- 直线与圆锥曲线
- 共2643题
在△ABC中,A点的坐标为(0,3),BC边的长为2,且BC在x轴上的区间[-3,3]上滑动.
(1)求△ABC的外心P的轨迹方程;
(2)设直线l:y=x+b与P的轨迹交于E、F点,原点O到直线l的距离为d,求
的最大值,并求此时b的值.
正确答案
解:(1)A(0,3),设B,C的坐标分别为B(t,0),C(t-2,0)(-1≤t≤3),
则线段BC的中垂线方程为x=t-1,①
AB中点(),AB斜率为-
(t≠0),
所以线段AB的中垂线方程为②
由①②消去t得:x2=6y-8(-2≤x≤2且x≠-1)③
当x=-1时,t=0时,三角形外心P为(-1,3/2),适合③;
所以P点的轨迹为x2=6y-8(-2≤x≤2);
(2)将y=x+b代入x2=6y-8得9y2+6(b-1)y+b2+8=0.
由y2=6y-8及-2≤x≤2,得≤x≤2.
所以方程①在区间[,2]有两个实根.
设f(x)=9y2+6(b-1)y+b2+8,则方程③在[,2]上有两个不等实根的充要条件是
解之得:-4≤b≤-3,
∵|y1-y2|==
=
,
∴由弦长公式,得|EF|==
,
又原点到直线的距离为d=,
∴=
,
∵-4≤b≤-3,
∴,
∴当,即b=-4时,
.
解析
解:(1)A(0,3),设B,C的坐标分别为B(t,0),C(t-2,0)(-1≤t≤3),
则线段BC的中垂线方程为x=t-1,①
AB中点(),AB斜率为-
(t≠0),
所以线段AB的中垂线方程为②
由①②消去t得:x2=6y-8(-2≤x≤2且x≠-1)③
当x=-1时,t=0时,三角形外心P为(-1,3/2),适合③;
所以P点的轨迹为x2=6y-8(-2≤x≤2);
(2)将y=x+b代入x2=6y-8得9y2+6(b-1)y+b2+8=0.
由y2=6y-8及-2≤x≤2,得≤x≤2.
所以方程①在区间[,2]有两个实根.
设f(x)=9y2+6(b-1)y+b2+8,则方程③在[,2]上有两个不等实根的充要条件是
解之得:-4≤b≤-3,
∵|y1-y2|==
=
,
∴由弦长公式,得|EF|==
,
又原点到直线的距离为d=,
∴=
,
∵-4≤b≤-3,
∴,
∴当,即b=-4时,
.
已知椭圆的中心在坐标原点O,长轴长为,离心率
,过右焦点F的直线l交椭圆于P,Q两点.
(1)求椭圆的方程;
(2)当直线l的斜率为1时,求△POQ的面积;
(3)若以OP,OQ为邻边的平行四边形是矩形,求满足该条件的直线l的方程.
正确答案
解:(1)由已知,椭圆方程可设为.
∵长轴长为,离心率
,
∴.
所求椭圆方程为.
(2)因为直线l过椭圆右焦点F(1,0),且斜率为1,所以直线l的方程为y=x-1.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由得3y2+2y-1=0,解得
.
∴.
(3)当直线l与x轴垂直时,直线l的方程为x=1,此时∠POQ小于90°,OP,OQ为邻边的平行四边形不可能是矩形.
当直线l与x轴不垂直时,设直线l的方程为y=k(x-1).
由可得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0.
∴.
∵y1=k(x1-1),y2=k(x2-1)
∴
因为以OP,OQ为邻边的平行四边形是矩形.
由得k2=2,
∴.
∴所求直线的方程为.
解析
解:(1)由已知,椭圆方程可设为.
∵长轴长为,离心率
,
∴.
所求椭圆方程为.
(2)因为直线l过椭圆右焦点F(1,0),且斜率为1,所以直线l的方程为y=x-1.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由得3y2+2y-1=0,解得
.
∴.
(3)当直线l与x轴垂直时,直线l的方程为x=1,此时∠POQ小于90°,OP,OQ为邻边的平行四边形不可能是矩形.
当直线l与x轴不垂直时,设直线l的方程为y=k(x-1).
由可得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0.
∴.
∵y1=k(x1-1),y2=k(x2-1)
∴
因为以OP,OQ为邻边的平行四边形是矩形.
由得k2=2,
∴.
∴所求直线的方程为.
设椭圆C:的右、右焦点分别为F1、F2,上顶点为A,过A与AF2垂直的直线交x轴负半轴于Q点,且2
+
=0.
(1)求椭圆C的离心率;
(2)若过A、Q、F2三点的圆恰好与直线x-y-3=0相切,求椭圆C的方程;
(3)在(2)的条件下,过右焦点F2的直线交椭圆于M、N两点,点P(4,0),求△PMN面积的最大值.
正确答案
解:(1)设Q(x0,0).∵F2(c,0),A(0,b),∴=(-c,b),
=(x0,-b)
∵,∴-cx0-b2=0,故 x0=-
,
又∵2+
=0,∴F1为F2Q的中点,故-2c=-
+c,即,b2=3c2=a2-c2,∴e=
=
(2)∵e==
,∴a=2c,b=
c,则F2(c,0),Q(-3c,0),A(0,
c)
∴△AQF2的外接圆圆心(-c,0),半径r=|F2Q|=a=2c
∴=2c,解得c=1,∴a=2,b=
椭圆C的方程为
(3)设直线MN:x=my+1,代入,得,(3m2+4)y2+6my-9=0
设M(x1,y1),n(x2,y2),∴y1+y2=-,y1y2=-
,
|y1-y2|==
∴S△PMN=|PF2|•|y1-y2|=
,
令=λ≥
,
∴S△PMN==
≤
=
∴△PMN面积的最大值为,此时,m=0
解析
解:(1)设Q(x0,0).∵F2(c,0),A(0,b),∴=(-c,b),
=(x0,-b)
∵,∴-cx0-b2=0,故 x0=-
,
又∵2+
=0,∴F1为F2Q的中点,故-2c=-
+c,即,b2=3c2=a2-c2,∴e=
=
(2)∵e==
,∴a=2c,b=
c,则F2(c,0),Q(-3c,0),A(0,
c)
∴△AQF2的外接圆圆心(-c,0),半径r=|F2Q|=a=2c
∴=2c,解得c=1,∴a=2,b=
椭圆C的方程为
(3)设直线MN:x=my+1,代入,得,(3m2+4)y2+6my-9=0
设M(x1,y1),n(x2,y2),∴y1+y2=-,y1y2=-
,
|y1-y2|==
∴S△PMN=|PF2|•|y1-y2|=
,
令=λ≥
,
∴S△PMN==
≤
=
∴△PMN面积的最大值为,此时,m=0
如图,已知椭圆C:
+y2=1(a>1)的上顶点为A,右焦点为F,直线AF与圆M:x2+y2-6x-2y+7=0相切.
(Ⅰ)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)不过点A的动直线l与椭圆C相交于PQ两点,且•
=0.求证:直线l过定点,并求出该定点的坐标.
正确答案
(Ⅰ)解:将圆M的一般方程x2+y2-6x-2y+7=0化为标准方程(x-3)2+(y-1)2=3,
圆M的圆心为M(3,1),半径r=
由A(0,1),F(c,0)(c=),得直线AF:
+y=1,即x+cy-c=0,
由直线AF与圆M相切,得=
,∴c2=2
∴a2=c2+1=3,∴椭圆C的方程为C:+y2=1;
(Ⅱ)证明:∵•
=0,∴AP⊥AQ,从而直线AP与坐标轴不垂直,
由A(0,1)可设直线AP的方程为y=kx+1,则直线AQ的方程为y=-
将y=kx+1代入椭圆C的方程,整理得:(1+3k2)x2+6kx=0,
解得x=0或x=-,因此P的坐标为(-
,-
+1),
即P(-,
)
将上式中的k换成-,得Q(
,
)
∴直线l的斜率为=
直线l的方程为y=(x-
)+
化简得直线l的方程为y=x-
,因此直线l过定点N(0,-
).
解析
(Ⅰ)解:将圆M的一般方程x2+y2-6x-2y+7=0化为标准方程(x-3)2+(y-1)2=3,
圆M的圆心为M(3,1),半径r=
由A(0,1),F(c,0)(c=),得直线AF:
+y=1,即x+cy-c=0,
由直线AF与圆M相切,得=
,∴c2=2
∴a2=c2+1=3,∴椭圆C的方程为C:+y2=1;
(Ⅱ)证明:∵•
=0,∴AP⊥AQ,从而直线AP与坐标轴不垂直,
由A(0,1)可设直线AP的方程为y=kx+1,则直线AQ的方程为y=-
将y=kx+1代入椭圆C的方程,整理得:(1+3k2)x2+6kx=0,
解得x=0或x=-,因此P的坐标为(-
,-
+1),
即P(-,
)
将上式中的k换成-,得Q(
,
)
∴直线l的斜率为=
直线l的方程为y=(x-
)+
化简得直线l的方程为y=x-
,因此直线l过定点N(0,-
).
已知F1、F2分别为椭圆C:+
=1(a>b>0)的左、右焦点,且离心率为
,点A(-
,
)在椭圆C上.
(1)求椭圆C的方程;
(2)是否存在斜率为k的直线l与椭圆C交于不同的两点M、N,使直线F2M与F2N的倾斜角互补,且直线l是否恒过定点,若存在,求出该定点的坐标;若不存在,说明理由.
正确答案
解:(1)∵F1、F2分别为椭圆C:+
=1(a>b>0)的左、右焦点,
且离心率为,点A(-
,
)在椭圆C上.
∴,解得a2=2,b2=1.
∴椭圆C的方程为.…(6分)
(2)由题意知直线MN存在斜率,其方程为y=kx+m,
由,
消去y,得(2k2+1)x2+4kmx+2m2-2=0,
△=(4km)2-4(2k2+1)(2m2-2)>0,
设M(,
,…(8分)
又kF2M=,
,
由已知直线F2M与F2N的倾斜角互补,
得.
化简,得2kx1x2+(m-k)(x1+x2)-2m=0,
∴
整理得m=-2k.…(10分)
直线MN的方程为y=k(x-2),
因此直线MN过定点,该定点的坐标为(2,0).…(12分)
解析
解:(1)∵F1、F2分别为椭圆C:+
=1(a>b>0)的左、右焦点,
且离心率为,点A(-
,
)在椭圆C上.
∴,解得a2=2,b2=1.
∴椭圆C的方程为.…(6分)
(2)由题意知直线MN存在斜率,其方程为y=kx+m,
由,
消去y,得(2k2+1)x2+4kmx+2m2-2=0,
△=(4km)2-4(2k2+1)(2m2-2)>0,
设M(,
,…(8分)
又kF2M=,
,
由已知直线F2M与F2N的倾斜角互补,
得.
化简,得2kx1x2+(m-k)(x1+x2)-2m=0,
∴
整理得m=-2k.…(10分)
直线MN的方程为y=k(x-2),
因此直线MN过定点,该定点的坐标为(2,0).…(12分)
已知M(-2,0),N(2,0)两点,动点P在y轴上的射影为H,且使
与
分别是公比为2的等比数列的第三、四项.
(1)求动点P的轨迹C的方程;
(2)已知过点N的直线l交曲线C于x轴下方两个不同的点A、B,设R为AB的中点,若过点R与定点Q(0,-2)的直线交x轴于点D(x0,0),求x0的取值范围.
正确答案
解:(1)M(-2,0),N(2,0),设动点P的坐标为(x,y),所以H(0,y),
所以,…(3分)
…(5分),
由条件,得y2-x2=4,又因为是等比,所以x2≠0,
所以,所求动点的轨迹方程y2-x2=4(x≠0).…(7分)
(2)设直线l的方程为y=k(x-2),A(x1,y1),B(x2,y2),
联立方程组得,∴
.
∴.
∴,…(10分)
,…(12分)
直线RQ的方程为,
∴,
∴.…(15分)
解析
解:(1)M(-2,0),N(2,0),设动点P的坐标为(x,y),所以H(0,y),
所以,…(3分)
…(5分),
由条件,得y2-x2=4,又因为是等比,所以x2≠0,
所以,所求动点的轨迹方程y2-x2=4(x≠0).…(7分)
(2)设直线l的方程为y=k(x-2),A(x1,y1),B(x2,y2),
联立方程组得,∴
.
∴.
∴,…(10分)
,…(12分)
直线RQ的方程为,
∴,
∴.…(15分)
如图,已知点F为抛物线C1:y2=4x的焦点,过点F任作两条互相垂直的直线l1,l2,分别交抛物线C1于A,C,B,D四点,E,G分别为AC,BD的中点.
(Ⅰ)直线EG是否过定点?若过,求出该定点;若不过,说明理由;
(Ⅱ)设直线EG交抛物线C1于M,N两点,试求|MN|的最小值.
正确答案
解:(Ⅰ)直线EG过定点(3,0),设A(x1,y1),C(x2,y2),
直线AC的方程为x=my+1,代入抛物线C1的方程,得y2-4my-4=0,
则x1+x2=4m,x1x2=4m2+2,
∴AC的中点坐标为E(2m2+1,2m),
由AC⊥BD,得BD的中点坐标为G(+1,-
),
令2m2+1=+1,得m2=1,此时2m2+1=
+1=3,
故直线过点H(3,0),
当m2≠1时,kHE=,
同理kHG=,
∴kHE=kHG,
∴E,H,G三点共线,
故直线过定点H(3,0);
(Ⅱ)设M(,yM),N(
,yN),直线EG的方程为x=ty+3,代入抛物线方程可得y2-4ty-12=0,
∴yM+yN=4t,yMyN=-12,
∴|MN|2=(-
)2+(yM-yN)2=16(t2+3)(t2+1)≥48,
∴|MN|,
当t=0,即直线EG垂直于x轴时,|MN|取得最小值4.
解析
解:(Ⅰ)直线EG过定点(3,0),设A(x1,y1),C(x2,y2),
直线AC的方程为x=my+1,代入抛物线C1的方程,得y2-4my-4=0,
则x1+x2=4m,x1x2=4m2+2,
∴AC的中点坐标为E(2m2+1,2m),
由AC⊥BD,得BD的中点坐标为G(+1,-
),
令2m2+1=+1,得m2=1,此时2m2+1=
+1=3,
故直线过点H(3,0),
当m2≠1时,kHE=,
同理kHG=,
∴kHE=kHG,
∴E,H,G三点共线,
故直线过定点H(3,0);
(Ⅱ)设M(,yM),N(
,yN),直线EG的方程为x=ty+3,代入抛物线方程可得y2-4ty-12=0,
∴yM+yN=4t,yMyN=-12,
∴|MN|2=(-
)2+(yM-yN)2=16(t2+3)(t2+1)≥48,
∴|MN|,
当t=0,即直线EG垂直于x轴时,|MN|取得最小值4.
如图,O为坐标原点,点F为抛物线C1:x2=2py(p>0)的焦点,且抛物线C1上点P处的切线与圆C2:x2+y2=1相切于点Q.
(Ⅰ)当直线PQ的方程为x-y-=0时,求抛物线C1的方程;
(Ⅱ)当正数p变化时,记S1,S2分别为△FPQ,△FOQ的面积,求的最小值.
正确答案
解:(Ⅰ)设点P(x0,),由x2=2py(p>0)得,y=
,求导y′=
,
因为直线PQ的斜率为1,所以=1且x0-
-
=0,解得p=2
,
所以抛物线C1 的方程为.
(Ⅱ)因为点P处的切线方程为:y-=
(x-x0),即2x0x-2py-
=0,
根据切线与圆切,得d=r,即=1,化简得
,
由方程组,解得Q(
,
),
所以|PQ|=|xP-xQ|=
=
,
点F(0,)到切线PQ的距离是d=
=
,
所以=
×
×
=
,
=
,
而由知,4p2=
,得|x0|>2,
所以=
=
=
==
+3≥2
+3,当且仅当
时取“=”号,即
,此时,p=
.
所以的最小值为2
+3.
解析
解:(Ⅰ)设点P(x0,),由x2=2py(p>0)得,y=
,求导y′=
,
因为直线PQ的斜率为1,所以=1且x0-
-
=0,解得p=2
,
所以抛物线C1 的方程为.
(Ⅱ)因为点P处的切线方程为:y-=
(x-x0),即2x0x-2py-
=0,
根据切线与圆切,得d=r,即=1,化简得
,
由方程组,解得Q(
,
),
所以|PQ|=|xP-xQ|=
=
,
点F(0,)到切线PQ的距离是d=
=
,
所以=
×
×
=
,
=
,
而由知,4p2=
,得|x0|>2,
所以=
=
=
==
+3≥2
+3,当且仅当
时取“=”号,即
,此时,p=
.
所以的最小值为2
+3.
如图,已知椭圆C的方程为
=1(a>b>0),双曲线
=1的两条渐近线为l1,l2.过椭圆C的右焦点F作直线l,使l⊥l1,又l与l2交于点P,设l与椭圆C的两个交点由上至下依次为A,B.
(Ⅰ)若l1与l2的夹角为60°,且双曲线的焦距为4,求椭圆C的方程;
(Ⅱ)求的最大值.
正确答案
解:(Ⅰ)因为双曲线方程为,
所以双曲线的渐近线方程为y=.
因为两渐近线的夹角为60°且,所以∠POF=30°.
所以. 所以a=
.
因为c=2,所以a2+b2=4,所以a=,b=1.
所以椭圆C的方程为.…(4分)
(Ⅱ)因为l⊥l1,所以直线l的方程为y=,其中c=
.…(5分)
直线l2的方程为y=,联立直线l与l2的方程,解得点P(
).…(6分)
设=λ,则
=
.…(7分)
因为点F(c,0),设点A(x0,y0),则有(x0-c,y0)=λ(,
).
解得,y0=
.…(8分)
因为点A(x0,y0)在椭圆上,
所以+
=1.
即(c2+λa2)2+λ2a4=(1+λ)2a2c2.
等式两边同除以a4,得(e2+λ)2+λ2=e2(1+λ)2,e∈(0,1),
所以=-(2-e2+
)+3≤
=3-2
=(
)2.…(10分)
所以当2-e2=,即e=
时,λ取得最大值
.
故的最大值为
.…(12分)
解析
解:(Ⅰ)因为双曲线方程为,
所以双曲线的渐近线方程为y=.
因为两渐近线的夹角为60°且,所以∠POF=30°.
所以. 所以a=
.
因为c=2,所以a2+b2=4,所以a=,b=1.
所以椭圆C的方程为.…(4分)
(Ⅱ)因为l⊥l1,所以直线l的方程为y=,其中c=
.…(5分)
直线l2的方程为y=,联立直线l与l2的方程,解得点P(
).…(6分)
设=λ,则
=
.…(7分)
因为点F(c,0),设点A(x0,y0),则有(x0-c,y0)=λ(,
).
解得,y0=
.…(8分)
因为点A(x0,y0)在椭圆上,
所以+
=1.
即(c2+λa2)2+λ2a4=(1+λ)2a2c2.
等式两边同除以a4,得(e2+λ)2+λ2=e2(1+λ)2,e∈(0,1),
所以=-(2-e2+
)+3≤
=3-2
=(
)2.…(10分)
所以当2-e2=,即e=
时,λ取得最大值
.
故的最大值为
.…(12分)
在复平面上,点P(x,y)所对应的复数p=x+yi(i为虚数单位),z=a+bi(a、b∈R)是某给定复数,复数q=p•z所对应的点为Q(x′,y′),我们称点P经过变换z成为了点Q,记作Q=z(P).
(1)给出z=1+2i,且z(P)=Q(8,1),求点P的坐标;
(2)给出z=3+4i,若P在椭圆+
=1上运动,Q=z(P),求|OQ|的取值范围;
(3)已知P在双曲线x2-y2=1上运动,试问是否存在z,使得Q=z(P)在双曲线y=上运动?若存在,请求出z;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)根据题意,有8+i=(1+2i)•p
∴p=,∴点P的坐标为(2,-3)
(2)∵P在椭圆上运动,∴|p|=|OP|∈[2,3]
又|z|=5,∴|OQ|=|q|=|pz|∈[10,15]
(3)不存在.
假设存在z=a+bi(a,b∈R),使得Q=z(P)在曲线上运动.
在直线y=3x+1上取点P1(0,1),所以q1=z•p1=-b+ai,对应的Q1(-b,a)在曲线上,所以-b=
,即ab=-1.
再取点P2(),所以
,对应的点Q1(
)在曲线
上,所以
即ab=9.
二者矛盾,所以不存在满足条件的z.
解析
解:(1)根据题意,有8+i=(1+2i)•p
∴p=,∴点P的坐标为(2,-3)
(2)∵P在椭圆上运动,∴|p|=|OP|∈[2,3]
又|z|=5,∴|OQ|=|q|=|pz|∈[10,15]
(3)不存在.
假设存在z=a+bi(a,b∈R),使得Q=z(P)在曲线上运动.
在直线y=3x+1上取点P1(0,1),所以q1=z•p1=-b+ai,对应的Q1(-b,a)在曲线上,所以-b=
,即ab=-1.
再取点P2(),所以
,对应的点Q1(
)在曲线
上,所以
即ab=9.
二者矛盾,所以不存在满足条件的z.
扫码查看完整答案与解析