- 圆锥曲线中的探索性问题
- 共76题
设P是圆x2+y2=4上的任意一点,过P作x轴的垂线段PD,D为垂足, M是线段PD上的点,且满足|DM|=m|PD|(0<m<1),当点P在圆上运动时,记M的轨迹为曲线C.
(1)求曲线C的方程;
(2)过曲线C的左焦点F作斜率为的直线l交曲线C于A、B两点,点Q满足,是否存在实数m,使得点Q在曲线C上,若存在,求出m的值,若不存在,请说明理由。
正确答案
见解析
解析
(1)如图设M(x,y)、P(x0,y0),则由|DM|=m|PD|(0<m<1)得
x= x0,|y|=m| y0|,即
∵,∴即为曲线C的方程。………6′
(2)设,则
由得:………8′
设A(x1,y1)、B(x2,y2).
则,.
∴,………9′
∵
即Q点坐标为,将Q点代入,得.
∴存在当时,Q点在曲线C上。………13′
知识点
已知椭圆的左右焦点分别是,直线与椭圆交于两点且当时,M是椭圆的上顶点,且△的周长为6.
(1)求椭圆 的方程;
(2)设椭圆的左顶点为A,直线与直线:分别相交于点,问当变化时,以线段为直径的圆被轴截得的弦长是否为定值?若是,求出这个定值,若不是,说明理由。
正确答案
见解析
解析
(1)当时,直线的倾斜角为,
所以:…………3分
解得:,……5分
所以椭圆方程是:;……6分
(2)当时,直线的方程为:,此时,M,N点的坐标分别是,又点坐标是(-2,0),由图可以得到P,Q两点坐标分别是(4,3),(4,-3),以PQ为直径的圆过右焦点,被轴截得的弦长为6,猜测当 变化时,以PQ为直径的圆恒过焦点,被轴截得的弦长为定值6,……………………8分
证明如下:设点M,N点的坐标分别是,则直线的方程是:,
所以点的坐标是,同理,点的坐标是,…………………9分
由方程组得到:,
所以:,…………………11分
从而:
所以:以为直径的圆一定过右焦点,被轴截得的弦长为定值6。……………13分
知识点
如图6,已知点,是点A关于直线的对称点,P为轴上的动点。
(1)求的最小值;
(2)已知抛物线C的顶点为原点O,焦点在轴,且过点B,⊙M的圆心M在抛物线C上运动,且过点A',D,E为⊙M与y轴的两个交点,试探究三角形A'DE的面积是否随圆心M的变化而变化?若没有变化,求出三角形A'DE的面积。
正确答案
见解析。
解析
(1)
设点关于x轴的对称点为A1,则A1的坐标为
于是
当且仅当A、P、B三点共线是取等号,
这时|PA|+|PB|取得最小值
(2)解法一:依题意知点
设抛物线C的方程为
由抛物线C过点B得
即抛物线C的方程为
过点M作y轴的垂线,垂足为G,则点G平分DE,
设圆心为M(m,n),
则
即当M运动时,弦DE的长不随圆心M的变化而变化,
又∵点A'到y轴的距离不变,∴三角形A'DE的面积不随圆心M的变化而变化,
解法二:依题意知点
设抛物线C的方程为
由抛物线C过点B得
即抛物线C的方程为
设圆的圆心为 ∵圆M过点
∴圆的方程为
令得,
∵点在抛物线上,
设
则
,即
即当M运动时,弦DE的长不随圆心M的变化而变化,
又∵点A'到y轴的距离不变,∴三角形A'DE的面积不随圆心M的变化而变化;
解法三:依题意知点
设抛物线C的方程为
由抛物线C过点B得
即抛物线C的方程为
设圆的圆心为 ∵圆M过点
∴圆的方程为
令得:
∵点在抛物线上,
设
由求根公式得
即
∴当M运动时,弦长|DE|为定值,
又∵点A'到y轴的距离不变,∴三角形A'DE的面积不随圆心M的变化而变化,
解法四:依题意知点
设抛物线C的方程为
由抛物线C过点B得
即抛物线C的方程为
设圆的圆心为 ∵圆M过点
∴圆的方程为
令得,
设
则,
又∵点在抛物线上,
∴当M运动时,弦长|DE|为定值,又∵点A'到y轴的距离不变,
∴三角形A'DE的面积不随圆心M的变化而变化,
知识点
已知平面内一动点到椭圆的右焦点的距离与到直线的距离相等。
(1)求动点的轨迹的方程;
(2)过点()作倾斜角为的直线与曲线相交于,两点,若点始终在以线段为直径的圆内,求实数的取值范围;
(3)过点()作直线与曲线相交于,两点,问:是否存在一条垂直于轴的直线与以线段为直径的圆始终相切?若存在,求出所有的值;若不存在,请说明理由﹒
正确答案
见解析
解析
(1)易知椭圆的右焦点坐标为。
由抛物线的定义,知P点的轨迹是以为焦点,直线为准线的抛物线。
所以,动点P的轨迹C的方程为。 ……………………………………4分
(2)由题意知,直线AB的方程为。
代入,得。
设,则。
因为点始终在以线段为直径的圆内,
为钝角。
又,,
,。
即,
。
因此,
。
综上,实数的取值范围是。
(3)设过点的直线方程为,代入,得
,设,则,。
于是。
的中点坐标为
又
。
设存在直线满足条件,则。
化简,得。
所以,对任意的恒成立,
所以
解得,。
所以,当时,存在直线与以线段为直径的圆始终相切,…………13分
知识点
已知椭圆的左右焦点分别是,直线与椭圆交于两点且当时,M是椭圆的上顶点,且△的周长为6.
(1)求椭圆 的方程;
(2)设椭圆的左顶点为A,直线与直线:分别相交于点,问当变化时,以线段为直径的圆被轴截得的弦长是否为定值?若是,求出这个定值,若不是,说明理由。
正确答案
见解析
解析
(1)当时,直线的倾斜角为,所以:…………3分
解得:,……5分 所以椭圆方程是:;……6分
(2)当时,直线的方程为:,此时,M,N点的坐标分别是,又点坐标是(-2,0),由图可以得到P,Q两点坐标分别是(4,3),(4,-3),以PQ为直径的圆过右焦点,被轴截得的弦长为6,猜测当 变化时,以PQ为直径的圆恒过焦点,被轴截得的弦长为定值6,……………………8分
证明如下:设点M,N点的坐标分别是,则直线的方程是:,
所以点的坐标是,同理,点的坐标是,…………………9分
由方程组得到:,
所以:,…………………11分
从而:
所以:以为直径的圆一定过右焦点,被轴截得的弦长为定值6。……………13分
知识点
设点P是曲线C:x2=2py(p>0)上的动点,点P到点(0,1)的距离和它到焦点F的距离之和的最小值为。
(1)求曲线C的方程;
(2)若点P的横坐标为1,过P作斜率为k(k≠0)的直线交C于点Q,交x轴于点M,过点Q且与PQ垂直的直线与C交于另一点N,问是否存在实数k,使得直线MN与曲线C相切?若存在,求出k的值;若不存在,请说明理由。
正确答案
见解析。
解析
(1)依题意知,解得.
所以曲线的方程为.
(2)由题意直线的方程为:,则点
联立方程组,消去得
得.
所以得直线的方程为.
代入曲线,得.
解得.
所以直线的斜率.
过点的切线的斜率.
由题意有.
解得.
故存在实数使命题成立,
知识点
已知,点B是轴上的动点,过B作AB的垂线交轴于点Q,若,.
(1)求点P的轨迹方程;
(2)是否存在定直线,以PM为直径的圆与直线的相交弦长为定值,若存在,求出定直线方程;若不存在,请说明理由。
正确答案
(1)y2=x(2)x=
解析
(1)设B(0,t),设Q(m,0),t2=|m|,m0, m=-4t2,
Q(-4t2,0),设P(x,y),则=(x-,y),=(-4t2-,0),
2=(-,2 t), +=2。
(x-,y)+ (-4t2-,0)= (-,2 t),
x=4t2,y=2 t, y2=x,此即点P的轨迹方程; 6分。
(2)由(1),点P的轨迹方程是y2=x;设P(y2,y),M (4,0) ,则以PM为直径的圆的圆心即PM的中点T(,), 以PM为直径的圆与直线x=a的相交弦长:
L=2
=2=2 10分
若a为常数,则对于任意实数y,L为定值的条件是a-=0, 即a=时,L=
存在定直线x=,以PM为直径的圆与直线x=的相交弦长为定值。
知识点
已知椭圆抛物线的焦点均在轴上,的中心和的顶点均为原点从每条曲线上取两个点,将其坐标记录于下表中:
(1)求的标准方程;
(2)设斜率不为的动直线与有且只有一个公共点且与的准线相交于点试探究:在坐标平面内是否存在定点使得以为直径的圆恒过点若存在,求出点的坐标;若不存在,请说明理由。
正确答案
见解析
解析
解析:(1)设的标准方程分别为:
和代入抛物线方程中得到的解相同,…………………………2分,
且和在椭圆上,代入椭圆方程得故的标准方程分别为 …………………………5分
(2)设直线的方程为将其代入消去并化简整理得
与相切,
…………………………7分,
设切点则又直线与的准线的交点以为直径的圆的方程为
…………………………10分,
化简并整理得恒成立,故即存在定点合题意。 …………………………12分
知识点
如图,两条相交线段、的四个端点都在椭圆上,其中,直线的方程为,直线的方程为。
(1)若,,求的值;
(2)探究:是否存在常数,当变化时,恒有?
正确答案
见解析
解析
(1)由,
解得,,
因为,所以。
设,则,
化简得,……5分
又,联立方程组,解得,或。
因为平分,所以不合,故
(2)设,,由,得。
,,,
若存常数,当变化时,恒有,则由(1)知只可能。
①当时,取,等价于,
即,
即,
即,此式恒成立。
所以,存常数,当变化时,恒有,
②当时,取,由对称性同理可知结论成立。
故,存常数,当变化时,恒有,
知识点
已知椭圆的中心为原点,离心率,其一个焦点在抛物线的准线上,若抛物线与直线相切。
(1)求该椭圆的标准方程;
(2)当点在椭圆上运动时,设动点的运动轨迹为,若点满足:,其中是上的点,直线与的斜率之积为,试说明:是否存在两个定点,使得为定值?若存在,求的坐标;若不存在,说明理由。
正确答案
见解析
解析
(1)由,
抛物线与直线相切,
抛物线的方程为:,其准线方程为:,
离心率, ,
故椭圆的标准方程为
(2)设,,
则当点在椭圆上运动时,
动点的运动轨迹
的轨迹方程为:
由得
设分别为直线,的斜率,由题设条件知
因此
因为点在椭圆上,所以,
故
所以,从而可知:点是椭圆上的点,
存在两个定点,且为椭圆的两个焦点,使得为定值,其坐标为。
知识点
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