- 直线与圆锥曲线
- 共2643题
某校同学设计一个如图所示的“蝴蝶形图案(阴影区域)”,其中AC、BD是过抛物线Γ焦点F的两条弦,且其焦点F(0,1),
,点E为y轴上一点,记∠EFA=α,其中α为锐角.
①求抛物线Γ方程;
②如果使“蝴蝶形图案”的面积最小,求α的大小?
正确答案
解:①由抛物线Γ焦点F(0,1)得,抛物线Γ方程为x2=4y;
②设AF=m,则点A(-msinα,mcosα+1),
∴(-msinα)2=4(1+mcosα),即m2sin2α-4mcosα-4=0.
解得:,
∵m>0,∴.
同理:,
,
.
“蝴蝶形图案”的面积
=
.
令,∴
.
则,∴
时,即
时“蝴蝶形图案”的面积最小为8.
解析
解:①由抛物线Γ焦点F(0,1)得,抛物线Γ方程为x2=4y;
②设AF=m,则点A(-msinα,mcosα+1),
∴(-msinα)2=4(1+mcosα),即m2sin2α-4mcosα-4=0.
解得:,
∵m>0,∴.
同理:,
,
.
“蝴蝶形图案”的面积
=
.
令,∴
.
则,∴
时,即
时“蝴蝶形图案”的面积最小为8.
如图,曲线C1是以原点O为中心、F1,F2为焦点的椭圆的一部分,曲线C2是以O为顶点、F2为焦点的抛物线的一部分,A是曲线C1和C2的交点且∠AF2F1为钝角,若|AF1|=
,|AF2|=
,
(1)求曲线C1和C2的方程;
(2)过F2作一条与x轴不垂直的直线,分别与曲线C1、C2依次交于B、C、D、E四点,若G为CD中点、H为BE中点,问是否为定值?若是求出定值;若不是说明理由.
正确答案
解:(1)设椭圆方程为,则2a=|AF1|+|AF2|=
=6,得a=3
设A(x,y),F1(-c,0),F2(c,0∵|AF1|=,|AF2|=
则
,两式相减得xc=
,由抛物线定义可知,|AF2|=x+c=
则c=1,x=或x=1,c=
(舍去)
所以椭圆方程为 抛物线方程为y2=4x
(2)设B(x1,y1),E(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4),
设过F2作一条与x轴不垂直的直线方程为y=k(x-1),代入,
得(8+9k2)y2+16ky-64k2=0
∴y1+y2=-,y1y2=-
同理,把y=k(x-1)代入y2=4x,得,ky2-4y-4k=0,y3+y4=,y3y4=-4
所以 =
•
=
==
=3
解析
解:(1)设椭圆方程为,则2a=|AF1|+|AF2|=
=6,得a=3
设A(x,y),F1(-c,0),F2(c,0∵|AF1|=,|AF2|=
则
,两式相减得xc=
,由抛物线定义可知,|AF2|=x+c=
则c=1,x=或x=1,c=
(舍去)
所以椭圆方程为 抛物线方程为y2=4x
(2)设B(x1,y1),E(x2,y2),C(x3,y3),D(x4,y4),
设过F2作一条与x轴不垂直的直线方程为y=k(x-1),代入,
得(8+9k2)y2+16ky-64k2=0
∴y1+y2=-,y1y2=-
同理,把y=k(x-1)代入y2=4x,得,ky2-4y-4k=0,y3+y4=,y3y4=-4
所以 =
•
=
==
=3
已知双曲线C:,A.B两点分别在双曲线C的两条渐近线上,且
,又点P为AB的中点.
(1)求点P的轨迹方程并判断其形状;
(2)若不同三点D(-2,0)、S、T 均在点P的轨迹上,且; 求T点横坐标xT的取值范围.
正确答案
解:(1)双曲线渐近线为与
.
所以设,
,
所以,
,
又,
所以点P的轨迹方程为,
所以m=1时P的轨迹为圆;m>1时P的轨迹为焦点在x轴上的椭圆;0<m<1时P的轨迹为焦点在y轴上的椭圆;(6分)
(2)把D(-2,0)代入,得P的轨迹的
…①
设直线DS为y=k(x+2)…②
联立①②得(1+4k2)x2+16k2x+16k2-4=0
设点S(x1,y1),有,
所以,
则直线ST为
化简为:③
联立①,③得,
所以,
所以=
( 因为三点不同,易知k≠0)
=
所以xT的取值范围为…(14分)
解析
解:(1)双曲线渐近线为与
.
所以设,
,
所以,
,
又,
所以点P的轨迹方程为,
所以m=1时P的轨迹为圆;m>1时P的轨迹为焦点在x轴上的椭圆;0<m<1时P的轨迹为焦点在y轴上的椭圆;(6分)
(2)把D(-2,0)代入,得P的轨迹的
…①
设直线DS为y=k(x+2)…②
联立①②得(1+4k2)x2+16k2x+16k2-4=0
设点S(x1,y1),有,
所以,
则直线ST为
化简为:③
联立①,③得,
所以,
所以=
( 因为三点不同,易知k≠0)
=
所以xT的取值范围为…(14分)
椭圆C的中心在坐标原点O,焦点在y轴上,离心率为,以短轴的一个端点与两焦点为顶点的三角形的面积为
.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若过点P(0,m)存在直线l与椭圆C交于相异两点A,B,满足:且
,求常数λ的值和实数m的取值范围.
正确答案
解:(1)设椭圆的方程为:,
由题意知,,且
,
解得:a=1,.
故椭圆C的方程为:y2+2x2=1.
(2)由得,
,
∴,
∴1+λ=4,λ=3.
当直线l与x轴不垂直时,设直线l的方程为:y=kx+m,
且与椭圆C的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
由得:(k2+2)x2+2kmx+m2-1=0,
∴△=(2km)2-4(k2+2)(m2-1)=4(k2-2m2+2)>0,,
,
由得-x1=3x2,
∴x1+x2=-2x2,x1x2=-3x22,
消去x1,x2得:3(x1+x2)2+4x1x2=0,
即,(4m2-1)k2=2-2m2.
当时,上式不成立,∴
,
代入△>0,即k2>2m2-2,得恒成立,
即,解得
,
∴或
.
当直线l与x轴垂直时,l的方程为:x=0得.
综上所述:m的取值范围为.
解析
解:(1)设椭圆的方程为:,
由题意知,,且
,
解得:a=1,.
故椭圆C的方程为:y2+2x2=1.
(2)由得,
,
∴,
∴1+λ=4,λ=3.
当直线l与x轴不垂直时,设直线l的方程为:y=kx+m,
且与椭圆C的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
由得:(k2+2)x2+2kmx+m2-1=0,
∴△=(2km)2-4(k2+2)(m2-1)=4(k2-2m2+2)>0,,
,
由得-x1=3x2,
∴x1+x2=-2x2,x1x2=-3x22,
消去x1,x2得:3(x1+x2)2+4x1x2=0,
即,(4m2-1)k2=2-2m2.
当时,上式不成立,∴
,
代入△>0,即k2>2m2-2,得恒成立,
即,解得
,
∴或
.
当直线l与x轴垂直时,l的方程为:x=0得.
综上所述:m的取值范围为.
已知F1(-2,0),F2(2,0),点P满足|PF1|-|PF2|=2,记点P的轨迹为E,.
(1)求轨迹E的方程;
(2)若直线l过点F2且法向量为,直线与轨迹E交于P、Q两点.
①过P、Q作y轴的垂线PA、QB,垂足分别为A、B,记|PQ|=λ|AB|,试确定λ的取值范围;
②在x轴上是否存在定点M,无论直线l绕点F2怎样转动,使恒成立?如果存在,求出定点M;如果不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)由|PF1|-|PF2|=2<|F1F2|知,点P的轨迹是以F1,F2为焦点的双曲线的右支.
轨迹方程为.
(2)直线l的方程为a(x-2)+y=0,
由得(a2-3)x2-4a2x+4a2+3=0,设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由条件得
解得a2>3即.
①,|AB|=|y1-y2|=|a||x1-x2|
由条件,故x1≠x2,∴
,
因为a2>3,因此.
②设存在点M(m,0)满足条件,由
=,
得3(1-m2)+a2(m2-4m-5)=0对任意a2>3恒成立,
所以,解得m=-1,
因此存在定点M(-1,0)满足条件.
解析
解:(1)由|PF1|-|PF2|=2<|F1F2|知,点P的轨迹是以F1,F2为焦点的双曲线的右支.
轨迹方程为.
(2)直线l的方程为a(x-2)+y=0,
由得(a2-3)x2-4a2x+4a2+3=0,设P(x1,y1),Q(x2,y2),
由条件得
解得a2>3即.
①,|AB|=|y1-y2|=|a||x1-x2|
由条件,故x1≠x2,∴
,
因为a2>3,因此.
②设存在点M(m,0)满足条件,由
=,
得3(1-m2)+a2(m2-4m-5)=0对任意a2>3恒成立,
所以,解得m=-1,
因此存在定点M(-1,0)满足条件.
如图,在平面直角坐标系xOy中,椭圆C:
+
=1(a>b>0)的离心率为
,直线l与x轴交于点E,与椭圆C交于A、B两点.当直线l垂直于x轴且点E为椭圆C的右焦点时,弦AB的长为
.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若点E的坐标为(,0),点A在第一象限且横坐标为
,连结点A与原点O的直线交椭圆C于另一点P,求△PAB的面积;
(3)是否存在点E,使得+
为定值?若存在,请指出点E的坐标,并求出该定值;若不存在,请说明理由.
正确答案
解:(1)由,设a=3k(k>0),则
,b2=3k2,
∴椭圆C的方程为,
∵直线l垂直于x轴且点E为椭圆C的右焦点,即,代入椭圆方程,解得y=±k,
于是,即
,
∴椭圆C的方程为.
(2)将代入
,解得y=±1,
∵点A在第一象限,从而,
由点E的坐标为,∴
,直线AB的方程为
,
联立,解得
,
又PA过原点O,于是,|PA|=4,
∴直线PA的方程为,
∴点B到直线PA的距离,
.
(3)假设存在点E,使得为定值,设E(x0,0),
当直线AB与x轴重合时,有,
当直线AB与x轴垂直时,,
由,解得
,
,
∴若存在点E,此时,
为定值2.
根据对称性,只需考虑直线AB过点,设A(x1,y1),B(x2,y2),
又设直线AB的方程为,与椭圆C联立方程组,
化简得,
∴,
,
又,
∴,
将上述关系代入,化简可得.
综上所述,存在点,使得
为定值2.
解析
解:(1)由,设a=3k(k>0),则
,b2=3k2,
∴椭圆C的方程为,
∵直线l垂直于x轴且点E为椭圆C的右焦点,即,代入椭圆方程,解得y=±k,
于是,即
,
∴椭圆C的方程为.
(2)将代入
,解得y=±1,
∵点A在第一象限,从而,
由点E的坐标为,∴
,直线AB的方程为
,
联立,解得
,
又PA过原点O,于是,|PA|=4,
∴直线PA的方程为,
∴点B到直线PA的距离,
.
(3)假设存在点E,使得为定值,设E(x0,0),
当直线AB与x轴重合时,有,
当直线AB与x轴垂直时,,
由,解得
,
,
∴若存在点E,此时,
为定值2.
根据对称性,只需考虑直线AB过点,设A(x1,y1),B(x2,y2),
又设直线AB的方程为,与椭圆C联立方程组,
化简得,
∴,
,
又,
∴,
将上述关系代入,化简可得.
综上所述,存在点,使得
为定值2.
如图,已知曲线C1:
-y2=1,曲线C2:|y|=|x|+1,P是平面上一点,若存在过点P的直线与C1,C2都有公共点,则称P为“C1-C2型点”.
(Ⅰ)设直线y=kx与C2有公共点,求证|k|>1,进而证明原点不是“C1-C2型点”;
(Ⅱ)求证:圆x2+y2=内的点都不是“C1-C2型点”.
正确答案
(Ⅰ)解:直线y=kx与C2有交点,则,
若方程组有解,则必须|k|>1;
直线y=kx与C1有交点,则,若方程组有解,则必须
故直线y=kx至多与曲线C1和C2中的一条有交点,即原点不是“C1-C2型点”.
(Ⅱ)证明:显然过圆内一点的直线l若与曲线C1有交点,则斜率必存在;
根据对称性,不妨设直线l斜率存在且与曲线C2交于点(t,t+1)(t≥0),则l:y-(t+1)=k(x-t)⇒kx-y+(1+t-kt)=0
直线l与圆内部有交点,故
化简得,…①
若直线l与曲线C1有交点,则
化简得,(1+t-kt)2≥2(k2-1)…②
由①②得,
但此时,因为,即①式不成立;
当时,①式也不成立
综上,直线l若与圆内有交点,则不可能同时与曲线C1和C2有交点,
即圆内的点都不是“C1-C2型点”.
解析
(Ⅰ)解:直线y=kx与C2有交点,则,
若方程组有解,则必须|k|>1;
直线y=kx与C1有交点,则,若方程组有解,则必须
故直线y=kx至多与曲线C1和C2中的一条有交点,即原点不是“C1-C2型点”.
(Ⅱ)证明:显然过圆内一点的直线l若与曲线C1有交点,则斜率必存在;
根据对称性,不妨设直线l斜率存在且与曲线C2交于点(t,t+1)(t≥0),则l:y-(t+1)=k(x-t)⇒kx-y+(1+t-kt)=0
直线l与圆内部有交点,故
化简得,…①
若直线l与曲线C1有交点,则
化简得,(1+t-kt)2≥2(k2-1)…②
由①②得,
但此时,因为,即①式不成立;
当时,①式也不成立
综上,直线l若与圆内有交点,则不可能同时与曲线C1和C2有交点,
即圆内的点都不是“C1-C2型点”.
在平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C:+
=1(a>b>0)的离心率为
.且过点(3,-1).
(1)求椭圆C的方徎;
(2)若动点P在直线l:x=-2上,过P作直线交椭圆C于M,N两点,使得PM=PN,再过P作直线l′⊥MN,直线l′是否恒过定点,若是,请求出该定点的坐标;若否,请说明理由.
正确答案
解:(1)∵椭圆C:+
=1(a>b>0)的离心率为
.且过点(3,-1),
∴,
解得a2=12,b2=4,
∴椭圆C的方程为.
(2)∵直线l的方程为x=-2,
设P(-2,y0),
,
当y0≠0时,设M(x1,y1),N(x2,y2),由题意知x1≠x2,
联立,
∴,
∴,
又∵PM=PN,∴P为线段MN的中点,
∴直线MN的斜率为,
又l′⊥MN,∴l′的方程为,
即,
∴l′恒过定点.
当y0=0时,直线MN为,
此时l′为x轴,也过点,
综上,l′恒过定点.
解析
解:(1)∵椭圆C:+
=1(a>b>0)的离心率为
.且过点(3,-1),
∴,
解得a2=12,b2=4,
∴椭圆C的方程为.
(2)∵直线l的方程为x=-2,
设P(-2,y0),
,
当y0≠0时,设M(x1,y1),N(x2,y2),由题意知x1≠x2,
联立,
∴,
∴,
又∵PM=PN,∴P为线段MN的中点,
∴直线MN的斜率为,
又l′⊥MN,∴l′的方程为,
即,
∴l′恒过定点.
当y0=0时,直线MN为,
此时l′为x轴,也过点,
综上,l′恒过定点.
已知中心在原点的双曲线C的右焦点为(2,0),实轴长2.
(1)求双曲线的方程
(2)若直线l:y=kx+与双曲线恒有两个不同的交点A,B,且∠AOB为锐角(其中O为原点),求k的取值范围.
正确答案
解:(1)∵中心在原点的双曲线C的右焦点为(2,0),实轴长2,
∴,
∴双曲线的方程为;
(2)将y=kx+代入双曲线消去y得(1-3k2)x2-6
kx-9=0.
由直线l与双曲线交于不同的两点得
即k2≠且k2<1.①
设A(xA,yA),B(xB,yB),则xA+xB=,xAxB=
.
由∠AOB为锐角,得xAxB+yAyB>0,
即xAxB+yAyB=xAxB+(kxA+)(kxB+
)=(k2+1)xAxB+
k(xA+xB)+2
=>0.②
,
∴
综上:
解析
解:(1)∵中心在原点的双曲线C的右焦点为(2,0),实轴长2,
∴,
∴双曲线的方程为;
(2)将y=kx+代入双曲线消去y得(1-3k2)x2-6
kx-9=0.
由直线l与双曲线交于不同的两点得
即k2≠且k2<1.①
设A(xA,yA),B(xB,yB),则xA+xB=,xAxB=
.
由∠AOB为锐角,得xAxB+yAyB>0,
即xAxB+yAyB=xAxB+(kxA+)(kxB+
)=(k2+1)xAxB+
k(xA+xB)+2
=>0.②
,
∴
综上:
已知椭圆C的中心在原点,焦点y在轴上,焦距为,且过点M
.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若过点的直线l交椭圆C于A、B两点,且N恰好为AB中点,能否在椭圆C上找到点D,使△ABD的面积最大?若能,求出点D的坐标;若不能,请说明理由.
正确答案
解:(1)法一:依题意,设椭圆方程为
,则
,
,
∵椭圆两个焦点为,∴2a=|MF1|+|MF2|=
=4,∴a=2.
∴b2=a2-c2=1,∴椭圆C的方程为.
法二:依题意,设椭圆方程为,则
,即
,解之得
,
∴椭圆C的方程为.
(2)法一:设A、B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),则,
…①
…②
①-②,得,
∴,
设与直线AB平行且与椭圆相切的直线方程为l‘:2x+y+m=0,
联立方程组,消去y整理得8x2+4mx+m2-4=0,
由判别式△=16m2-32(m2-4)=0得,
由图知,当时,l'与椭圆的切点为D,此时△ABD的面积最大,
∵,∴xD=
=
,
.
∴D点的坐标为.
法二:设直线AB的方程为,联立方程组
,
消去y整理得,
设A、B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),则,∴k=-2.
∴直线AB的方程为,即2x+y-2=0.
(以下同法一).
解析
解:(1)法一:依题意,设椭圆方程为
,则
,
,
∵椭圆两个焦点为,∴2a=|MF1|+|MF2|=
=4,∴a=2.
∴b2=a2-c2=1,∴椭圆C的方程为.
法二:依题意,设椭圆方程为,则
,即
,解之得
,
∴椭圆C的方程为.
(2)法一:设A、B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),则,
…①
…②
①-②,得,
∴,
设与直线AB平行且与椭圆相切的直线方程为l‘:2x+y+m=0,
联立方程组,消去y整理得8x2+4mx+m2-4=0,
由判别式△=16m2-32(m2-4)=0得,
由图知,当时,l'与椭圆的切点为D,此时△ABD的面积最大,
∵,∴xD=
=
,
.
∴D点的坐标为.
法二:设直线AB的方程为,联立方程组
,
消去y整理得,
设A、B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),则,∴k=-2.
∴直线AB的方程为,即2x+y-2=0.
(以下同法一).
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