- 直线与圆锥曲线
- 共2643题
定义:由椭圆的两个焦点和短轴的一个顶点组成的三角形称为该椭圆的“特征三角形”.如果两个椭圆的“特征三角形”是相似的,则称这两个椭圆是“相似椭圆”,并将三角形的相似比称为椭圆的相似比.已知椭圆
.
(1)若椭圆,判断C2与C1是否相似?如果相似,求出C2与C1的相似比;如果不相似,请说明理由;
(2)写出与椭圆C1相似且短半轴长为b的椭圆Cb的方程;若在椭圆Cb上存在两点M、N关于直线y=x+1对称,求实数b的取值范围?
(3)如图:直线y=x与两个“相似椭圆”和
分别交于点A,B和点C,D,试在椭圆M和椭圆Mλ上分别作出点E和点F(非椭圆顶点),使△CDF和△ABE组成以λ为相似比的两个相似三角形,写出具体作法.(不必证明)
正确答案
解:(1)椭圆C2与C1相似. 因为椭圆C2的特征三角形是腰长为a=4,底边长为2c=的等腰三角形,
而椭圆C1的特征三角形是腰长为2,底边长为的等腰三角形,因此两个等腰三角形相似,且相似比为2.
(2)椭圆Cb的方程为:,
设lMN:y=-x+t,点M(x1,y1),N(x2,y2),MN中点为(x0,y0),
则,所以5x2-8tx+4(t2-b2)=0,则
.
因为中点在直线y=x+1上,所以有 ,
,即直线lMN的方程为:
,
由题意可知,直线lMN与椭圆Cb有两个不同的交点,
即方程有两个不同的实数解,
所以,即
.
(3)作法:过原点作直线y=kx(k≠1),交椭圆M和椭圆Mλ于点E和点F,则△CDF和△ABE即为所求相似三角形,且相似比为λ.
解析
解:(1)椭圆C2与C1相似. 因为椭圆C2的特征三角形是腰长为a=4,底边长为2c=的等腰三角形,
而椭圆C1的特征三角形是腰长为2,底边长为的等腰三角形,因此两个等腰三角形相似,且相似比为2.
(2)椭圆Cb的方程为:,
设lMN:y=-x+t,点M(x1,y1),N(x2,y2),MN中点为(x0,y0),
则,所以5x2-8tx+4(t2-b2)=0,则
.
因为中点在直线y=x+1上,所以有 ,
,即直线lMN的方程为:
,
由题意可知,直线lMN与椭圆Cb有两个不同的交点,
即方程有两个不同的实数解,
所以,即
.
(3)作法:过原点作直线y=kx(k≠1),交椭圆M和椭圆Mλ于点E和点F,则△CDF和△ABE即为所求相似三角形,且相似比为λ.
已知椭圆C的中心在坐标原点,右焦点为,A、B是椭圆C的左、右顶点,D是椭圆C上异于A、B的动点,且△ADB面积的最大值为12.
(1)求椭圆C的方程;
(2)求证:当点P(x0,y0)在椭圆C上运动时,直线l:x0x+y0y=2与圆O:x2+y2=1恒有两个交点,并求直线l被圆O所截得的弦长L的取值范围.
正确答案
(1)解:设椭圆的标准方程为,
∵△ADB面积的最大值为12,
∴,即ab=12.
联立,解得a=4,b=3,
∴椭圆C的标准方程为.
(2)证明:∵点P(x0,y0)在椭圆C上运动,∴,∴
.
∴圆心O到直线l:x0x+y0y=2的距离=
(
),
∴直线l:x0x+y0y=2与圆O:x2+y2=1恒有两个交点.
,
∵,
∴,
∴.
解析
(1)解:设椭圆的标准方程为,
∵△ADB面积的最大值为12,
∴,即ab=12.
联立,解得a=4,b=3,
∴椭圆C的标准方程为.
(2)证明:∵点P(x0,y0)在椭圆C上运动,∴,∴
.
∴圆心O到直线l:x0x+y0y=2的距离=
(
),
∴直线l:x0x+y0y=2与圆O:x2+y2=1恒有两个交点.
,
∵,
∴,
∴.
已知椭圆的离心率
,连接椭圆的四个顶点得到的菱形的面积为4.
(1)求椭圆的方程;
(2)设直线l与椭圆相交于不同的两点A,B,已知点A的坐标为(-a,0),点Q(0,y0)在线段AB的垂直平分线上,且,求y0的值.
正确答案
解:(1)由e=,得3a2=4c2.
再由c2=a2-b2,解得a=2b.
由题意可知 ,即ab=2.
解方程组 得a=2,b=1.
所以椭圆的方程为 .
(2)由(Ⅰ)可知点A的坐标是(-2,0).
设点B的坐标为(x1,y1),直线l的斜率为k.
则直线l的方程为y=k(x+2).
于是A、B两点的坐标满足方程组
消去y并整理,得(1+4k2)x2+16k2x+(16k2-4)=0.
由 ,得
.从而
.
所以 .
设线段AB的中点为M,
则M的坐标为 .
以下分两种情况:
①当k=0时,点B的坐标是(2,0),
线段AB的垂直平分线为y轴,
于是 .
由 ,得
.
②当k≠0时,线段AB的垂直平分线方程为
.
令x=0,解得 .
由 ,
,
=
=,
整理得7k2=2.故 .
所以 .
综上,或
.
解析
解:(1)由e=,得3a2=4c2.
再由c2=a2-b2,解得a=2b.
由题意可知 ,即ab=2.
解方程组 得a=2,b=1.
所以椭圆的方程为 .
(2)由(Ⅰ)可知点A的坐标是(-2,0).
设点B的坐标为(x1,y1),直线l的斜率为k.
则直线l的方程为y=k(x+2).
于是A、B两点的坐标满足方程组
消去y并整理,得(1+4k2)x2+16k2x+(16k2-4)=0.
由 ,得
.从而
.
所以 .
设线段AB的中点为M,
则M的坐标为 .
以下分两种情况:
①当k=0时,点B的坐标是(2,0),
线段AB的垂直平分线为y轴,
于是 .
由 ,得
.
②当k≠0时,线段AB的垂直平分线方程为
.
令x=0,解得 .
由 ,
,
=
=,
整理得7k2=2.故 .
所以 .
综上,或
.
已知椭圆C:=1(a>b>0)的短轴长为2,离心率为
.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若过点M(2,0)的引斜率为k的直线与椭圆C相交于两点G、H,设P为椭圆C上一点,且满足(O为坐标原点),当
时,求实数t的取值范围?
正确答案
解:(1)∵椭圆C:=1(a>b>0)的短轴长为2,离心率为
,
∴b=1,=
,
∵a2=b2+c2,
∴a=,b=1,
∴椭圆C的方程为…(3分)
(2)设G(x1,y1),H(x2,y2),
设直线y=k(x-2),联立椭圆,可得(1+2k2)x2-8kx+8k2-2=0
△=(-8k)2-4(1+2k2)(8k2-2)>0,得,…(5分)
条件转换一下就是
,
∵x1+x2=,x1x2=
根据弦长公式,•
<
,得到
.…(7分)
设P(x,y),则
∵,
∴(x1+x2,y1+y2)=t(x,y),
∴x=(x1+x2),y=
(y1+y2)
根据x1+x2=,x1x2=
,把x1,x2消成k,得
(9分)
然后代入椭圆,得到关系式,…(11分)
∴,
∵,
∴实数t的取值范围为…(13分)
解析
解:(1)∵椭圆C:=1(a>b>0)的短轴长为2,离心率为
,
∴b=1,=
,
∵a2=b2+c2,
∴a=,b=1,
∴椭圆C的方程为…(3分)
(2)设G(x1,y1),H(x2,y2),
设直线y=k(x-2),联立椭圆,可得(1+2k2)x2-8kx+8k2-2=0
△=(-8k)2-4(1+2k2)(8k2-2)>0,得,…(5分)
条件转换一下就是
,
∵x1+x2=,x1x2=
根据弦长公式,•
<
,得到
.…(7分)
设P(x,y),则
∵,
∴(x1+x2,y1+y2)=t(x,y),
∴x=(x1+x2),y=
(y1+y2)
根据x1+x2=,x1x2=
,把x1,x2消成k,得
(9分)
然后代入椭圆,得到关系式,…(11分)
∴,
∵,
∴实数t的取值范围为…(13分)
平面内动点M(x,y)与两定点A(-,0),B(
,0)的连线的斜率之积为-
,记动点M的轨迹为C.
(Ⅰ)求动点M的轨迹C的方程;
(Ⅱ)定点F(-2,0),T为直线x=-3上任意一点,过F作TF的垂线交曲线C于点P,Q.
(i)证明:OT平分线段PQ(其中O为坐标原点);
(ii)当最小时,求点T的坐标.
正确答案
解:(I)由已知可得kMA•kMB==-
,
化为,
∴动点M的轨迹C的方程为;
(II)(i)证明:设T(-3,m),则直线TF的斜率kTF==-m.
当m≠0时,直线PQ的斜率kPQ=,直线PQ的方程为:x=my-2,
当m=0时,PQ的方程为:x=-2,也满足上述方程.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),联立,
化为(3+m2)y2-4my-2=0,
△=16m2+8(m2+3)>0,
∴y1+y2=,y1y2=
,
∴x1+x2=m(y1+y2)-4=.
∴PQ的中点N.
∴直线ON的斜率kON=-.
又直线OT的斜率kOT=-.
∴点N在直线OT上,
∴OT平分线段PQ.
(ii)由(i)可得|TF|=.
|PQ|==
=
.
∴=
=
=
,当且仅当m=±1时取等号.
∴当最小时,点T的坐标为(-3,±1).
解析
解:(I)由已知可得kMA•kMB==-
,
化为,
∴动点M的轨迹C的方程为;
(II)(i)证明:设T(-3,m),则直线TF的斜率kTF==-m.
当m≠0时,直线PQ的斜率kPQ=,直线PQ的方程为:x=my-2,
当m=0时,PQ的方程为:x=-2,也满足上述方程.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),联立,
化为(3+m2)y2-4my-2=0,
△=16m2+8(m2+3)>0,
∴y1+y2=,y1y2=
,
∴x1+x2=m(y1+y2)-4=.
∴PQ的中点N.
∴直线ON的斜率kON=-.
又直线OT的斜率kOT=-.
∴点N在直线OT上,
∴OT平分线段PQ.
(ii)由(i)可得|TF|=.
|PQ|==
=
.
∴=
=
=
,当且仅当m=±1时取等号.
∴当最小时,点T的坐标为(-3,±1).
已知抛物线C:y2=ax(a>0),抛物线上一点到抛物线的焦点F的距离是3.
(1)求a的值;
(2)已知动直线l过点P(4,0),交抛物线C于A、B两点.
(i)若直线l的斜率为1,求AB的长;
(ii)是否存在垂直于x轴的直线m被以AP为直径的圆M所截得的弦长恒为定值?如果存在,求出m的方程;如果不存在,说明理由.
正确答案
解:(1)点到焦点的距离就是到准线的距离,
∴…(2分)
∵在抛物线上得:a•x0=8…(3分)
∴a2-12a+32=0,a=4(舍)或a=8,
∴x0=1(舍)或x0=2…(5分)
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2).
(i)直线l的方程为:y=x-4,…(6分)
联立,整理得:x2-12x+16=0…(7分)
∴|AB|==
.…(9分)
(ⅱ)设存在直线m:x=a满足题意,则圆心,过M作直线x=a的垂线,垂足为E,设直线m与圆M的一个交点为G.可得:|EG|2=|MG|2-|ME|2,…(11分)
即|EG|2=|MA|2-|ME|2=
=
==
…(13分)
当a=3时,|EG|2=3,此时直线m被以AP为直径的圆M所截得的弦长恒为定值.…(14分)
因此存在直线m:x=3满足题意 …(15分)
解析
解:(1)点到焦点的距离就是到准线的距离,
∴…(2分)
∵在抛物线上得:a•x0=8…(3分)
∴a2-12a+32=0,a=4(舍)或a=8,
∴x0=1(舍)或x0=2…(5分)
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2).
(i)直线l的方程为:y=x-4,…(6分)
联立,整理得:x2-12x+16=0…(7分)
∴|AB|==
.…(9分)
(ⅱ)设存在直线m:x=a满足题意,则圆心,过M作直线x=a的垂线,垂足为E,设直线m与圆M的一个交点为G.可得:|EG|2=|MG|2-|ME|2,…(11分)
即|EG|2=|MA|2-|ME|2=
=
==
…(13分)
当a=3时,|EG|2=3,此时直线m被以AP为直径的圆M所截得的弦长恒为定值.…(14分)
因此存在直线m:x=3满足题意 …(15分)
已知圆M:x2+8x+y2=0和圆N:x2-8x+y2+12=0,点P(x0,y0)(y0≠0),曲线C:x2-
=1右支上的动点,线段PM、PN分别交圆M于A,交圆N于B.
(1)证明:△PAB是等腰三角形;
(2)记△PAB、△PMN的面积分别为S1、S2,求的取值范围.
(3)记点A处圆M的切线为l1,点B处圆N的切线为l2,求l1和l2交点Q的轨迹方程.
正确答案
(1)证明:圆M:x2+8x+y2=0的圆心M(-4,0),半径为4,
圆N:x2-8x+y2+12=0的圆心N(4,0),半径为2,
双曲线C:x2-=1的焦点即为M,N,e=
=4,准线x=±
,
由双曲线的定义,可得,PM-PN=2a=2,
PM=PA+4,PN=PB+2,即有PA-PB=0,即PA=PB,
则△PAB是等腰三角形;
(2)解:由于△PAB、△PMN的面积分别为S1、S2,
设PA=t,则S1=t2sin∠APB,S2=
(t+4)(t+2)sin∠APB,
则有=
=1+
+
=8(
+
)2-
.
由于PM•PN=e(x0-)•e(x0+
)=16x02-1≥15.
即有(t+4)(t+2)≥15,解得,t≥1(t≤-7舍去).
即0<≤1,则
∈(1,15];
(3)解:连接QM,QN,由于PA=PB,
点A处圆M的切线为l1,点B处圆N的切线为l2,
则QA=QB,
设l1和l2交点Q(x,y),
则=
,
即有=
,
化简得,x=.
则l1和l2交点Q的轨迹方程为x=.
解析
(1)证明:圆M:x2+8x+y2=0的圆心M(-4,0),半径为4,
圆N:x2-8x+y2+12=0的圆心N(4,0),半径为2,
双曲线C:x2-=1的焦点即为M,N,e=
=4,准线x=±
,
由双曲线的定义,可得,PM-PN=2a=2,
PM=PA+4,PN=PB+2,即有PA-PB=0,即PA=PB,
则△PAB是等腰三角形;
(2)解:由于△PAB、△PMN的面积分别为S1、S2,
设PA=t,则S1=t2sin∠APB,S2=
(t+4)(t+2)sin∠APB,
则有=
=1+
+
=8(
+
)2-
.
由于PM•PN=e(x0-)•e(x0+
)=16x02-1≥15.
即有(t+4)(t+2)≥15,解得,t≥1(t≤-7舍去).
即0<≤1,则
∈(1,15];
(3)解:连接QM,QN,由于PA=PB,
点A处圆M的切线为l1,点B处圆N的切线为l2,
则QA=QB,
设l1和l2交点Q(x,y),
则=
,
即有=
,
化简得,x=.
则l1和l2交点Q的轨迹方程为x=.
平面直角坐标系xOy中,已知椭圆C:+
=1(a>b>0)的离心率为
,左、右焦点分别是F1,F2,以F1为圆心以3为半径的圆与以F2为圆心以1为半径的圆相交,且交点在椭圆C上.
(Ⅰ)求椭圆C的方程;
(Ⅱ)设椭圆E:+
=1,P为椭圆C上任意一点,过点P的直线y=kx+m交椭圆E于A,B两点,射线PO交椭圆E于点Q.
(i)求||的值;
(ii)求△ABQ面积的最大值.
正确答案
解:(Ⅰ)由题意可知,PF1+PF2=2a=4,可得a=2,
又=
,a2-c2=b2,
可得b=1,即有椭圆C的方程为+y2=1;
(Ⅱ)由(Ⅰ)知椭圆E的方程为+
=1,
(i)设P(x0,y0),||=λ,由题意可知,
Q(-λx0,-λy0),由于+y02=1,
又+
=1,即
(
+y02)=1,
所以λ=2,即||=2;
(ii)设A(x1,y1),B(x2,y2),将直线y=kx+m代入椭圆E的方程,可得
(1+4k2)x2+8kmx+4m2-16=0,由△>0,可得m2<4+16k2,①
则有x1+x2=-,x1x2=
,所以|x1-x2|=
,
由直线y=kx+m与y轴交于(0,m),
则△AOB的面积为S=|m|•|x1-x2|=
|m|•
=2,设
=t,则S=2
,
将直线y=kx+m代入椭圆C的方程,可得(1+4k2)x2+8kmx+4m2-4=0,
由△≥0可得m2≤1+4k2,②
由①②可得0<t≤1,则S=2在(0,1]递增,即有t=1取得最大值,
即有S,即m2=1+4k2,取得最大值2
,
由(i)知,△ABQ的面积为3S,
即△ABQ面积的最大值为6.
解析
解:(Ⅰ)由题意可知,PF1+PF2=2a=4,可得a=2,
又=
,a2-c2=b2,
可得b=1,即有椭圆C的方程为+y2=1;
(Ⅱ)由(Ⅰ)知椭圆E的方程为+
=1,
(i)设P(x0,y0),||=λ,由题意可知,
Q(-λx0,-λy0),由于+y02=1,
又+
=1,即
(
+y02)=1,
所以λ=2,即||=2;
(ii)设A(x1,y1),B(x2,y2),将直线y=kx+m代入椭圆E的方程,可得
(1+4k2)x2+8kmx+4m2-16=0,由△>0,可得m2<4+16k2,①
则有x1+x2=-,x1x2=
,所以|x1-x2|=
,
由直线y=kx+m与y轴交于(0,m),
则△AOB的面积为S=|m|•|x1-x2|=
|m|•
=2,设
=t,则S=2
,
将直线y=kx+m代入椭圆C的方程,可得(1+4k2)x2+8kmx+4m2-4=0,
由△≥0可得m2≤1+4k2,②
由①②可得0<t≤1,则S=2在(0,1]递增,即有t=1取得最大值,
即有S,即m2=1+4k2,取得最大值2
,
由(i)知,△ABQ的面积为3S,
即△ABQ面积的最大值为6.
已知直线l:y=x+2与双曲线C:-
=1(a>0,b>0)相交于B、D两点,且BD的中点为M(1,3).
(1)求双曲线C的离心率;
(2)设双曲线C的右顶点为A,右焦点为F,|BF|•|DF|=17,试判断△ABD是否为直角三角形,并说明理由.
正确答案
解:(Ⅰ)由题设知,l的方程为:y=x+2,
化入C的方程,并化简,得(b2-a2)x2-4a2x-4a2-a2b2=0,
设B(x1,y1)、D(x2,y2),
则,
①
由M(1,3)为BD的中点知,
故,即b2=3a2,②
故,所以C的离心率
.
(Ⅱ)由①、②知,C的方程为:3x2-y2=3a2,
A(a,0),F(2a,0),x1+x2=2,x1•x2=-,
故不妨设x1≤-a,x2≥a,
=
=a-2x1,
=2x2-a,
|BF|•|FD|=(a-2x1)(2x2-a)=-4x1x2+2a(x1+x2)-a2=5a2+4a+8,
又|BF|•|FD|=17,
故5a2+4a+8=17,解得a=1或a=(舍去),
故|BD|=,
连结MA,则由A(1,0),M(1,3)知|MA|=3,
从而MA=MB=MD,
且MA⊥x轴,因此以M为圆心,MA为半径的圆经过A、B、D三点,且在点A处与x轴相切.
所以过A、B、D三点的圆与x轴相切.∴△ABD为直角三角形.
解析
解:(Ⅰ)由题设知,l的方程为:y=x+2,
化入C的方程,并化简,得(b2-a2)x2-4a2x-4a2-a2b2=0,
设B(x1,y1)、D(x2,y2),
则,
①
由M(1,3)为BD的中点知,
故,即b2=3a2,②
故,所以C的离心率
.
(Ⅱ)由①、②知,C的方程为:3x2-y2=3a2,
A(a,0),F(2a,0),x1+x2=2,x1•x2=-,
故不妨设x1≤-a,x2≥a,
=
=a-2x1,
=2x2-a,
|BF|•|FD|=(a-2x1)(2x2-a)=-4x1x2+2a(x1+x2)-a2=5a2+4a+8,
又|BF|•|FD|=17,
故5a2+4a+8=17,解得a=1或a=(舍去),
故|BD|=,
连结MA,则由A(1,0),M(1,3)知|MA|=3,
从而MA=MB=MD,
且MA⊥x轴,因此以M为圆心,MA为半径的圆经过A、B、D三点,且在点A处与x轴相切.
所以过A、B、D三点的圆与x轴相切.∴△ABD为直角三角形.
如图,已知抛物线C:y2=2px(p>0)上的点(
,a)到焦点F的距离为3,圆E是以(p,0)为圆心p为半径的圆.
(1)求抛物线C和圆E的方程;
(2)若圆E内切于△PQR,其中Q,R在y轴上,且R点在Q点上方,P在抛物线C上且在x轴下方,当△PQR的面积取最小值时,求直线PR和PQ的方程.
正确答案
解:(1)∵抛物线C:y2=2px(p>0)上的点(,a)到焦点F的距离为3,
∴=3,解得p=1.
∴抛物线C:y2=2x,
圆E:(x-1)2+y2=1.
(2)设P(x0,y0),R(0,y1),Q(0,y2),y1>y2,则直线PR的方程为:y=x+y1.
由直线与圆相切得:=1,
注意到x0>2,上式化简为+2y0y1-x0=0,
同理可得=0.
∴y1,y2 是方程-x0=0的两个根,
∴|y1-y2|==
.
∴S△PQR=×x0=
=
+4≥8,当且仅当x0=4时,S△PQR有最小值为8.
此时,P,y1,2=
.
∴直线PR的方程是y=-+
+2.
直线PQ的方程是y=+
-2.
解析
解:(1)∵抛物线C:y2=2px(p>0)上的点(,a)到焦点F的距离为3,
∴=3,解得p=1.
∴抛物线C:y2=2x,
圆E:(x-1)2+y2=1.
(2)设P(x0,y0),R(0,y1),Q(0,y2),y1>y2,则直线PR的方程为:y=x+y1.
由直线与圆相切得:=1,
注意到x0>2,上式化简为+2y0y1-x0=0,
同理可得=0.
∴y1,y2 是方程-x0=0的两个根,
∴|y1-y2|==
.
∴S△PQR=×x0=
=
+4≥8,当且仅当x0=4时,S△PQR有最小值为8.
此时,P,y1,2=
.
∴直线PR的方程是y=-+
+2.
直线PQ的方程是y=+
-2.
扫码查看完整答案与解析