对称问题与圆锥曲线综合问题

发布 2021-04-27 12:37:28 阅读 1461

知识要点。

一、 对称问题是解析几何中的一个重要问题,主要类型有:

1、 点关于点成中心对称问题(即线段重点坐标公式的应用问题)

设点,对称中心为,则点关于的对称点为。

2、 点关于直线成轴对称问题。

由轴对称定义可知,对称轴即为两对称点连线的垂直平分线,利用“垂直”“平分”这两个条件建立方程,就可以求出对称点的坐标,一般情形如下:

设点关于直线的对称点为,则有。

可求得;特殊情形:

1 点关于直线对称的点为;

2 点关于直线对称的点为;

3 若对称轴的斜率为,则可把直接代入对称轴方程求得对称点的坐标。

3、 直线关于直线轴对称问题。

求直线关于直线的对称直线有以下两种解法:

1 转化为直线上的点关于直线的对称问题;

2 转化为角相等问题(这种解法文科不予以考虑)

3 特殊情形:直线和直线平行,则直线关于直线对称的直线也与直线平行,且到的距离等于到的距离,由两条平行线之间的距离公式即可求得。

4、 曲线关于点,曲线关于直线的中心或轴对称问题。

曲线关于点、曲线关于直线的中心或轴对称问题,一般转化为点的中心或轴对称(这里既可以选择特殊点,也可以选择任意点实现转化).一般结论如下:

1 曲线关于已知点对称的曲线方程是。

2 曲线关于已知直线的对称曲线的求法:

设曲线上任意一点,点关于直线的对称点为,则与坐标满足。

从中解出,代入已知曲线,即应用利用坐标代换法就可以求出曲线关于直线的对称曲线的方程,若对称轴的斜率为,则可直接代入求得对称轴曲线方程。

5、 解析几何中对称问题与函数图象中的对称问题具有一致性,可以互为参照。

二、 圆锥曲线的综合问题主要体现在**与圆锥曲线有关的定值、最值、参数范围问题。

1、 定值问题指会处理动曲线(含直线)过定点的问题以及会证明与曲线上的动点有关的定值问题。

2、 圆锥曲线中最值问题以及变量的取值范围问题的求解:一是注意题中图形的几何特征,充分考虑图形的性质;二是运用函数思想、建立目标函数、求解最值,也即是几何法与代数法两种不同的处理方法,几何法常须扣住圆锥曲线的定义并和平面几何有关的结论巧妙结合,代数法则常把有关问题转化为二次函数或三角函数的最值问题,然后利用配方法、基本不等式、函数单调性或三角函数的有界性来解。

经典例题。例1 已知椭圆的焦点,且与直线有公共点,求其中长轴最短的椭圆方程。

解法一:利用圆锥曲线的定义:先求得关于直线对称的点,且直线与动椭圆交点为,当为直线与椭圆的交点时(即三点共线)椭圆的长轴最短,即。

取,此时椭圆方程为。

解法二:设椭圆为,与直线联立方程组并消去得。

由题设。此时椭圆方程为。

解法三:设椭圆为直线的公共点为,则有解。

由辅助角公式上式可以化为。

此时椭圆方程为。

例2 已知椭圆方程,试确定的取值范围,使得对于直线在椭圆上有不同的两点关于这条直线对称。

解题策略:直线与圆锥曲线的位置关系涉及对称问题,一般有两种方法:一是通过韦达定理处理中点弦问题,得到关于参数的的关系式,再由联立可得参数的范围,对称常出现的问题在前面知识讲解的时候已经阐述;二是巧用“点关系”,可以处理弦的中点和斜率问题,但要注意对该直线与曲线是否有两个公共点,要作出必要的判断。

解法一: 设与直线垂直的直线为,将该直线与联立组成方程组得,由题意得。

又由。解法二:设,的中点,则。

两式相减,得。

由题意得。又在直线上,所以。

因为点在椭圆内部,所以。

故。例3 定值问题。

已知椭圆经过点两个焦点为。

1) 求椭圆的方程;

2) 是椭圆上的两个动点,如果直线的斜率与的斜率互为相反数,证明直线的斜率为定值,并求出这个定值。

解:(1)由题意,可设椭圆的方程为,将点的坐标代入这个式子,得,解得(舍去),所以椭圆的方程为。

3) 设直线的方程为,代入得。

设, 由点在椭圆上,又直线的斜率与的斜率互为相反数,在上式之中以代替,可得。

所以直线的斜率。

例4 范围问题。

已知过点的直线与椭圆交于不同的两点,点是弦的中点。

1) 若,求点的轨迹方程;

2) 求的取值范围。

解:(1)①若直线//轴,则点为。

设直线:,并设点的坐标分别是,则。

消去得 ()

由直线与椭圆有两个不同交点,可得。

由及方程()得。

即由于(否则直线与椭圆无公共点),将以上方程组两式相除得,代入到方程中,整理得。

综上所述,点的轨迹方程为。

2) 当直线//轴时,分别是椭圆长轴的两个端点,则点在原点处,所以;

由方程()得。

例5 最值问题。

已知点分别是椭圆的左顶点和上顶点,点是线段上的任意一点,点分别是椭圆的左、右焦点,且的最大值是1,最小值是。

1) 求椭圆的方程;

2) 设椭圆的右顶点为,点是椭圆上位于轴上方的动点,直线与直线分别交于两点,求线段的长度的最小值;

3) 当线段长度取得最小值时,在椭圆上是否存在这样的点,使得的面积是?若存在,确定点的个数,若不存在,说明理由。

解:设, ,则,**段上,可以看成线段上的点到原点距离的平方,结合图形可以知道当点运动到点时取得最大,最大值为,所以的最大值为。

当时,取得最小值,最小值运用等面积法可以得到的最小值为,所以的最小值为。

又的最大值是1,最小值是,所以,解得,所以椭圆的方程是。

直线的斜率为,显然存在,且,故可设直线的方程为,从而,由得。

设,则,又由得。

故。当且仅当即时等号成立。

时线段长度取得最小值。

3) 由(2)知,当取最小值时,此时的方程为。

要使椭圆上存在点使得的面积是,只需点到直线的距离为,所以在平行于且与的距离等于的直线上。

设直线的方程为,则由解得或。

当时,由得,由于,故直线与椭圆有两个不同的交点。

当时,由得,由于,故直线与椭圆没有交点。

综上所述,当线段长度取得最小值时,在椭圆上仅存在这两个点,使得的面积是。

例6 已知曲线的方程为。

1) 若曲线是椭圆,求的取值范围;

2) 若曲线是双曲线,且有一条渐近线的倾斜角是,求此双曲线的方程;

3) 满足(2)的双曲线上是否存在两点关于直线对称,若存在,求出的直线方程;若不存在,请说明理由。

解:(1)当时,曲线表示直线。

当时,方程为 ①

上式表示椭圆的充要条件是即是或。

2) 方程①表示双曲线的充要条件是,即或或。

1 当或时,双曲线的焦点在轴上,,,其一条渐近线的斜率为。

2 当时,双曲线的焦点在轴上,,,其一条渐近线的斜率为(舍).

综上,双曲线的方程为。

3) 若存在,设直线的方程为,由消去得:

设的中点是,则,点在直线上,,解得,且此时方程②的。

故存在满足条件的点,直线的方程为。

圆锥曲线综合问题研究

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