- 直线与圆锥曲线的综合问题
- 共2643题
已知抛物线y2=2px(p>0),点P(m,n)为抛物线上任意一点,其中m≥0.
(1)判断抛物线与正比例函数的交点个数;
(2)定义:凡是与圆锥曲线有关的圆都称为该圆锥曲线的伴随圆,如抛物线的内切圆就是最常见的一种伴随圆.此外还有以焦点弦为直径的圆,以及以焦点弦为弦且过顶点的圆等.同类的伴随圆构成一个圆系,圆系中有无数多个圆.求证:抛物线内切圆系方程为:(x-p-m)2+y2=p2+2pm(其中m为参数且m≥0);
(3)请研究抛物线以焦点弦为直径的伴随圆,推导出其圆系方程,并写出一个关于它的正确命题.
正确答案
解:(1)设正比例方程为y=kx(k≠0),联立
得到,
因此抛物线与正比例函数有两个交点.(2分)
(2),
所以过点P的切线斜率为,
所以过改点的法线斜率为,
从而相应的法线方程为,
因为抛物线关于x轴对称,
所以有其内切圆的圆心必在x轴上,令y=0得x=p+m,设内切圆的半径为R,
则R2=(p+m-m)2+(0-n)2=p2+n2=p2+2pm
从而抛物线内切圆系方程为:(x-p-m)2+y2=p2+2pm(其中m为参数且m≥0)(6分)
(3)探究结论:抛物线以其焦点弦为直径的伴随圆系的方程为(k为参数且k≥0)(8分)
证明:设焦点弦AB所在直线方程为,与抛物线方成联立便可以得到
,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则;
;
设伴随圆圆心为(m,n),则,
设伴随圆半径为R
所以伴随圆系方程为(11分)
命题:抛物线y2=2px(p>0)以焦点弦为直径的伴随圆的圆心轨迹为抛物线.(13分)
解析
解:(1)设正比例方程为y=kx(k≠0),联立
得到,
因此抛物线与正比例函数有两个交点.(2分)
(2),
所以过点P的切线斜率为,
所以过改点的法线斜率为,
从而相应的法线方程为,
因为抛物线关于x轴对称,
所以有其内切圆的圆心必在x轴上,令y=0得x=p+m,设内切圆的半径为R,
则R2=(p+m-m)2+(0-n)2=p2+n2=p2+2pm
从而抛物线内切圆系方程为:(x-p-m)2+y2=p2+2pm(其中m为参数且m≥0)(6分)
(3)探究结论:抛物线以其焦点弦为直径的伴随圆系的方程为(k为参数且k≥0)(8分)
证明:设焦点弦AB所在直线方程为,与抛物线方成联立便可以得到
,
设A(x1,y1),B(x2,y2),
则;
;
设伴随圆圆心为(m,n),则,
设伴随圆半径为R
所以伴随圆系方程为(11分)
命题:抛物线y2=2px(p>0)以焦点弦为直径的伴随圆的圆心轨迹为抛物线.(13分)
如图,等边三角形OAB的边长为
,且其三个顶点均在抛物线E:x2=2py(p>0)上.
(1)求抛物线E的方程;
(2)设动直线l与抛物线E相切于点P,与直线y=-1相较于点Q.证明以PQ为直径的圆恒过y轴上某定点.
正确答案
解:(1)依题意,|OB|=8,∠BOy=30°,
设B(x,y),则x=|OB|sin30°=4,y=|OB|cos30°=12
∵B(4,12)在x2=2py(p>0)上,∴
∴p=2,
∴抛物线E的方程为x2=4y;
(2)由(1)知,,
设P(x0,y0),则x0≠0.l:即
由得
,∴
取x0=2,此时P(2,1),Q(0,-1),以PQ为直径的圆为(x-1)2+y2=2,交y轴于点M1(0,1)或M2(0,-1)
取x0=1,此时P(1,),Q(-
,-1),以PQ为直径的圆为(x+
)2+(y+
)2=2,交y轴于点M3(0,1)或M4(0,-
)
故若满足条件的点M存在,只能是M(0,1),证明如下
∵
∴=2y0-2-2y0+2=0
故以PQ为直径的圆恒过y轴上的定点M(0,1).
解析
解:(1)依题意,|OB|=8,∠BOy=30°,
设B(x,y),则x=|OB|sin30°=4,y=|OB|cos30°=12
∵B(4,12)在x2=2py(p>0)上,∴
∴p=2,
∴抛物线E的方程为x2=4y;
(2)由(1)知,,
设P(x0,y0),则x0≠0.l:即
由得
,∴
取x0=2,此时P(2,1),Q(0,-1),以PQ为直径的圆为(x-1)2+y2=2,交y轴于点M1(0,1)或M2(0,-1)
取x0=1,此时P(1,),Q(-
,-1),以PQ为直径的圆为(x+
)2+(y+
)2=2,交y轴于点M3(0,1)或M4(0,-
)
故若满足条件的点M存在,只能是M(0,1),证明如下
∵
∴=2y0-2-2y0+2=0
故以PQ为直径的圆恒过y轴上的定点M(0,1).
在四边形ABCD中,已知A(0,0),D(0,4),点B在x轴上,BC∥AD,且对角线AC⊥BD.
(Ⅰ)求点C的轨迹方程;
(Ⅱ)若点P是直线y=2x-5上任意一点,过点P作点C的轨迹的两切线PE、PF,E、F为切点,M为EF的中点.求证:PM⊥x轴;
(Ⅲ)在(Ⅱ)的条件下,直线EF是否恒过一定点?若是,请求出这个定点的坐标;若不是,请说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)如图,设点C的坐标为(x,y)(x≠0,y≠0),
则,
∵,
∴x•(-x)+y•4=0,即.
∴所求的轨迹T是除去顶点的抛物线(3分)
(Ⅱ)对函数求导得,
.
设切点坐标为,则过该切点的切线的斜率是
,
该切线方程是.
又设点P的坐标为(t,2t-5),
∵切线过点P,
∴有,
化简,得x02-2tx0+8t-20=0.(6分)
设A、B两点的坐标分别为、
,
则x1、x2为方程x2-2tx+8t-20=0的两根,x1+x2=2t,x1x2=8t-20.
∴
因此,当t=0时,直线PM与y轴重合,当t≠0时,直线PM与y轴平行(9分)
(Ⅲ)∵=
.
∴点M的坐标为.
又∵.
∴直线AB的方程为:,即t(x-4)+10-2y=0.(*)
∵当x=4,y=5时,方程(*)恒成立,
∴对任意实数t,直线AB恒过定点,定点坐标为(4,5).(14分)
解析
解:(Ⅰ)如图,设点C的坐标为(x,y)(x≠0,y≠0),
则,
∵,
∴x•(-x)+y•4=0,即.
∴所求的轨迹T是除去顶点的抛物线(3分)
(Ⅱ)对函数求导得,
.
设切点坐标为,则过该切点的切线的斜率是
,
该切线方程是.
又设点P的坐标为(t,2t-5),
∵切线过点P,
∴有,
化简,得x02-2tx0+8t-20=0.(6分)
设A、B两点的坐标分别为、
,
则x1、x2为方程x2-2tx+8t-20=0的两根,x1+x2=2t,x1x2=8t-20.
∴
因此,当t=0时,直线PM与y轴重合,当t≠0时,直线PM与y轴平行(9分)
(Ⅲ)∵=
.
∴点M的坐标为.
又∵.
∴直线AB的方程为:,即t(x-4)+10-2y=0.(*)
∵当x=4,y=5时,方程(*)恒成立,
∴对任意实数t,直线AB恒过定点,定点坐标为(4,5).(14分)
已知椭圆E:+
=1(a>b>0)的离心率为
,且过点(
,
).
(Ⅰ)求椭圆E的方程;
(Ⅱ)设直线l:y=kx+t 与圆C:x2+y2=R2(1<R<2)相切于点A,且l与椭圆E只有一个公共点B.
①求证:k2=;
②当R为何值时,丨AB丨取得最大值?并求出最大值.
正确答案
解:(Ⅰ)∵椭圆E:+
=1(a>b>0)的离心率为
,且过点(
,
),
∴,
∴a=2,b=1,
∴椭圆E的方程为…(4分)
(Ⅱ) 证明:①由直线l与圆C:x2+y2=R2(1<R<2)相切于A,得R=,
即 t2=R2(1+k2)…(5分)
又∵l与椭圆E只有一个公共点B,
由得(1+4k2)x2+8ktx+4t2-4=0,
∵直线与椭圆C只有一个公共点
∴△=(8kt)2-4(+4k2)(4t2-4)=0
∴t2=1+4k2②
由①②,得k2=…(8分)
②解:设B(x0,y0),由k2=得t2=
由韦达定理,x02=
∵B(x0,y0)点在椭圆上,
∴y02=1-x02=
∴|OB|2=x02+y02=5-,…(10分)
在直角三角形OAB中,|AB|2=|OB|2-|OA|2=5-(),
∵≥4,当且仅当R=
∈(1,2)时取等号,
∴|AB|2≤5-4=1,
∴AB的最大值为1.…(12分)
解析
解:(Ⅰ)∵椭圆E:+
=1(a>b>0)的离心率为
,且过点(
,
),
∴,
∴a=2,b=1,
∴椭圆E的方程为…(4分)
(Ⅱ) 证明:①由直线l与圆C:x2+y2=R2(1<R<2)相切于A,得R=,
即 t2=R2(1+k2)…(5分)
又∵l与椭圆E只有一个公共点B,
由得(1+4k2)x2+8ktx+4t2-4=0,
∵直线与椭圆C只有一个公共点
∴△=(8kt)2-4(+4k2)(4t2-4)=0
∴t2=1+4k2②
由①②,得k2=…(8分)
②解:设B(x0,y0),由k2=得t2=
由韦达定理,x02=
∵B(x0,y0)点在椭圆上,
∴y02=1-x02=
∴|OB|2=x02+y02=5-,…(10分)
在直角三角形OAB中,|AB|2=|OB|2-|OA|2=5-(),
∵≥4,当且仅当R=
∈(1,2)时取等号,
∴|AB|2≤5-4=1,
∴AB的最大值为1.…(12分)
已知椭圆的左右焦点分别为F1,F2,O为坐标原点,过F2的直线l1与C1交于A,B两点,且△ABF1的周长为
,l1的倾斜角为α.
(I)当l1垂直于x轴时,
①求椭圆C1的方程;
②求证:对于∀α∈[0,π),总有.
(II)在(I)的条件下,设直线l2与椭圆交于C,D两点,且OC⊥OD,过O作l2的垂线交l2于E,求E的轨迹方程C2,并比较C2与C1通径所在直线的位置关系.
正确答案
解:(I)①由题意可得,
当斜率不存在时,l1:x=c
故,
②当时,设l1:y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2)
由焦半径公式可得,
故,
,
故
故成立
当时,由题意成立
故对于∀α∈[0,π),总有.
(II)当斜率存在时,设l2:y=tx+b,C(x3,y3),D(x4,y4),
△>0⇒2t2-b2+1>0
故,
原点O到l2的距离为为定值
故E的轨迹方程为,
当斜率不存在时,解得或
均在E上
综上可得,E的轨迹方程C2为,
C1通径所在的方程为x=±1
故两者相离.
解析
解:(I)①由题意可得,
当斜率不存在时,l1:x=c
故,
②当时,设l1:y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2)
由焦半径公式可得,
故,
,
故
故成立
当时,由题意成立
故对于∀α∈[0,π),总有.
(II)当斜率存在时,设l2:y=tx+b,C(x3,y3),D(x4,y4),
△>0⇒2t2-b2+1>0
故,
原点O到l2的距离为为定值
故E的轨迹方程为,
当斜率不存在时,解得或
均在E上
综上可得,E的轨迹方程C2为,
C1通径所在的方程为x=±1
故两者相离.
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