直线与圆的方程、圆锥曲线 圆锥曲线巧设直线方程

  开头语:“直线与圆的方程”和“圆锥曲线”,是江苏高考数学学科的必考内容,也是非常重要的内容。自2008年江苏高考以来,每年高考试卷中,它们都会出现,所占的分值多则21分,少则15分,应该说对于整个数学学科的总分高低,起着关键的作用。
  【背景材料】
  2008~2012年江苏高考试卷,在此就不详细进行试题列举
  【例1】(08江苏)在平面直角坐标系xOy中,椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的焦距为2c,以O为圆心,a为半径作圆M,若过Pa2c,0作圆M的两条切线相互垂直,则椭圆的离心率为.
  解析设切线PA、PB 互相垂直,又半径OA 垂直于PA,所以△OAP是等腰直角三角形,故a2c=2a,解得e=ca=22.
  【例2】(09江苏)如图,在平面直角坐标系xOy中,A1,A2,B1,B2为椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的四个顶点,F为其右焦点,直线A1B2与直线B1F相交于点T,线段OT与椭圆的交点M恰为线段OT的中点,则该椭圆的离心率为.
  解析直线A1B2的方程为:x-a+yb=1;
  直线B1F的方程为:xc+y-b=1。二者联立解得:T2aca-c,b(a+c)a-c,
  则Maca-c,b(a+c)2(a-c)在椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)上,
  c2(a-c)2+(a+c)24(a-c)2=1,c2+10ac-3a2=0,e2+10e-3=0,
  解得:e=27-5
  【例3】(10江苏)在平面直角坐标系xOy中,双曲线x24-y212=1上一点M,点M的横坐标是3,则M到双曲线右焦点的距离是 .
  解析MFd=e=42=2,d为点M到右准线x=1的距离,d=2,MF=4,
  【例4】(10江苏)在平面直角坐标系xOy中,如图,已知椭圆x29+y25=1的左、右顶点为A、B,右焦点为F.设过点T(t,m)的直线TA、TB与椭圆分别交于点M(x1,y1)、N(x2,y2),其中m>0,y1>0,y20,y20,得m=210,
  此时直线MN的方程为x=1,过点D(1,0)。
  若x1≠x2,则m≠210,直线MD的斜率kMD=40m80+m2240-3m280+m2-1=10m40-m2,直线ND的斜率kND=-20m20+m23m2-6020+m2-1=10m40-m2,得kMD=kND,所以直线MN过D点.
  因此,直线MN必过x轴上的点(1,0).
  【例5】(12江苏)如图,在平面直角坐标系xOy中,椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1(-c,0),F2(c,0).已知(1,e)和e,32都在椭圆上,其中e为椭圆的离心率.
  (1) 求椭圆的方程;
  (2) 设A,B是椭圆上位于x轴上方的两点,且直线AF1与直线BF2平行,AF2与BF1交于点P.
  (i) 若AF1-BF2=62,求直线AF1的斜率;
  (ii) 求证:PF1+PF2是定值.
  解析(1) 由题设知,a2=b2+c2,e=ca,由点(1,e)在椭圆上,得
  12a2+e2b2=11a2+c2a2b2=1b2+c2=a2b2a2=a2b2b2=1,∴c2=a2-1.
  由点e,32在椭圆上,得
  e2a2+322b2=1c2a4+3221=1a2-1a4+34=1a4-4a2+4=0a2=2
  ∴椭圆的方程为x22+y2=1.
  (2) 由(1)得F1(-1,0),F2(1,0),
  又∵AF1∥BF2,   ∴设AF1、BF2的方程分别为my=x+1,my=x-1,A(x1,y1),B(x2,y2),y1>0,y2>0.
  ∴x212+y21=1
  my1=x1+1(m2+2)y21-2my1-1=0y1=m+2m2+2m2+2.
  ∴AF1=(x1+1)2+(y1-0)2
  =(my1)2+y21
  =m2+1·m+2m2+2m2+2
  =2(m2+1)+mm2+1m2+2①
  同理,BF2=2(m2+1)-mm2+1m2+2②
  (i) 由①②得,AF1-BF2=2mm2+1m2+2.
  解2mm2+1m2+2=62得m2=2.
  ∵注意到m>0,∴m=2.∴直线AF1的斜率为1m=22.
  (ii) 证明:∵AF1∥BF2,∴PBPF1=BF2AF1,即PBPF1+1=BF2AF1+1PB+PF1PF1=BF2+AF1AF1.∴PF1=AF1AF1+BF2BF1.
  由点B在椭圆上知,BF1+BF2=22,∴PF1=AF1AF1+BF222-BF2.
  同理PF2=BF2AF1+BF222-AF1.
  ∴PF1+PF2=AF1AF1+BF222-BF2+BF2AF1+BF222-AF1=22-2AF1·BF2AF1+BF2
  由①②得,AF1+BF2=22(m2+1)m2+2,
  AF1·BF2=m2+1m2+2,∴PF1+PF2=22-22=322.
  ∴PF1+PF1是定值.
  【命题分析】
  “直线与方程”和“圆锥曲线”的内容在填空题与解答题中均有可能出现。如果在填空题中,基本上都是较为简单的有关基本概念的考查,比如说:弦长的计算,离心率,长轴,短轴,圆锥曲线的第二定义等等,难度不会太大;如果在解答题中出现,则较可能是作为难题,或者说是压轴题。而近几年,解答题中考查的内容,更多的出现了有关圆锥曲线里的定值问题。2010年,2012年都考到了。也许这种问题会成为考查的热点问题。下面,我们就再举一个例子来看看定值问题的求解。
  【试题设计】给定椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0),称圆心在坐标原点O,半径为a2+b2的圆是椭圆C的“伴随圆”. 若椭圆C的一个焦点为F2(2,0),其短轴上的一个端点到F2距离为3.
  (1) 求椭圆C及其“伴随圆”的方程;
  (2) 若过点P(0,m)(m<0)的直线与椭圆C只有一个公共点,且截椭圆C的“伴随圆”所得的弦长为22,求m的值;
  (3) 过椭圆C“伴随圆”上一动点Q作直线l1,l2,使得l1,l2与椭圆C都只有一个公共点,试判断直线l1,l2的斜率之积是否为定值,并说明理由.
  解析(1) 由题意得:a=3,半焦距c=2,
  则b=1,椭圆C方程为x23+y2=1,
  “伴随圆”方程为x2+y2=4。
  (2) 则设过点P且与椭圆有一个交点的直线为:y=kx+m,
  则y=kx+m,
  x23+y2=1,整理得(1+3k2)x2+6kmx+(3m2-3)=0,
  所以Δ=(6km)2-4(1+3k2)(3m2-3)=0,解3k2+1=m2①
  又因为直线截椭圆C的“伴随圆”所得的弦长为22,
  则有222-|m|k2+12=22,化简得m2=2(k2+1)②
  联立①②解得,k2=1,m2=4,
  所以k=±1,m=-2(∵m<0),则P(0,-2)。
  (3) 当l1,l2都有斜率时,设点Q(x0,y0),其中x20+y20=4,
  设经过点Q(x0,y0)与椭圆只有一个公共点的直线为y=k(x-x0)+y0,
  由y=kx+(y0-kx0),
  x23+y2=1,消去y得到x2+3[kx+(y0-kx0)]2-3=0
  即(1+3k2)x2+6k(y0-kx0)x+3(y0-kx0)2-3=0,
  Δ=[6k(y0-kx0)]2-4·(1+3k2)[3(y0-kx0)2-3]=0,
  经过化简得到:(3-x20)k2+2x0y0k+1-y20=0
  因为x20+y20=4,所以有(3-x20)k2+2x0y0k+(x20-3)=0,
  设l1,l2的斜率分别为k1,k2,因为l1,l2与椭圆都只有一个公共点,
  所以k1,k2满足方程(3-x20)k2+2x0y0k+(x20-3)=0,
  因而k1·k2=-1,即直线l1,l2的斜率之积是为定值-1.
  牛刀小试
  1.已知过P12,1的直线l与圆C:(x-1)2+y2=4交于A,B两点,当∠ACD最小时,直线l的方程为.
  2.已知中心在坐标原

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