- 直线与圆锥曲线的综合问题
- 共2643题
设椭圆M:(a>b>0)的离心率为
,长轴长为
,设过右焦点F倾斜角为θ的直线交椭圆M于A,B两点.
(Ⅰ)求椭圆M的方程;
(Ⅱ)求证|AB|=;
(Ⅲ)设过右焦点F且与直线AB垂直的直线交椭圆M于C,D,求|AB|+|CD|的最小值.
正确答案
解:(Ⅰ)根据题意可得:
⇒
所求椭圆M的方程为(4分)
(Ⅱ)当θ≠,设直线AB的斜率为k=tanθ,焦点F(3,0),
则直线AB的方程为y=k(x-3)
有⇒(1+2k2)x2-12k2x+18(k2-1)=0
设点A(x1,y1),B(x2,y2)
有x1+x2=,x1x2=
|AB|=**(6分)
又因为k=tanθ=代入**式得
|AB|=(8分)
当θ=时,直线AB的方程为x=3,
此时|AB|=(10分)
而当θ=时,|AB|=
=
综上所述所以|AB|=(11分)
(Ⅲ)过右焦点F且与直线AB垂直的直线交椭圆M于C,D,
同理可得|CD|==
(12分)
有|AB|+|CD|=+
=
因为sin2θ∈[0,1],
所以当且仅当sin2θ=1时,
|AB|+|CD|有最小值是(16分)
解析
解:(Ⅰ)根据题意可得:
⇒
所求椭圆M的方程为(4分)
(Ⅱ)当θ≠,设直线AB的斜率为k=tanθ,焦点F(3,0),
则直线AB的方程为y=k(x-3)
有⇒(1+2k2)x2-12k2x+18(k2-1)=0
设点A(x1,y1),B(x2,y2)
有x1+x2=,x1x2=
|AB|=**(6分)
又因为k=tanθ=代入**式得
|AB|=(8分)
当θ=时,直线AB的方程为x=3,
此时|AB|=(10分)
而当θ=时,|AB|=
=
综上所述所以|AB|=(11分)
(Ⅲ)过右焦点F且与直线AB垂直的直线交椭圆M于C,D,
同理可得|CD|==
(12分)
有|AB|+|CD|=+
=
因为sin2θ∈[0,1],
所以当且仅当sin2θ=1时,
|AB|+|CD|有最小值是(16分)
如图,已知M(m,m2),N(n,n2)是抛物线C:y=x2上两个不同点,且m2+n2=1,m+n≠0.直线l是线段MN的垂直平分线.设椭圆E的方程为
+
=1(a>0,a≠2).
(1)当M,N在抛物线C上移动时,求直线l斜率k的取值范围;
(2)已知直线l与抛物线C交于A,B两个不同点,与椭圆E交于P,Q两个不同点.设AB中点为R,PQ中点为S,若•
=0,求椭圆E离心率的范围.
正确答案
解:(1)∵直线MN的斜率kMN=m+n,
又∵l⊥MN,m+n≠0,∴直线l的斜率k=-
∵m2+n2=1,由m2+n2≥2mn,得2(m2+n2)≥(m+n)2,
即2≥(m+n)2,∴|m+n|≤
因M、N两点不同,∴0<|m+n|<,
∴;
(2))∵l方程为:y-=k(x-
),
又∵m2+n2=1,m+n=-,y-
=k(x+
),
∴l:y=kx+1,代入抛物线和椭圆方程并整理得:x2-kx-1=0(1),
(a+2k2)x2+4kx+2-2a=0(2)
易知方程(1)的判别式△1=k2+4>0恒成立,方程(2)的判别式△2=8a(2k2+a-1)
∵k2>,a>0,
∴2k2+a-1>a>0,∴△2>0恒成立
∵R(,
+1),S(-
,
),
由•
=0得:
=0,
∴a=,
∵k2>,∴a=2-
>
,
<a<2,
∴=e,∴a=2-2e2>
,
∴e2<,∴0<e<
,
∴椭圆E离心率的取值范围是(0,].
解析
解:(1)∵直线MN的斜率kMN=m+n,
又∵l⊥MN,m+n≠0,∴直线l的斜率k=-
∵m2+n2=1,由m2+n2≥2mn,得2(m2+n2)≥(m+n)2,
即2≥(m+n)2,∴|m+n|≤
因M、N两点不同,∴0<|m+n|<,
∴;
(2))∵l方程为:y-=k(x-
),
又∵m2+n2=1,m+n=-,y-
=k(x+
),
∴l:y=kx+1,代入抛物线和椭圆方程并整理得:x2-kx-1=0(1),
(a+2k2)x2+4kx+2-2a=0(2)
易知方程(1)的判别式△1=k2+4>0恒成立,方程(2)的判别式△2=8a(2k2+a-1)
∵k2>,a>0,
∴2k2+a-1>a>0,∴△2>0恒成立
∵R(,
+1),S(-
,
),
由•
=0得:
=0,
∴a=,
∵k2>,∴a=2-
>
,
<a<2,
∴=e,∴a=2-2e2>
,
∴e2<,∴0<e<
,
∴椭圆E离心率的取值范围是(0,].
在平面直角坐标系xOy中,过定点C(0,p)作直线与抛物线x2=2py(p>0)相交于A、B两点.
(Ⅰ)若点N是点C关于坐标原点O的对称点,求△ANB面积的最小值;
(Ⅱ)是否存在垂直于y轴的直线l,使得l被以AC为直径的圆截得弦长恒为定值?若存在,求出l的方程;若不存在,说明理由.
正确答案
解:法1:(Ⅰ)依题意,点N的坐标为N(0,-p),
可设A(x1,y1),B(x2,y2),
直线AB的方程为y=kx+p,与x2=2py联立得,
消去y得x2-2pkx-2p2=0.
由韦达定理得x1+x2=2pk,x1x2=-2p2.
于是
=
=,
∴当k=0时,.
(Ⅱ)假设满足条件的直线l存在,其方程为y=a,
AC的中点为O‘,l与AC为直径的圆相交于点P,Q,PQ的中点为H,
则O'H⊥PQ,O'点的坐标为().
∵,
,
∴|PH|2=|O'P|2-|O'H|2==
,
∴|PQ|2=(2|PH|)2=.
令,得
,此时|PQ|=p为定值,
故满足条件的直线l存在,其方程为,
即抛物线的通径所在的直线.
解法2:(Ⅰ)前同解法1,再由弦长公式得=
,
又由点到直线的距离公式得.
从而,∴当k=0时,
.
(Ⅱ)假设满足条件的直线l存在,其方程为y=a,则以AC为直径的圆的方程为(x-0)(x-x1)+(y-p)(y-y1)=0,
将直线方程y=a代入得x2-x1x+(a-p)(a-y1)=0,
则|x1-x2|2=.
设直线l与以AC为直径的圆的交点为P(x3,y3),Q(x4,y4),
则有.
令,得
,此时|PQ|=p为定值,故满足条件的直线l存在,其方程为
,
即抛物线的通径所在的直线.
解析
解:法1:(Ⅰ)依题意,点N的坐标为N(0,-p),
可设A(x1,y1),B(x2,y2),
直线AB的方程为y=kx+p,与x2=2py联立得,
消去y得x2-2pkx-2p2=0.
由韦达定理得x1+x2=2pk,x1x2=-2p2.
于是
=
=,
∴当k=0时,.
(Ⅱ)假设满足条件的直线l存在,其方程为y=a,
AC的中点为O‘,l与AC为直径的圆相交于点P,Q,PQ的中点为H,
则O'H⊥PQ,O'点的坐标为().
∵,
,
∴|PH|2=|O'P|2-|O'H|2==
,
∴|PQ|2=(2|PH|)2=.
令,得
,此时|PQ|=p为定值,
故满足条件的直线l存在,其方程为,
即抛物线的通径所在的直线.
解法2:(Ⅰ)前同解法1,再由弦长公式得=
,
又由点到直线的距离公式得.
从而,∴当k=0时,
.
(Ⅱ)假设满足条件的直线l存在,其方程为y=a,则以AC为直径的圆的方程为(x-0)(x-x1)+(y-p)(y-y1)=0,
将直线方程y=a代入得x2-x1x+(a-p)(a-y1)=0,
则|x1-x2|2=.
设直线l与以AC为直径的圆的交点为P(x3,y3),Q(x4,y4),
则有.
令,得
,此时|PQ|=p为定值,故满足条件的直线l存在,其方程为
,
即抛物线的通径所在的直线.
在平面直角坐标系xOy中,已知定点A(-1,1).动点P到点(0,)的距离比P到y=-1的距离小
.
(1)求点P的轨迹C的方程;
(2)若Q是轨迹C上异于点P的一个点,且=λ
(λ>0).直线OP与QA交于点M.问:是否存在点P,使得△PQA和△PAM的面积满足S△PQA=4S△PAM?若存在,求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)设点P(x,y)为所求轨迹上的任意一点,则
由抛物线的定义知,得P点的轨迹为是以(0,)为焦点,以y=-
为准线的抛物线…(3分)
所以轨迹C的方程为y=x2…(5分)
(2)设P(x1,),Q(x2,
),由
=λ
,可知直线PQ∥直线OA,
则kPQ=kOA
故=
,即x2=-x1-1…(6分)
所以直线OP方程为y=x1x…①…(7分)
直线QA的斜率为=-x1-2…(8分)
所以直线QA方程为y-1=-(-x1-2)(x+1)
即y=-(x1+2)x-x1-1…②…(9分)
联立①②,得x=-,所以点M的横坐标为定值-
…(10分)
由S△PQA=4S△PAM,得到QA=4AM,因为PQ∥OA,所以OP=4OM…(11分)
由=4
,得x1=2…(12分)
所以P的坐标为(2,4)…(13分)
解析
解:(1)设点P(x,y)为所求轨迹上的任意一点,则
由抛物线的定义知,得P点的轨迹为是以(0,)为焦点,以y=-
为准线的抛物线…(3分)
所以轨迹C的方程为y=x2…(5分)
(2)设P(x1,),Q(x2,
),由
=λ
,可知直线PQ∥直线OA,
则kPQ=kOA
故=
,即x2=-x1-1…(6分)
所以直线OP方程为y=x1x…①…(7分)
直线QA的斜率为=-x1-2…(8分)
所以直线QA方程为y-1=-(-x1-2)(x+1)
即y=-(x1+2)x-x1-1…②…(9分)
联立①②,得x=-,所以点M的横坐标为定值-
…(10分)
由S△PQA=4S△PAM,得到QA=4AM,因为PQ∥OA,所以OP=4OM…(11分)
由=4
,得x1=2…(12分)
所以P的坐标为(2,4)…(13分)
如图,椭圆的两顶点为
,B(0,1),该椭圆的左右焦点分别是F1,F2.
(1)在线段AB上是否存在点C,使得CF1⊥CF2?若存在,请求出点C的坐标;若不存在,请说明理由.
(2)设过F1的直线交椭圆于P,Q两点,求△PQF2面积的最大值.
正确答案
解:由已知可得椭圆的方程为
,
且有:,F1(-1,0),
F2(1,0),.
(1)假设存在点C,使得CF1⊥CF2,
则:,
令(λ∈[0,1]),
而=
,
故有:,解得λ=1或
.
所以点C的坐标为C(0,1)或.
(2)若设过F1的直线l交椭圆于P(x1,y1),Q(x2,y2),则由焦半径公式可得:,
当PQ⊥x轴时,x1=x2=-1,此时.
当PQ与x轴不垂直时,不妨设直线PQ的方程为y=k(x+1),(k>0),
则由:得:(2k2+1)x2+4k2x+2k2-2=0,故
,
于是可得:.
又由点到直线的距离公式可得点F2到PQ的距离,
故.
因为,
所以.
综上可知,当直线PQ⊥x轴时,△PQF2的面积取到最大值.
解析
解:由已知可得椭圆的方程为
,
且有:,F1(-1,0),
F2(1,0),.
(1)假设存在点C,使得CF1⊥CF2,
则:,
令(λ∈[0,1]),
而=
,
故有:,解得λ=1或
.
所以点C的坐标为C(0,1)或.
(2)若设过F1的直线l交椭圆于P(x1,y1),Q(x2,y2),则由焦半径公式可得:,
当PQ⊥x轴时,x1=x2=-1,此时.
当PQ与x轴不垂直时,不妨设直线PQ的方程为y=k(x+1),(k>0),
则由:得:(2k2+1)x2+4k2x+2k2-2=0,故
,
于是可得:.
又由点到直线的距离公式可得点F2到PQ的距离,
故.
因为,
所以.
综上可知,当直线PQ⊥x轴时,△PQF2的面积取到最大值.
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