)點A在圓x2+y2=16上運動,引起點Q的運動,可由4|BQ|=3|BA|,得到點A和點Q坐標之間的關系式,由點A的坐標滿足圓的方程得到點Q坐標滿足的方程;(2)設M(x1,y1),N(x2,y2),則M′(﹣x1,y1),將直線方程與橢圓方程聯(lián)立,寫出韋達定理,求出直線M′N的方程,即可判斷出所過的定點.
【解析】
(1)設,,因為,在直線上,
所以,.①
因為點在圓上運動,所以.②
將①式代入②式即得曲線的方程為.
(2)設,,則,
聯(lián)立,得,
所以,.
因為直線的斜率,
所以為.
令,得 ,
所以直線過定點.
【同步訓練】
1.已知橢圓的離心率e=,左、右焦點分別為F1、F2,定點,P(2,),點F2在線段PF1的中垂線上.
(1)求橢圓C的方程;
(2)設直線l:y=kx+m與橢圓C交于M、N兩點,直線F2M、F2N的傾斜角分別為α、β且α+β=π,求證:直線l過定點,并求該定點的坐標.
【思路點撥】(1)由橢圓的離心率求得a=c,且丨F1F2丨=丨PF2丨,利用勾股定理即可求得c及a和b的值;
(2)將直線代入橢圓方程,利用直線的斜率公式求得=,=,由+=0,結(jié)合韋達定理,即可求得m=﹣2k.則直線MN過定點,該定點的坐標為(2,0).
且=,=
由已知α+β=π,得+=0,即+=0,化簡,得2kx1x2+(m﹣k)(x1+x2)﹣2m=0,
∴2k×﹣(m﹣k)()﹣2m.整理得m=﹣2k.
∴直線MN的方程為y=k(x﹣2),
∴直線MN過定點,該定點的坐標為(2,0).學科&網(wǎng)
2.已知焦距為2的橢圓C:+=1(a>b>0)的右頂點為A,直線y=與橢圓C交于P、Q兩點(P在Q的左邊),Q在x軸上的射影為B,且四邊形ABPQ是平行四邊形.
(1)求橢圓C的方程;
(2)斜率為k的直線l與橢圓C交于兩個不同的點M,N.
(i)若直線l過原點且與坐標軸不重合,E是直線3x+3y﹣2=0上一點,且△EMN是以E為直角頂點的等腰直角三角形,求k的值
(ii)若M是橢圓的左頂點,D是直線MN上一點,且DA⊥AM,點G是x軸上異于點M的點,且以DN為直徑的圓恒過直線AN和DG的交點,求證:點G是定點.
【思路點撥】(1)由題意可得c=,直線y=代入橢圓方程,求得P,Q的橫坐標,可得|AB|,由四邊形ABPQ是平行四邊形,
可得|AB|=|PQ|,解方程可得b,由a,b,c的關系可得a,進而得到橢圓方程;
(2)(i)由直線y=kx代入橢圓方程,求得M的坐標,由△EMN是以E為直角頂點的等腰直角三角形,可設E(m,﹣m),求出E到直線kx﹣y=0的距離d,由題意可得OE⊥MN,|OM|=d,解方程可得k的值;
(ii)由M(﹣2,0),可得直線MN的方程為y=k(x+2),代入橢圓方程,可得x的方程,運用韋達定理,可得N的坐標,設G(t,0),(t≠﹣2),由題意可得D(2,4k),A(2,0),以DN為直徑的圓恒過直線AN和DG的交點,可得AN⊥DG,運用兩直線垂直的條件,可得斜率之積為﹣1,解方程可得t=0,即可得到定點.
(ii)證明:由M(﹣2,0),可得直線MN的方程為y=k(x+2),
代入橢圓方程可得,(1+2k2)x2+8k2x+8k2﹣4=0,
可得﹣2+xN=﹣,[來源:學???。網(wǎng)]
解得xN=,
yN=k(xN+2)=,即N(,),
設G(t,0),(t≠﹣2),由題意可得D(2,4k),A(2,0),
以DN為直徑的圓恒過直線AN和DG的交點,學科&網(wǎng)
可得AN⊥DG,
即有kAN?kDG=﹣1,
即為?=﹣1,
解得t=0.學科&網(wǎng)
故點G是定點,即為原點(0,0).
3.已知橢圓E:+=1(a>b>0)經(jīng)過點(1,),且離心率e=
(1)求橢圓E的方程;
(2)設橢圓E的右頂點為A,若直線l:y=kx+m與橢圓E相交于M、N兩點(異于A點),且滿足MA⊥NA,試證明直線l經(jīng)過定點,并求出該定點的坐標.
【思路點撥】(1)由題意的離心率公式e=,求得a=2c,b2=3c2,將點代入橢圓方程,即可求得a和b的值,即可求得橢圓C的標準方程;
(2)將直線方程代入橢圓方程,由題意可知?=0,由向量數(shù)量積的坐標運算及韋達定理,即可求得m和k的關系,代入即可求得直線恒過定點.
∴++2×+4=0,
化簡得,7m2+4k2+16mk=0
解得m=﹣2k或m=﹣且均滿足3+4k2﹣m2>0
當m=﹣2k時,L:y=k(x﹣2),直線過定點(2,0)與已知矛盾;
當m=﹣時,L;y=k(x﹣),直線過定點(,0),
綜上,直線l過定點,定點坐標為(,0).
4.已知橢圓的離心率為,左、右焦點分別為圓F1、F2,M是C上一點,|MF1|=2,且.
(1)求橢圓C的方程;[來源:學,科,網(wǎng)]
(2)當過點P(4,1)的動直線l與橢圓C相交于不同兩點A,B時,線段AB上取點Q,且Q滿足,證明點Q總在某定直線上,并求出該定直線.
【思路點撥】(1)由已知得a=2c,且,由余弦定理求出c=1.由此能求出橢圓C的方程.
(2)設直線l的方程為y=kx+(1﹣4k),代入橢圓方程,得(3+4k2)x2+(8k﹣32k2)x+64k2﹣32k﹣8=0,由此利用韋達定理、向量,結(jié)合已知條件能證明點Q總在某定直線上,并求出該定直線.
5. 已知橢圓C的方程為+=1(a>b>0),離心率e=,點P(,1)在橢圓C上.
(1)求橢圓C的方程;
(2)過C的右焦點F作兩條弦AB,CD,滿足?=0,且=2,=2,求證:直線MN過定點,并求出此定點.
【思路點撥】(1)由a=c,則b2=a2﹣c2=2c2,將P代入橢圓方程,即可求得a和b的值,求得橢圓方程.
(2)然后分弦AB,CD的斜率均存在和弦AB或CD的斜率不存在兩種情況求解.當斜率均存在時,寫出直線AB的方程,代入橢圓方程后化簡,利用根與系數(shù)關系求得M坐標,同理求得N的坐標.進一步分k≠±1和k=±1求得直線MN的方程,從而說明直線MN過定點,當弦AB或CD的斜率不存在時,易知,直線MN為x軸,也過點(,0).
則x1+x2=,x1x2=,
∴x0==,y0=k(x0﹣1)=﹣,
于是M(,﹣).
∵CD⊥AB,∴將點M坐標中的k換為﹣,
即得點N(,).
①當k≠±1時,直線MN的方程為y﹣=﹣(x﹣).
令y=0,得x=,則直線MN過定點(,0);
②當k=±1時,易得直線MN的方程x=,也過點(,0).
當弦AB或CD的斜率不存在時,易知,直線MN為x軸,也過點(,0).
綜上,直線MN必過定點(,0).學科&網(wǎng)
6.已知橢圓C:x2+4y2=4.
(1)求橢圓C的離心率;
(2)橢圓C的長軸的兩個端點分別為A,B,點P在直線x=1上運動,直線PA,PB分別與橢圓C相交于M,N兩個不同的點,求證:直線MN與x軸的交點為定點.
【思路點撥】(1)求得橢圓的標準方程,則a=2,b=1,則c=,利用橢圓的離心率公式,即可求得橢圓C的離心率;
(2)設P(1,t),由已知條件分別求出M,N的坐標,設定點為Q,再由kMQ=kNQ,能證明直線MN經(jīng)過一定點Q(4,0).
7.在直角坐標系xOy 中,F(xiàn),A,B 分別為橢圓 的右焦點、右頂點和上頂點,若
(1)求a的值;
(2)過點P(0,2)作直線l 交橢圓于M,N 兩點,過M 作平行于x 軸的直線交橢圓于另外一點Q,連接NQ,求證:直線NQ 經(jīng)過一個定點.
【思路點撥】(1)由題意得:,解得a;
(2)設M(x1,y1),N(x2,y2),直線l 的方程為y=kx+2,將y=kx+2 代入橢圓方程得(3+4k2)x2+16kx+4=0,,直線NQ 的方程,由對稱性可知,若過定點,則必在y 軸上,令x=0,即可.
8.已知橢圓的一個焦點為,其左頂點在圓上.
(1)求橢圓的方程;
(2)直線交橢圓于兩點,設點關于軸的對稱點為 (點與點不重合),證明:直線過x軸上的一定點,并求出定點坐標.
【思路點撥】(1)利用點在橢圓上和幾何要素間的關系求其標準方程;
(2)聯(lián)立直線和橢圓的標準方程,得到關于的一元二次方程,利用根與系數(shù)的關系得到直線的點斜式方程,再利用賦值法進行求解.
【詳細解析】(1)∵橢圓的左頂點在圓上,∴
又∵橢圓的一個焦點為,∴ ∴
∴橢圓的方程為
9.已知動圓M恒過點(0,1),且與直線y=﹣1相切.
(1)求圓心M的軌跡方程;
(2)動直線l過點P(0,﹣2),且與點M的軌跡交于A、B兩點,點C與點B關于y軸對稱,求證:直線AC恒過定點.
【思路點撥】(1)由題意可知圓心M的軌跡為以(0,1)為焦點,直線y=﹣1為準線的拋物線,根據(jù)拋物線的方程即可求得圓心M的軌跡方程;
(2)由題意可知直線l的斜率存在,設直線l的方程為:y=kx﹣2,A(x1,y1),B(x2,y2),則C(﹣x2,y2).代入拋物線方,由韋達定理及直線直線AC的方程為:y﹣y2=﹣(x+x2),把根與系數(shù)的關系代入可得4y=(x2﹣x1)x+8,令x=0,即可得出直線恒過定點.
【詳細解析】(1)∵動點M到直線y=﹣1的距離等于到定點C(0,1)的距離,
∴動點M的軌跡為拋物線,且=1,解得:p=2,
∴動點M的軌跡方程為x2=4y;
(2)證明:由題意可知直線l的斜率存在,
設直線l的方程為:y=kx﹣2,A(x1,y1),B(x2,y2),則C(﹣x2,y2).
聯(lián)立,化為x2﹣4kx+8=0,
10.已知F是拋物線C:x2=4y的焦點,A(x1,y1),B(x2,y2)為拋物線C上不同的兩點,l1,l2分別是拋物線C在點A、點B處的切線,P(x0,y0)是l1,l2的交點.
(1)當直線AB經(jīng)過焦點F時,求證:點P在定直線上;
(2)若|PF|=2,求|AF|?|BF|的值.
【思路點撥】(1)當直線AB經(jīng)過焦點F時,求出切線PA,PB的方程,可得P的坐標,即可證明:點P在定直線上;
(2)設直線AB的方程為y=kx+m,代入C:x2=4y得x2﹣4kx﹣4m=0,求出P的坐標,利用韋達定理,即可求|AF|?|BF|的值.
【詳細解析】(1)證明:拋物線,則,
∴切線PA的方程為,即,
同理切線PB的方程為,
聯(lián)立得點P,
設直線AB的方程為y=kx+1,代入C:x2=4y得x2﹣4kx﹣4=0.所以x1x2=﹣4
所以點P在直線y=﹣1上;
(2)證明:設直線AB的方程為y=kx+m,
代入C:x2=4y得x2﹣4kx﹣4m=0.x1+x2=4k,x1x2=﹣4m,所以P(2k,﹣m),,
=﹣4mk2+4k2(m+1)+4﹣4k2=4.
11.已知動點C到點F(1,0)的距離比到直線x=﹣2的距離小1,動點C的軌跡為E.
(1)求曲線E的方程;
(2)若直線l:y=kx+m(km<0)與曲線E相交于A,B兩個不同點,且,證明:直線l經(jīng)過一個定點.
【思路點撥】(1)根據(jù)拋物線的定義,即可求得曲線E的方程;
(2)設直線l的方程,代入拋物線方程,利用韋達定理及向量數(shù)量積的坐標運算,求得m=﹣5k,即可求得直線l的方程,則直線l必經(jīng)過定點(5,0).
12..已知動點滿足: .
(1)求動點的軌跡的方程;
(2)設過點的直線與曲線交于兩點,點關于軸的對稱點為(點與點不重合),證明:直線恒過定點,并求該定點的坐標.
【思路點撥】(1)動點到點, 的距離之和為,且,所以動點的軌跡為橢圓,從而可求動點的軌跡的方程;(2)直線的方程為: ,由 得,,根據(jù)韋達定理可得
,直線的方程為,即可證明其過定點.
這是一份高考數(shù)學壓軸難題歸納總結(jié)培優(yōu)專題3.8 欲證直線過定點,結(jié)合特征方程驗 (含解析),共24頁。
這是一份專題3.8 欲證直線過定點,結(jié)合特征方程驗-2020屆高考數(shù)學壓軸題講義(解答題)(原卷版),共10頁。
這是一份專題2.7 欲證不等恒成立,目標調(diào)整依形式-2020屆高考數(shù)學壓軸題講義(解答題)(原卷版),共5頁。
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