- 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|,
m
0, 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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