圆锥曲线。
圆锥曲线一章是高考和教学中的重点内容,蕴涵着多种数学思想、方法,教学中应遵循重基础、抓共性、讲通法、善变化的原则,使基础知识、基本技能、基本方法得到巩固,提高学生知识和方法的运用能力。
一、基本思想和基本方法。
基本思想:运动与联系、特殊与一般、函数与方程、转化与类比。
基本方法:代数方法、几何方法、向量方法、三角代换。
基本问题:①由性质求轨迹方程 ②由方程研究性质。
二、常见的几种题型。
求轨迹方程。
弦长公式极其应用。
垂直半径的问题。
弦的中点与斜率的关系。
圆锥曲线上关于直线的对称点问题。
圆锥曲线的切线问题。
圆锥曲线中的不等式问题。
三、几组公式:
三类弦长(e表示离心率,p表示焦准距,α弦所在直线的倾斜角):
1.焦点弦的弦长。
椭圆: |ab|=;
双曲线:|ab|=;当>0时,ab是内点弦,当。
0时,ab是外点弦.
抛物线:|ab|=.
说明:利用圆锥曲线的统一定义证明.
2.中心弦的弦长:
椭圆: |ab|=;双曲线:|ab|=.
说明:可结合圆锥曲线的参数方程证明.
3.顶点弦的弦长(这里的顶点在长轴、实轴上):
椭圆: |ab|=|cosα|;
双曲线: |ab|=|cosα|;
抛物线: |ab|=|cosα|.
说明:可利用直线、圆锥曲线的参数方程证明.
与圆锥曲线离心率相关的几个角(以椭圆为例):
命题1:设p(x,y)是椭圆=1(a>b>0)上一点,f1、f2是椭圆的两个焦点,∠f1pf2=α,则y=±b时,=2arctg,简证:由△pf1f2的面积为s=b2 tg =c|y|,所以tg =.或由均值定理).
2.命题2.设p(x,y)是椭圆=1(a>b>0)上一点。∠a1pa2=α,b1pb2=β,则当y=±b时,;当x=±a时,.
简证:设pa1、pa2的斜率分别为k1、k2,则k1=,k2=;
可得:k1k2 =-由到角公式和均值定理既可证明.
命题3:设p、q是椭圆=1(a>b>0)的左焦点弦,倾斜角为α,o是原点,∠poq=β,则当α=900时,.
命题4:设p,q是椭圆(a>b>0)的左焦点弦,倾斜角。
为,o是原点,a1,a2是椭圆长轴的两个顶点。设∠pa2q=,∠pa1q=,则当=900时,;当=900时,.
说明:命题在双曲线、抛物线形式略有变化,研究方法相同.
圆锥曲线中的三角形:
焦点三角形:
面积:s=c|y|/2=b2tg=b
离心率:e=
与焦点弦有关的三角形:
ss= s=
与准线有关的三角形。
ef1平分∠qep,s=; fq⊥oq,s=abp/c.
四、例题讲解。
轨迹方程的求法。
例题⒈(坐标法)点a是直线l外一点,点a到直线l的距离为p,mn为l上的定长线段,且|mn|=2p,当|mn|在直线l上滑动时,求△amn外心c的轨迹e。
当圆心c在e上什么位置时,|am|+|an|=2p?
说明:一般步骤:
1 选择适当的直角坐标系.②设所求点为p(x,y),并写出相关点的坐标.
3 出一个含已知点和所求点的等式.④用坐标表示这个等式,并化简整理.
5 去“坏”点.
例题⒉ (判断轨迹法)已知⊙o的方程为x2+y2=4;定点a(4,o);求过定点a且与⊙o相切的动圆圆心p的轨迹方程.
答案:(x-2)2-y2/3=1
说明:一般步骤:
1 根据条件判断是否为学过的点的轨迹方程.②判断轨迹的位置.
利用已知的方程形式,设出待定系数求解.④整理检验.
例题⒊**移法)f1、f2是椭圆x2/2+y2=1的两个焦点,p是抛物线y=x2上的动点,求三角形f1pf2的重心轨迹方程.
答案:y=3x2(消参法,交轨法)
说明:一般步骤。
设所求点为p(x,y),相关点为q(x0,y0)。②建立p、q坐标的关系式,解出x0,y0 ;③代入f(x,y)=0。④整理检验。
例题⒋已知三点a(-4,0)、b(4,0)、f(8,0),直线l的方程为x=2,过f作互相垂直的两条直线,分别交l于m、n点,直线am、bn交于p点,求p点的轨迹方程.答案:(x2/16-y2/48=1)
说明:一般步骤:
若所求动点p(x,y)的坐标关系不易找到,也没有相关点可以利用,可先考虑将x、y用一个或几个参数来表示,然后再消去参数,建立普通方程.
参数的选择丰富多彩,常用的有变角、变斜率、有向线段数量等等.
直线与圆锥曲线:
例题⒈ (弦长公式、垂直应用)
直线l:y=(x-c)交双曲线c:x2-y2/3=1于a、b点,oa⊥ob,求|ab|.
答案:4 已知抛物线y2=2x,直线l在y轴上的截距为2,且与抛物线交于p、q两点,以|pq|为直径的圆过原点,求该直线的方程。
答案:y=-x+2
例题⒉ (弦的中点与斜率的关系)
已知椭圆与直线x+y=1交于a、b两点,|ab|=2,ab的中点m与椭圆中心连线的斜率为/2,求椭圆的方程。
答案:(ax2+by2=1;x2+y2/=3)
双曲线c:x2/4-y2/2=1。①过m(1,1)的直线,交双曲线于a、b两点,求直线ab的方程。
②是否存在直线l,使n(1,1/2)为l被双曲线所截弦的中点,若存在,求出它的方程;若不存在,说明理由。
答案:x-2y+1=0;不存在,因为直线与双曲线无公共点。
例题⒊ (圆锥曲线中的对称问题)
若抛物线y=ax2-1(a>0)上存在关于直线x+y=0对称的两个点,求a的取值范围。
答案:a>3/4
提示:由交点弦的中点在x+y=0上及△>0求出;或由弦的中点在内部求出)
已知椭圆方程为c:x2/4+y2/3=1。试确定m的范围,使得椭圆c上存在着不同的两个点,关于直线l:y=4x+m对称。
答案:m∈(-2/13,2/13)
圆锥曲线的切线问题。
例⒈(江苏理本小题满分14分)如图,在平面直角坐标系中,过轴正方向上一点任作一直线,与抛物线相交于两点,一条垂直于轴的直线,分别与线段和直线交于,1)若,求的值;
2)若为线段的中点,求证:为此抛物线的切线;
3)试问(2)的逆命题是否成立?说明理由。
解:(1)设过c点的直线为,所以,即,设a, =因为,所以。
即, 所以,即所以。
2)设过q的切线为,,所以,即,它与的交点为m,又,所以q,因为,所以,所以m,所以点m和点q重合,也就是qa为此抛物线的切线。
3)(2)的逆命题是成立,由(2)可知q,因为pq轴,所以。
因为,所以p为ab的中点。
例⒉(安徽文本小题满分14分)设f是抛物线g:x2=4y的焦点。
ⅰ)过点p(0,-4)作抛物线g的切线,求切线方程:
ⅱ)设a、b为势物线g上异于原点的两点,且满足,延长af、bf分别交抛物线g于点c,d,求四边形abcd面积的最小值。
解:()设切点.由,知抛物线在点处的切线斜率为,故所求切线方程为.
即.因为点在切线上.
所以,,.所求切线方程为.
)设,.由题意知,直线的斜率存在,由对称性,不妨设.
因直线过焦点,所以直线的方程为.
点的坐标满足方程组。
得,由根与系数的关系知。
因为,所以的斜率为,从而的方程为.
同理可求得.
当时,等号成立.所以,四边形面积的最小值为.
例3(06全国卷i)在平面直角坐标系中,有一个以和为焦点、离心率为的圆,设椭圆在第一象限的部分为曲线c,动点p在c上,c在点p处的切线与轴的交点分别为a、b,且向量。求:
ⅰ)点m的轨迹方程; (的最小值。
解: 椭圆方程可写为: +1 式中a>b>0 , 且得a2=4,b2=1,所以曲线c的方程为:
x2+ =1 (x>0,y>0). y=2 (0设p(x0,y0),因p在c上,有0y=- x-x0)+y0 . 设a(x,0)和b(0,y),由切线方程得 x= ,y= .
由= +得m的坐标为(x,y), 由x0,y0满足c的方程,得点m的轨迹方程为:
=1 (x>1,y>2)
ⅱ)|2= x2+y2, y2= =4+ ,
| |2= x2-1++5≥4+5=9.且当x2-1= ,即x=>1时,上式取等号。
故||的最小值为3.
五、07高考题再现。
(北京文理本小题共14分)如图,矩形的两条对角线相交于点,边所在直线的方程为点在边所在直线上.
)求边所在直线的方程;
)求矩形外接圆的方程;
)若动圆过点,且与矩形的外接圆外切,求动圆的圆心的轨迹方程.
解:()因为边所在直线的方程为,且与垂直,所以直线的斜率为.
又因为点在直线上,所以边所在直线的方程为..
)由解得点的坐标为,因为矩形两条对角线的交点为.
所以为矩形外接圆的圆心.
又.从而矩形外接圆的方程为.
)因为动圆过点,所以是该圆的半径,又因为动圆与圆外切,所以,即.
故点的轨迹是以为焦点,实轴长为的双曲线的左支.
因为实半轴长,半焦距.
所以虚半轴长.
从而动圆的圆心的轨迹方程为.
(福建理本小题满分12分)如图,已知点,直线,为平面上的动点,过作直线。
的垂线,垂足为点,且.
ⅰ)求动点的轨迹的方程;
ⅱ)过点的直线交轨迹于两点,交直线于点,已知,,求的值;
解法一:(ⅰ设点,则,由得:
化简得.ⅱ)设直线的方程为:.
设,,又,联立方程组,消去得:,故。
由,得:,整理得:,解法二:(ⅰ由得:,.
所以点的轨迹是抛物线,由题意,轨迹的方程为:.
ⅱ)由已知,,得.
则:.…过点分别作准线的垂线,垂足分别为,则有:.…
由①②得:,即.
(江西理本小题满分12分)已知双曲线的左、右焦点分别为,,过点的动直线与双曲线相交于两点.
i)若动点满足(其中为坐标原点),求点的轨迹方程;
ii)在轴上是否存在定点,使·为常数?若存在,求出点的坐标;若不存在,请说明理由.
解:由条件知,,设,.
解法一:(i)设,则则,由得。
即。于是的中点坐标为.
当不与轴垂直时,,即.
又因为两点在双曲线上,所以,,两式相减得。
即.将代入上式,化简得.
当与轴垂直时,,求得,也满足上述方程.
圆锥曲线方程
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