- 直线与圆锥曲线的综合问题
- 共2643题
已知圆Mx2+y2-2tx-6t-10=0,椭圆C:(a>b>0),若椭圆C与x轴的交点A(5,y0)到其右准线的距离为
;点A在圆M外,且圆M上的点和点A的最大距离与最小距离之差为2.
(1)求圆M的方程和椭圆C的方程;
(2)设点P为椭圆C上任意一点,自点P向圆M引切线,切点分别为A、B,请试着去求的取值范围;
(3)设直线系M:xcosθ+(y-3)sinθ=1(θ∈R);求证:直线系M中的任意一条直线l恒与定圆相切,并直接写出三边都在直线系M中的直线上的所有可能的等腰直角三角形的面积.
正确答案
(1)解:由题意可知a=5,且,把a=5代入解得c=3,所以b2=a2-c2=16,
所以椭圆C的方程为.
由x2+y2-2tx-6t-10=0,得(x-t)2+y2=t2+6t+10,所以该圆的圆心在x轴上,
因点A在圆M外,且圆M上的点和点A的最大距离与最小距离之差为2,即圆的半径等于1,
所以t2+6t+10=1,解得t=-3,
所以圆M的方程为(x+3)2+y2=1;
(2)解:如图,
因为圆M的圆心位于椭圆的左焦点上,且圆在椭圆内部,
所以椭圆的左顶点到圆M的圆心距离最近,则点P位于椭圆左顶点时最小,且∠APB最大,则
最小.当P位于椭圆右顶点时
最大,且∠APB最小,则
最大.
当P位于椭圆左顶点时,由图可知两条切线长为,两切线夹角为60°,余弦值为
.当P位于椭圆右顶点时,由图可知两条切线长为
,两切线夹角一半的正弦值为
,两切线夹角余弦值为
.
所以的最小值为
=
.最大值为
.
所以的取值范围是
;
(3)证明:因为xcosθ+(y-3)sinθ=1,所以点P(0,3)到M中每条直线的距离d=,
即M为圆C:x2+(y-3)2=1的全体切线组成的集合,所以直线系M中的任意一条直线l恒与定圆
C:x2+(y-3)2=1相切.
三边都在直线系M中的直线上的所有可能的等腰直角三角形的情况有三种,一种是三角形外切于圆,另外两种是
圆在三角形外部.
如图,
等腰直角三角形ABC的腰AB=2+,其面积S=
;
等腰直角三角形ADE的腰AD=2-,其面积S=
;
等腰直角三角形GHC的腰GC=,其面积S=
.
解析
(1)解:由题意可知a=5,且,把a=5代入解得c=3,所以b2=a2-c2=16,
所以椭圆C的方程为.
由x2+y2-2tx-6t-10=0,得(x-t)2+y2=t2+6t+10,所以该圆的圆心在x轴上,
因点A在圆M外,且圆M上的点和点A的最大距离与最小距离之差为2,即圆的半径等于1,
所以t2+6t+10=1,解得t=-3,
所以圆M的方程为(x+3)2+y2=1;
(2)解:如图,
因为圆M的圆心位于椭圆的左焦点上,且圆在椭圆内部,
所以椭圆的左顶点到圆M的圆心距离最近,则点P位于椭圆左顶点时最小,且∠APB最大,则
最小.当P位于椭圆右顶点时
最大,且∠APB最小,则
最大.
当P位于椭圆左顶点时,由图可知两条切线长为,两切线夹角为60°,余弦值为
.当P位于椭圆右顶点时,由图可知两条切线长为
,两切线夹角一半的正弦值为
,两切线夹角余弦值为
.
所以的最小值为
=
.最大值为
.
所以的取值范围是
;
(3)证明:因为xcosθ+(y-3)sinθ=1,所以点P(0,3)到M中每条直线的距离d=,
即M为圆C:x2+(y-3)2=1的全体切线组成的集合,所以直线系M中的任意一条直线l恒与定圆
C:x2+(y-3)2=1相切.
三边都在直线系M中的直线上的所有可能的等腰直角三角形的情况有三种,一种是三角形外切于圆,另外两种是
圆在三角形外部.
如图,
等腰直角三角形ABC的腰AB=2+,其面积S=
;
等腰直角三角形ADE的腰AD=2-,其面积S=
;
等腰直角三角形GHC的腰GC=,其面积S=
.
椭圆的中心是原点O,短轴长为,左焦点为F(-c,0)(c>0),相应的准线l与x轴交于点A,且点F分
的比为3,过点A的直线与椭圆相交于P、Q两点.
(Ⅰ)求椭圆的方程;
(Ⅱ)若PF⊥QF,求直线PQ的方程;
(Ⅲ)设(λ>1),点Q关于x轴的对称点为Q′,求证:
.
正确答案
解:(I)由题意可得2b=2,
∵a2=b2+c2∴
∴椭圆的方程为
(II)设PQ:y=k(x+4),P(x1,y1),Q(x2,y2),F(-1,0)
∵PF⊥QF∴(x1+1)(x2+1)+y1y2=0∴(x1+1)(x2+1)+k2 (x1+4)(x2+4)=0
∴(1+k2)x1x2+(1+4k2)(x1+x2)+(1+16k2)=0
联立,消去y得(3+4k2)x2+32k2x+64k2-12=0
∴x1x2=,x1+x2=
代入化简得8k2=1∴k=±.
∴直线PQ的方程为y=(x+4)或y=
(x+4).
(III)如图所示,
又|QN|=2|QF|,|PM|=2|PF|∴
又|FQ′|=|FQ|∴
再∴
又∠PP1F=∠Q′Q1F=90°
∴P、F、Q三点共线且点F在线段PQ′上,与
反向.
∴=
.
解析
解:(I)由题意可得2b=2,
∵a2=b2+c2∴
∴椭圆的方程为
(II)设PQ:y=k(x+4),P(x1,y1),Q(x2,y2),F(-1,0)
∵PF⊥QF∴(x1+1)(x2+1)+y1y2=0∴(x1+1)(x2+1)+k2 (x1+4)(x2+4)=0
∴(1+k2)x1x2+(1+4k2)(x1+x2)+(1+16k2)=0
联立,消去y得(3+4k2)x2+32k2x+64k2-12=0
∴x1x2=,x1+x2=
代入化简得8k2=1∴k=±.
∴直线PQ的方程为y=(x+4)或y=
(x+4).
(III)如图所示,
又|QN|=2|QF|,|PM|=2|PF|∴
又|FQ′|=|FQ|∴
再∴
又∠PP1F=∠Q′Q1F=90°
∴P、F、Q三点共线且点F在线段PQ′上,与
反向.
∴=
.
已知抛物线y2=8x与椭圆
有公共焦点F,且椭圆过点D(-
).
(1)求椭圆方程;
(2)点A、B是椭圆的上下顶点,点C为右顶点,记过点A、B、C的圆为⊙M,过点D作⊙M的切线l,求直线l的方程;
(3)过点A作互相垂直的两条直线分别交椭圆于点P、Q,则直线PQ是否经过定点,若是,求出该点坐标,若不经过,说明理由.
正确答案
解析
解:(1)抛物线y2=8x的焦点F(2,0),
∵抛物线y2=8x与椭圆有公共焦点F,∴c=2,
又椭圆过点D(-),∴
,得a2=8,b2=4
∴所求椭圆方程为;
(2)由题意,A(0,2),B(0,-2),C(2,0),则
设M(m,0),由|MA|=|MC|,可得m2+4=(-m)2,∴m=
,m2+4=
,
∴⊙M:(x-)2+y2=
直线l斜率不存在时,x=-
直线l斜率存在时,设为y-=k(x+
)
∴d==
,解得k=
∴直线l为x=-或
x-12y-10
=0;
(3)显然,两直线斜率存在,设AP:y=k′x+2
代入椭圆方程,得(1+2k′2)x2+8k′x=0,解得x=或x=0
∴点P(,
)
同理得Q(,
)
直线PQ:y-=
(x-
)
令x=0,得y=-
=-
,
∴直线PQ过定点(0,-).
如图,在平面直角坐标系xoy中,椭圆E:
+
=1(a>b>0)的离心率为
,直线l:y=
x与椭圆E相交于A,B两点,AB=
,C,D是椭圆E上异于A,B两点,且直线AC,BD相交于点M,直线AD,BC相交于点N.
(1)求a,b的值;
(2)求证:直线MN的斜率为定值.
正确答案
解:(1)因为e==
,即c2=
a2,即a2-b2=
a2,则a2=2b2;
故椭圆方程为+
=1.
由题意,不妨设点A在第一象限,点B在第三象限,
由解得A(
b,
b);
又AB=4,所以OA=2
,即
b2+
b2=20,解得b2=12;
故a=2,b=2
;
(2)证明:由(1)知,椭圆E的方程为,
从而A(4,2),B(-4,-2);
①当CA,CB,DA,DB斜率都存在时,
设直线CA,DA的斜率分别为k1,k2,C(x0,y0),
显然k1≠k2;,
所以kCB=-; 同理kDB=-
,
于是直线AD的方程为y-2=k2(x-4),直线BC的方程为y+2=-(x+4);
∴,
从而点N的坐标为;
用k2代k1,k1代k2得点M的坐标为;
∴,
即直线MN的斜率为定值-1;
②当CA,CB,DA,DB中,有直线的斜率不存在时,
根据题设要求,至多有一条直线斜率不存在,
故不妨设直线CA的斜率不存在,从而C(4,-2);
仍然设DA的斜率为k2,由①知kDB=-;
此时CA:x=4,DB:y+2=-=-(x+4),它们交点M(4,
);
BC:y=-2,AD:y-2=k2(x-4),它们交点N(,-2),
从而kMN=-1也成立;
由①②可知,直线MN的斜率为定值-1.
解析
解:(1)因为e==
,即c2=
a2,即a2-b2=
a2,则a2=2b2;
故椭圆方程为+
=1.
由题意,不妨设点A在第一象限,点B在第三象限,
由解得A(
b,
b);
又AB=4,所以OA=2
,即
b2+
b2=20,解得b2=12;
故a=2,b=2
;
(2)证明:由(1)知,椭圆E的方程为,
从而A(4,2),B(-4,-2);
①当CA,CB,DA,DB斜率都存在时,
设直线CA,DA的斜率分别为k1,k2,C(x0,y0),
显然k1≠k2;,
所以kCB=-; 同理kDB=-
,
于是直线AD的方程为y-2=k2(x-4),直线BC的方程为y+2=-(x+4);
∴,
从而点N的坐标为;
用k2代k1,k1代k2得点M的坐标为;
∴,
即直线MN的斜率为定值-1;
②当CA,CB,DA,DB中,有直线的斜率不存在时,
根据题设要求,至多有一条直线斜率不存在,
故不妨设直线CA的斜率不存在,从而C(4,-2);
仍然设DA的斜率为k2,由①知kDB=-;
此时CA:x=4,DB:y+2=-=-(x+4),它们交点M(4,
);
BC:y=-2,AD:y-2=k2(x-4),它们交点N(,-2),
从而kMN=-1也成立;
由①②可知,直线MN的斜率为定值-1.
如图,已知抛物线y2=4x的焦点为F.过点P(2,0)的直线交抛物线于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,直线AF,BF分别与抛物线交于点M、N.
(Ⅰ)求y1y2的值;
(Ⅱ)设直线AB的斜率为k,求证:直线MN的斜率为2k.
正确答案
(Ⅰ)解:设过P的直线方程为x=my+2,代入y2=4x,消去x得y2-4my-8=0,
∴y1y2=-8
(Ⅱ)证明:设M(x3,y3),N(x4,y4)
设AM直线为x=ty+1,联立y2=4x,消去x得y2-4ty-4=0,∴y1y3=-4,得
同理得,
又∵=1,∴
,
同理得,
解析
(Ⅰ)解:设过P的直线方程为x=my+2,代入y2=4x,消去x得y2-4my-8=0,
∴y1y2=-8
(Ⅱ)证明:设M(x3,y3),N(x4,y4)
设AM直线为x=ty+1,联立y2=4x,消去x得y2-4ty-4=0,∴y1y3=-4,得
同理得,
又∵=1,∴
,
同理得,
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