- 直线与圆锥曲线的综合问题
- 共2643题
设椭圆C:(a>b>0)的一个顶点坐标为A(
),且其右焦点到直线
的距离为3.
(1)求椭圆C的轨迹方程;
(2)若A、B是椭圆C上的不同两点,弦AB(不平行于y轴)的垂直平分线与x轴相交于点M,则称弦AB是点M的一条“相关弦”,如果点M的坐标为M(),求证点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线上;
(3)根据解决问题(2)的经验与体会,请运用类比、推广等思想方法,提出一个与“相关弦”有关的具有研究价值的结论,并加以解决.(本小题将根据所提出问题的层次性给予不同的分值)
正确答案
解:(1),
根据右焦点到直线的距离为3,可得
,∴a=2
∴椭圆C的标准方程:
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0),
由于,所以
(Ⅰ)
则x12+2y12①x22+2y22②.
由①②两式相减得:x12-x22+2y12-2y22=0
即(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0(Ⅱ)
由(Ⅰ),(Ⅱ)得:x0=1
因此:点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=1上.
(3)椭圆到一般,点到一般
若A、B是椭圆(a>b>0))上的不同两点.弦AB(不平行于y轴)的垂直平分线与x轴相交于点M,则称弦AB是点M的一条“相关弦”,如果点M的坐标为M(t,0),当
时,证明:点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线上.
解析
解:(1),
根据右焦点到直线的距离为3,可得
,∴a=2
∴椭圆C的标准方程:
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),中点为P0(x0,y0),
由于,所以
(Ⅰ)
则x12+2y12①x22+2y22②.
由①②两式相减得:x12-x22+2y12-2y22=0
即(x1-x2)(x1+x2)+2(y1-y2)(y1+y2)=0(Ⅱ)
由(Ⅰ),(Ⅱ)得:x0=1
因此:点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线x=1上.
(3)椭圆到一般,点到一般
若A、B是椭圆(a>b>0))上的不同两点.弦AB(不平行于y轴)的垂直平分线与x轴相交于点M,则称弦AB是点M的一条“相关弦”,如果点M的坐标为M(t,0),当
时,证明:点M的所有“相关弦”的中点在同一条直线上.
如图,过抛物线y2=8x的焦点F的直线交抛物线与圆(x-2)2+y2=4于A,B,C,D四点,则|AB|•|CD|=______.
正确答案
4
解析
解:由题意,抛物线y2=8x的焦点F(2,0),圆(x-2)2+y2=4圆心为(2,0),即圆心为焦点
∴|AB|=|AF|-|BF|=xA,|CD|=|DF|-|CF|=xD
若直线AD与X轴垂直,此时xA=xD=2,故有|AB|•|CD|=xA×xD=4
若直线AD与X轴不垂直,此时斜率存在,可设为k,则有lAD:y=k(x-2)
代入抛物线y2=8x整理得k2x2-4(k2+2)+4k2=0
由根与系数的关系得xA×xD=4
综上知xA×xD=4,即|AB|•|CD|=4
故答案为4
设椭圆Γ1的中心和抛物线Γ2的顶点均为原点O,Γ1、Γ2的焦点均在x轴上,过Γ2的焦点F作直线l,与Γ2交于A、B两点,在Γ1、Γ2上各取两个点,将其坐标记录于下表中:
(1)求Γ1,Γ2的标准方程;
(2)设M是Γ2准线上一点,直线MF的斜率为k0,MA、MB的斜率依次为
k1、k2,请探究:k0与k1+k2的关系;
(3)若l与Γ1交于C、D两点,F0为Γ1的左焦点,问是否有最小值?若有,求出最小值;若没有,请说明理由.
正确答案
解:(1)(-2,0),(,-
)在椭圆上,(3,-2
),(4,-4)在抛物线上,
∴椭圆Γ1:,抛物线Γ2:y2=4x …(4分)
(2)F(1,0)是抛物线的焦点,
①当直线l的斜率存在时,
设l:y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),
联立方程得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,k≠0时△>0恒成立
x1+x2=,x1x2=1,…(6分)
因Γ2准线为x=-1,设M(-1,m),k0=-,k1=
,k2=
,
∴k1+k2==-m
∴k1+k2=2k0,..…(8分)
②当直线l的斜率不存在时,l:x=1得A(1,2),B(1,-2),k1=,k2=
,
∴k1+k2═-m
∴k1+k2=2k0,..…(10分)
(3)设F0到直线l的距离为d,则=
=
.
F(1,0)是抛物线的焦点,也是椭圆的右焦点,
①当直线l的斜率存在时,
设l:y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4),
联立方程得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,k≠0时△>0恒成立
x1+x2=,x1x2=1,
|AB|=•|x1-x2|=
(11分)
y=k(x-1),代入椭圆方程,可得联立方程(3+k2)x2-8k2x+4k2-12=0,△>0恒成立
|CD|=|=•|x3-x4|=
,…(12分)
∴=
=
=
=
+
>
.…(14分)
②当直线l的斜率不存在时,l:x=1,
此时,|AB|=4,|CD|=3,∴=
.…(15分)
∴的最小值为
.…(16分)
解析
解:(1)(-2,0),(,-
)在椭圆上,(3,-2
),(4,-4)在抛物线上,
∴椭圆Γ1:,抛物线Γ2:y2=4x …(4分)
(2)F(1,0)是抛物线的焦点,
①当直线l的斜率存在时,
设l:y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),
联立方程得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,k≠0时△>0恒成立
x1+x2=,x1x2=1,…(6分)
因Γ2准线为x=-1,设M(-1,m),k0=-,k1=
,k2=
,
∴k1+k2==-m
∴k1+k2=2k0,..…(8分)
②当直线l的斜率不存在时,l:x=1得A(1,2),B(1,-2),k1=,k2=
,
∴k1+k2═-m
∴k1+k2=2k0,..…(10分)
(3)设F0到直线l的距离为d,则=
=
.
F(1,0)是抛物线的焦点,也是椭圆的右焦点,
①当直线l的斜率存在时,
设l:y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4),
联立方程得k2x2-(2k2+4)x+k2=0,k≠0时△>0恒成立
x1+x2=,x1x2=1,
|AB|=•|x1-x2|=
(11分)
y=k(x-1),代入椭圆方程,可得联立方程(3+k2)x2-8k2x+4k2-12=0,△>0恒成立
|CD|=|=•|x3-x4|=
,…(12分)
∴=
=
=
=
+
>
.…(14分)
②当直线l的斜率不存在时,l:x=1,
此时,|AB|=4,|CD|=3,∴=
.…(15分)
∴的最小值为
.…(16分)
已知直线l与抛物线x2=4y相交于A,B两点,且与圆(y-1)2+x2=1相切.
(Ⅰ)求直线l在y轴上截距的取值范围;
(Ⅱ)设F是抛物线的焦点,且•
=0,求直线l的方程.
正确答案
解:(Ⅰ)设直线l的方程为y=kx+b.由直线l与圆(y-1)2+x2=1相切,
得 ,化简得k2=b2-2b.(2分)
直线l的方程代入x2=4y,消去y,得x2-4kx-4b=0.(*) (3分)
由直线l与抛物线x2=4y相交于A,B两点,得△=(-4k)2+16b>0,即k2+b>0.
将k2=b2-2b代入上式,得b2-b>0.
解得b>1,或b<0.(5分)
注意到k2=b2-2b≥0,从而有b≥2,或b<0.(6分)
(Ⅱ)设A(x1,y1),B(x2,y2).
由(*)得x1+x2=4k,x1x2=-4b.
所以•
=x1x2+(y1-1)(y2-1)+y1y2=
x1x2+
(x1x2)2-
(x1+x2)2+1.(10分)
将x1+x2=4k,x1x2=-4b代入上式,令•
=0,得b2-4k2-6b+1=0.
所以b2-4(b2-2b)-6b+1=0,即3b2-2b-1=0.
解得b=-,b=1(舍去).
故k=±.
所以直线l的方程为x+3y+1=0,或
x-3y-1=0.(13分)
解析
解:(Ⅰ)设直线l的方程为y=kx+b.由直线l与圆(y-1)2+x2=1相切,
得 ,化简得k2=b2-2b.(2分)
直线l的方程代入x2=4y,消去y,得x2-4kx-4b=0.(*) (3分)
由直线l与抛物线x2=4y相交于A,B两点,得△=(-4k)2+16b>0,即k2+b>0.
将k2=b2-2b代入上式,得b2-b>0.
解得b>1,或b<0.(5分)
注意到k2=b2-2b≥0,从而有b≥2,或b<0.(6分)
(Ⅱ)设A(x1,y1),B(x2,y2).
由(*)得x1+x2=4k,x1x2=-4b.
所以•
=x1x2+(y1-1)(y2-1)+y1y2=
x1x2+
(x1x2)2-
(x1+x2)2+1.(10分)
将x1+x2=4k,x1x2=-4b代入上式,令•
=0,得b2-4k2-6b+1=0.
所以b2-4(b2-2b)-6b+1=0,即3b2-2b-1=0.
解得b=-,b=1(舍去).
故k=±.
所以直线l的方程为x+3y+1=0,或
x-3y-1=0.(13分)
已知焦点在x轴上的椭圆C的短轴长为2,离心率为
.
(1)求椭圆C的标准方程;
(2)如图所示,A1,A2,B1,B2是椭圆C的顶点,E是椭圆上任意一点(顶点除外)B1E交x轴于点P,直线A2B1交A1E于点G,设直线A1E的斜率为k1,直线GP的斜率为k2,证明k1-2k2为定值,并求出这个定值.
正确答案
解:(1)由题意,,
解得,a=2,b=1,c=;
故椭圆C的标准方程为
+y2=1;
(2)证明:∵A1(-2,0),E是椭圆上任意一点(顶点除外),
则可设直线A1E的方程为y=k1(x+2);
联立得,
(4k21+1)x2+16k21x+16k21-4=0;
xE-2=-;xE=-
;
yE=k1(-+2)=
;
故E(-,
);
又直线A2B1的方程为y=-x+1;
联立解得G(
,
),
由B1(0,1),E(-,
),P(x,0)共线得,
x=-,故P(-
,0);
所以PG的斜率k2==
;
则k1-2k2=k1-2=
.
解析
解:(1)由题意,,
解得,a=2,b=1,c=;
故椭圆C的标准方程为
+y2=1;
(2)证明:∵A1(-2,0),E是椭圆上任意一点(顶点除外),
则可设直线A1E的方程为y=k1(x+2);
联立得,
(4k21+1)x2+16k21x+16k21-4=0;
xE-2=-;xE=-
;
yE=k1(-+2)=
;
故E(-,
);
又直线A2B1的方程为y=-x+1;
联立解得G(
,
),
由B1(0,1),E(-,
),P(x,0)共线得,
x=-,故P(-
,0);
所以PG的斜率k2==
;
则k1-2k2=k1-2=
.
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