- 直线与圆锥曲线的综合问题
- 共2643题
已知两点F1(-1,0),F2(1,0),点P在以F1,F2为焦点的椭圆C,且|PF1|,|F1F2|,|PF2|构成等差数列.
(1)求椭圆C的方程;
(2)如图,动直线l:y=kx+m(|k|≤1)(m>0)与椭圆C有且仅有一个公共点,点M,N是直线l上的两点,且F1M⊥l,F2N⊥l,当|F1M|+|F2N|最大时,求直线l的方程.
正确答案
解:(Ⅰ)依题意,设椭圆C的方程为(a>b>0).
∵|PF1|、|F1F2|、|PF2|构成等差数列,
∴2a=|PF1|+|PF2|=2|F1F2|=4,a=2.
又∵c=1,∴b2=3.∴椭圆C的方程为…(4分)
(Ⅱ)将直线l的方程y=kx+m代入椭圆C的方程中,得
(4k2+3)x2+8kmx+4m2-12=0.
由直线l与椭圆C仅有一个公共点知,△=64k2m2-4(4k2+3)(4m2-12)=0,
化简得:m2=4k2+3. …(6分)
设坐标原点到动直线L的距离为d,则
2d=|F1M|+|F2N|=2…(8分)
=2,
∵k2≤1,∴k2=1时,|F1M|+|F2N|最大
此时m=.
故所求直线方程为y=-x+或y=x+
…(12分)
解析
解:(Ⅰ)依题意,设椭圆C的方程为(a>b>0).
∵|PF1|、|F1F2|、|PF2|构成等差数列,
∴2a=|PF1|+|PF2|=2|F1F2|=4,a=2.
又∵c=1,∴b2=3.∴椭圆C的方程为…(4分)
(Ⅱ)将直线l的方程y=kx+m代入椭圆C的方程中,得
(4k2+3)x2+8kmx+4m2-12=0.
由直线l与椭圆C仅有一个公共点知,△=64k2m2-4(4k2+3)(4m2-12)=0,
化简得:m2=4k2+3. …(6分)
设坐标原点到动直线L的距离为d,则
2d=|F1M|+|F2N|=2…(8分)
=2,
∵k2≤1,∴k2=1时,|F1M|+|F2N|最大
此时m=.
故所求直线方程为y=-x+或y=x+
…(12分)
在直角坐标系XOY中,已知点A(1,0),B(-1,0),C(0,1),D(0,-1),动点M满足
•
=m(
•
-|
-
|),其中m是参数(m∈R)
(I)求动点M的轨迹方程,并根据m的取值讨论方程所表示的曲线类型;
(II)当动点M的轨迹表示椭圆或双曲线,且曲线与直线l:y=x+2交于不同的两点时,求该曲线的离心率的取值范围.
正确答案
解:(I)设动点M的坐标为(x,y)
由题意得=(x-1,y),
=(x+1,y)
=(x,y-1),
=(x,y+1),
=(x,y)
∴•
=x2-1+y2,
•
-
=x2+y2-1=y2-1
化简得动点M的轨迹方程为x2+(1-m)y2=1-m
当m=1时,x2=0,即x=0,动点M的轨迹是一条直线;
当m≠1时,方程可以化为:
此时,当m=0时,动点M的轨迹是一个圆;
当m<0,或0<m<1时,动点M的轨迹是一个椭圆
当m>1时,动点M的轨迹是一条双曲线
(II)当m≠1且m≠0时,由得x2+(1-m)(x2+4x+4)=1-m∴(2-m)x2+4(1-m)x+3(1-m)=0
∵l与该圆锥曲线交于不同的两个点∴
即∴m>1且m≠2或m<-2
(1)m>1且m≠2时,圆锥曲线表示双曲线
其中,a2=1,b2=m-1,c2=m∴且
(2)当m<-2时,该圆锥曲线表示椭圆:
其中a2=1-m,b2=1,c2=-m∵∴
综上:该圆锥曲线的离心率e的取值范围是.
解析
解:(I)设动点M的坐标为(x,y)
由题意得=(x-1,y),
=(x+1,y)
=(x,y-1),
=(x,y+1),
=(x,y)
∴•
=x2-1+y2,
•
-
=x2+y2-1=y2-1
化简得动点M的轨迹方程为x2+(1-m)y2=1-m
当m=1时,x2=0,即x=0,动点M的轨迹是一条直线;
当m≠1时,方程可以化为:
此时,当m=0时,动点M的轨迹是一个圆;
当m<0,或0<m<1时,动点M的轨迹是一个椭圆
当m>1时,动点M的轨迹是一条双曲线
(II)当m≠1且m≠0时,由得x2+(1-m)(x2+4x+4)=1-m∴(2-m)x2+4(1-m)x+3(1-m)=0
∵l与该圆锥曲线交于不同的两个点∴
即∴m>1且m≠2或m<-2
(1)m>1且m≠2时,圆锥曲线表示双曲线
其中,a2=1,b2=m-1,c2=m∴且
(2)当m<-2时,该圆锥曲线表示椭圆:
其中a2=1-m,b2=1,c2=-m∵∴
综上:该圆锥曲线的离心率e的取值范围是.
(2015秋•克拉玛依校级期末)已知双曲线,过点P(1,1)能否作一条直线l,与双曲线交于A,B两点,且点P是线段AB的中点?如果能,求出直线l的方程;如果不能,请说明理由.
正确答案
解:设过点P(1,1)的直线方程为y=k(x-1)+1或x=1
(1)当k存在时,有y=k(x-1)+1,,
得(2-k2)x2+(2k2-2k)x-k2+2k-3=0 (1)
当直线与双曲线相交于两个不同点,则必有
△=(2k2-2k)2-4(2-k2)(-k2+2k-3)>0,k<,
又方程(1)的两个不同的根是两交点A、B的横坐标
∴x1+x2=,又P(1,1)为线段AB的中点
∴=1,即
=1,k=2.
∴k=2,使2-k2≠0但使△<0
因此当k=2时,方程(1)无实数解
故过点P(1,1)与双曲线交于两点A、B且P为线段AB中点的直线不存在.
(2)当x=1时,直线经过点P但不满足条件,
综上,符合条件的直线l不存在.
解析
解:设过点P(1,1)的直线方程为y=k(x-1)+1或x=1
(1)当k存在时,有y=k(x-1)+1,,
得(2-k2)x2+(2k2-2k)x-k2+2k-3=0 (1)
当直线与双曲线相交于两个不同点,则必有
△=(2k2-2k)2-4(2-k2)(-k2+2k-3)>0,k<,
又方程(1)的两个不同的根是两交点A、B的横坐标
∴x1+x2=,又P(1,1)为线段AB的中点
∴=1,即
=1,k=2.
∴k=2,使2-k2≠0但使△<0
因此当k=2时,方程(1)无实数解
故过点P(1,1)与双曲线交于两点A、B且P为线段AB中点的直线不存在.
(2)当x=1时,直线经过点P但不满足条件,
综上,符合条件的直线l不存在.
双曲线C与椭圆有相同的焦点,直线
为C的一条渐近线.
(1)求双曲线C的方程;
(2)过点P(0,4)的直线l,交双曲线C于A、B两点,交x轴于Q点(Q点与C的顶点不重合),当,且
时,求Q点的坐标.
正确答案
解:(Ⅰ)设双曲线方程为
由椭圆
求得两焦点为(-2,0),(2,0),
∴对于双曲线C:c=2,又为双曲线C的一条渐近线
∴解得a2=1,b2=3,
∴双曲线C的方程为
(Ⅱ)由题意知直线l得斜率k存在且不等于零,设l的方程:y=kx+4,A(x1,y1),B(x2,y2)
则
∵,
∴.
∴
同理λ2=-,
所以.
即2k2x1x2+5k(x1+x2)+8=0.(*)
又y=kx+4以及
消去y得(3-k2)x2-8kx-19=0.
当3-k2=0时,则直线l与双曲线得渐近线平行,不合题意,3-k2≠0.
由韦达定理有:
代入(*)式得k2=4,k=±2
∴所求Q点的坐标为(±2,0).
解析
解:(Ⅰ)设双曲线方程为
由椭圆
求得两焦点为(-2,0),(2,0),
∴对于双曲线C:c=2,又为双曲线C的一条渐近线
∴解得a2=1,b2=3,
∴双曲线C的方程为
(Ⅱ)由题意知直线l得斜率k存在且不等于零,设l的方程:y=kx+4,A(x1,y1),B(x2,y2)
则
∵,
∴.
∴
同理λ2=-,
所以.
即2k2x1x2+5k(x1+x2)+8=0.(*)
又y=kx+4以及
消去y得(3-k2)x2-8kx-19=0.
当3-k2=0时,则直线l与双曲线得渐近线平行,不合题意,3-k2≠0.
由韦达定理有:
代入(*)式得k2=4,k=±2
∴所求Q点的坐标为(±2,0).
已知椭圆+
=1(a>b>0)的一个焦点坐标为(
,0),短轴一顶点与两焦点连线夹角为120°.
(1)求椭圆的方程;
(2)设直线l与椭圆相交于不同的两点A、B,已知点A的坐标为(-a,0),点Q(0,m)在线段AB的垂直平分线上且≤4,求m的取值范围.
正确答案
解:(1)由题意知a=2b,c=,a2=b2+c2
解得a=2,b=1,∴椭圆方程为+y2=1.(4分)
(2)由(1)可知A(-2,0),设B点坐标为(x1,y1),
直线l的方程为y=k(x+2)
于是A、B两点的坐标满足方程组
由方程消去y并整理得:(1+4k2)x2+16k2x+16k2-4=0
由-2x1=得x1=
,从而y1=
设线段AB的中点为M,则M的坐标为(-,
)(7分)
以下分两种情况:
①当k=0时,点B的坐标为(2,0),线段AB的垂直平分线为y轴,
于是=(-2,-m),
=(2,-m),
由≤4
得:-2≤m≤2
.(9分)
②当k≠0时,线段AB的垂直平分线方程为
y-=-
(x+
)
令x=0,得m=-
由=-2x1-m(y1-m)
=+
(
+
)
=≤4
解得-≤k≤
且k≠0(10分)
∴m=-=-
∴当-≤k<0时,
+4k≤-4
当0<k≤时,
+4k≥4
∴-≤m≤
,且m≠0(12分)
综上所述,-≤m≤
,且m≠0.(13分)
解析
解:(1)由题意知a=2b,c=,a2=b2+c2
解得a=2,b=1,∴椭圆方程为+y2=1.(4分)
(2)由(1)可知A(-2,0),设B点坐标为(x1,y1),
直线l的方程为y=k(x+2)
于是A、B两点的坐标满足方程组
由方程消去y并整理得:(1+4k2)x2+16k2x+16k2-4=0
由-2x1=得x1=
,从而y1=
设线段AB的中点为M,则M的坐标为(-,
)(7分)
以下分两种情况:
①当k=0时,点B的坐标为(2,0),线段AB的垂直平分线为y轴,
于是=(-2,-m),
=(2,-m),
由≤4
得:-2≤m≤2
.(9分)
②当k≠0时,线段AB的垂直平分线方程为
y-=-
(x+
)
令x=0,得m=-
由=-2x1-m(y1-m)
=+
(
+
)
=≤4
解得-≤k≤
且k≠0(10分)
∴m=-=-
∴当-≤k<0时,
+4k≤-4
当0<k≤时,
+4k≥4
∴-≤m≤
,且m≠0(12分)
综上所述,-≤m≤
,且m≠0.(13分)
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