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圆锥曲线是解析几何的重要内容,但鉴于江苏高考的等级要求降低,其主要考查的内容是圆锥曲线的概念和性质,注意圆锥曲线的定义在解题中的应用等。其中双曲线、抛物线的要求较低,多为容易题;椭圆为B级要求,估计椭圆的考查以中档题为主,以客观题的形式考查,要注意与圆、向量等知识的整合。每年的高考中,圆锥曲线问题异彩纷呈的形式变换试图诠释创新的要义,但总逃不出对基础知识和能力的考查。本文例析几种常见的类型,以供同学们参考。
类型一新定义题
【例1】设x1,x2∈R,定义运算:x1x2=(x1+x2)2-(x1-x2)2.
(1) 若x≥0,常数p>0,求动点Px,xp2的轨迹C;
(2) 过动点M(a,0)且斜率为1的直线l与C交于不同的两点A,B,若|AB|≤2p,求实数a的取值范围.
分析首先要读懂题目中定义的新运算,在(2)中我们要用弦长公式求出AB的长度,再由|AB|≤2p构造不等式,求出实数a的取值范围。
解(1) 设P(x,y),则y=xp2=x+p22-x-p22=2px.
即y2=2px(y≥0).
(2) 直线l的方程为y=x-a,代入y2=2px,消去x得
y2-2py-2ap=0(y≥0).
设A(x1,y1),B(x2,y2),则Δ=(-2p)2+8ap>0,
y1+y2=2p>0,
y1y2=-2ap≥0.
解得-p2 ∴|AB|=(x1-x2)2+(y1-y2)2
=2(y1-y2)2
=8(p2+2ap)≤2p,
解得a≤-p4.
故所求a的取值范围为-p2,-p4.
总结:本题属于自定义新运算型的信息迁移创新试题,具有立意新、形式新、设问巧等特点,这些信息通常包括新的概念、新的定理、新的方法、新的公式、新的规则等等。解决这类问题要求学生对知识有迁移能力,根据新定义转化为传统思路去解决问题,具有一定的创新思维。
类型二开放题
【例2】已知F1,F2是椭圆x2a2+y2b2=1(a,b>0,且)的两个焦点,P是椭圆上的一点,且∠F1PF2=90°,则△F1PF2的面积是b2.请在题目的空缺处填入一个可能条件.
分析这是一道条件开放题,所缺条件一般是与a、b、c满足的某一关系式。因此解题中首先要对焦点在x还是y轴上进行分类讨论,然后分别求出△F1PF2的面积。
解首先确定坐标轴,假设焦点在y轴上,
由题意知,|PF1|+|PF2|=2b,
|PF1|2+|PF2|2=4c2,
∴|PF1||PF2|=2(b2-c2).
从而S△F1PF2=b2-c2 故椭圆的焦点在x轴上,则有a>b>0,
|PF1|+|PF2|=2a,①
|PF1|2+|PF2|2=4c2②
又∵|PF1|2+|PF2|2≥12(|PF1|+|PF2|)2,
∴由①、②,得4c2≥12(2a)2,即a2≤2c2,
亦即a2≥2b2,∴a≥2b>0.
由此,空缺处可以填写满足a=2b>0的任一开放条件,
如a=2b>0,a>2b>0,a=3b>0等.
总结:解条件探索题的主要方法是:将需探索条件作为已知,结合题设等其他条件,列出满足结论的关系式,并由此找出满足结论的条件。
类型三存在探索题
【例3】在平面直角坐标系xOy中,已知圆心在第二象限、半径为22的圆C与直线y=x相切于坐标原点O.椭圆x2a2+y29=1与圆C的一个交点到椭圆两焦点的距离之和为10.
(1) 求圆C的方程;
(2) 试探究圆C上是否存在异于原点的点Q,使Q到椭圆右焦点F的距离等于线段OF的长.若存在,请求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
分析本题考查待定系数法求圆的方程和第一定义法求椭圆方程,借助圆的参数方程根据题目中的假设得到关于变量cosθ的方程,从方程是否有解这一角度来解决此探索性问题。
解(1) 设圆C的圆心为(m,n),
则m=-n,
n•2=22,解得m=-2,
n=2,
所求的圆的方程为(x+2)2+(y-2)2=8.
(2) 由已知可得2a=10,a=5,
椭圆的方程为x225+y29=1,右焦点为F(4,0);
假设存在Q点(-2+22cosθ,2+22sinθ)使|QF|=|OF|,
(-2+22cosθ-4)2+(2+22sinθ)2=4,
整理得sinθ=3cosθ-22,
代入sin2θ+cos2θ=1得:
10cos2θ-122cosθ+7=0,
cosθ=62±210<1,
当cosθ=22时,Q点(0,0)(舍去);
当cosθ=7210时,Q点45,125.
因此存在符合题意的Q点.
总结:本题是一道存在性问题,解决这类问题的方法为:①对这类问题,若能将所观察对象联系其几何背景进行数与形的转化,常能将复杂抽象的问题变得直观、具体,有利探明结论;②解析几何中的存在与否的问题常用Δ>0,或曲线方程本身的取值范围,或题意中变量的取值范围进行判断。
类型四动手操作题
【例4】如图,有一张长为8,宽为4的矩形纸片ABCD,按图示的方法进行折叠,使每次折叠后的点B都在AD边上,此时B记为B′(注:图中EF为折痕,点F也可落在边CD上),过B′作B′T平行于CD交EF于T,求点T的轨迹方程.
分析由折叠的过程可知,|BT|=|B′T|,B′T⊥AD,在根据抛物线的定义,T的轨迹是以点B为焦点,AD为准线的抛物线的一部分。
解如图,以边AB的中点O为原点,AB边所在的直线为y轴建立平面直角坐标系,则B(0,-2).
因为|BT|=|B′T|,B′T⊥AD,根据抛物线的定义,T的轨迹是以点B为焦点,AD为准线的的抛物线的一部分.设T(x,y),|AB|=4,即定点B到定直线AD的距离为4,所以抛物线的方程为x2=-8y.
在折叠的过程中,线段AB′的长度在区间[0,4]内变化,而x=AB′,所以0≤x≤4.
故点T的轨迹方程为x2=-8y(0≤x≤4).
总结:求轨迹方程的关键是把动点满足的可以量化的几何条件(体现该轨迹属性的几何量间的关系)用坐标表示,因而从题设条件中分析出这些条件成为解决问题的突破口。
牛刀小试
1. 已知平面上两点M(-5,0)和N(5,0),若直线上存在点P使|PM|-|PN|=6,则称该直线为“单曲型直线”,下列直线中是“单曲型直线”的是.
①y=x+1;②y=2;③y=43x;④y=2x+1.
2. 如图,椭圆的中心为原点O,离心率e=22,一条准线的方程为x=22.
设动点P满足:OP=OM+2ON,其中M、N是椭圆上的点,直线OM与ON的斜率之积为-12,当点F1、F2坐标分别为,使得|PF1|+|PF2|为定值.
3. 如图,在平面直角坐标系xOy中,已知点A为椭圆x29+2y29=1的右顶点,点D(1,0),点P,B在椭圆上,BP=DA.
(1) 求直线BD的方程;
(2) 求直线BD被过P,A,B三点的圆C截得的弦长;
(3) 是否存在分别以PB,PA为弦的两个相外切的等圆?若存在,求出这两个圆的方程;若不存在,请说明理由.
4. 一张纸上画有直线l和直线外一定点A,且点A到l的距离为a,折叠纸片,使直线l上某一点A′恰好与点A重合.这样的每一种折法都留下一条折痕直线,则所有折痕直线上的点的集合为.
【参考答案】
1. ①②由题意可知满足|PM|-|PN|=6的P的轨迹是双曲线的右支,根据“单曲型直线”的定义可知,就是求哪条直线与双曲线的右支有交点.故选①②.
2. 由题意椭圆的标准方程为x24+y22=1,
设P(x,y),M(x1,y1),N(x2,y2),
则由OP=OM+2ON得
(x,y)=(x1,y1)+2(x2,y2)
=(x1+2x2,y1+2y2),
即x=x1+2x2,y=y1+2y2.
因为点M,N在椭圆x2+2y2=4上,
所以x21+2y21=4,x22+2y22=4,
故x2+2y2=(x21+4x22+4x1x2)+2(y21+4y22+4y1y2)
=(x21+2y21)+4(x22+2y22)+4(x1x2+2y1y2)
=20+4(x1x2+2y1y2).
设kOM,kON分别为直线OM,ON的斜率,由题设条件知
kOM•kON=y1y2x1x2=-12,
因此x1x2+2y1y2=0,
所以x2+2y2=20.
所以P点是椭圆x2(25)2+y2(10)2=1上的点,设该椭圆的左、右焦点为F1,F2,则由椭圆的定义|PF1|+|PF2|为定值,
又因c=(25)2-(10)2=10,
因此两焦点的坐标为F1(-10,0),F2(10,0).
3. (1) 因为BP=DA,且A(3,0),
所以BP=DA=2,而B,P关于y轴对称,
所以点P的横坐标为1,
从而得P(1,2),B(-1,2).
所以直线BD的方程为x+y-1=0.
(2) 线段BP的垂直平分线方程为x=0,
线段AP的垂直平分线方程为y=x-1,
所以圆C的圆心为(0,-1),
且圆C的半径为r=10.
又圆心C(0,-1)到直线BD的距离为d=2,
所以直线BD被圆C截得的弦长为
2r2-d2=42.
(3) 假设存在这样的两个圆M与圆N,其中PB是圆M的弦,PA是圆N的弦,则点M一定在y轴上,点N一定在线段PA的垂直平分线y=x-1上,当圆M和圆N是两个相外切的等圆时,一定有P,M,N在一条直线上,且PM=PN.
设M(0,b),则N(2,4-b),根据N(2,4-b)在直线y=x-1上,
解得b=3.
所以M(0,3),N(2,1),PM=PN=2,
故存在这样的两个圆,且方程分别为
x2+(y-3)2=2,(x-2)2+(y-1)2=2.
4. 以A为焦点,直线l为准线的抛物线的外部(含边界).
(作者:马进,江苏省通州高级中学)
类型一新定义题
【例1】设x1,x2∈R,定义运算:x1x2=(x1+x2)2-(x1-x2)2.
(1) 若x≥0,常数p>0,求动点Px,xp2的轨迹C;
(2) 过动点M(a,0)且斜率为1的直线l与C交于不同的两点A,B,若|AB|≤2p,求实数a的取值范围.
分析首先要读懂题目中定义的新运算,在(2)中我们要用弦长公式求出AB的长度,再由|AB|≤2p构造不等式,求出实数a的取值范围。
解(1) 设P(x,y),则y=xp2=x+p22-x-p22=2px.
即y2=2px(y≥0).
(2) 直线l的方程为y=x-a,代入y2=2px,消去x得
y2-2py-2ap=0(y≥0).
设A(x1,y1),B(x2,y2),则Δ=(-2p)2+8ap>0,
y1+y2=2p>0,
y1y2=-2ap≥0.
解得-p2 ∴|AB|=(x1-x2)2+(y1-y2)2
=2(y1-y2)2
=8(p2+2ap)≤2p,
解得a≤-p4.
故所求a的取值范围为-p2,-p4.
总结:本题属于自定义新运算型的信息迁移创新试题,具有立意新、形式新、设问巧等特点,这些信息通常包括新的概念、新的定理、新的方法、新的公式、新的规则等等。解决这类问题要求学生对知识有迁移能力,根据新定义转化为传统思路去解决问题,具有一定的创新思维。
类型二开放题
【例2】已知F1,F2是椭圆x2a2+y2b2=1(a,b>0,且)的两个焦点,P是椭圆上的一点,且∠F1PF2=90°,则△F1PF2的面积是b2.请在题目的空缺处填入一个可能条件.
分析这是一道条件开放题,所缺条件一般是与a、b、c满足的某一关系式。因此解题中首先要对焦点在x还是y轴上进行分类讨论,然后分别求出△F1PF2的面积。
解首先确定坐标轴,假设焦点在y轴上,
由题意知,|PF1|+|PF2|=2b,
|PF1|2+|PF2|2=4c2,
∴|PF1||PF2|=2(b2-c2).
从而S△F1PF2=b2-c2
|PF1|+|PF2|=2a,①
|PF1|2+|PF2|2=4c2②
又∵|PF1|2+|PF2|2≥12(|PF1|+|PF2|)2,
∴由①、②,得4c2≥12(2a)2,即a2≤2c2,
亦即a2≥2b2,∴a≥2b>0.
由此,空缺处可以填写满足a=2b>0的任一开放条件,
如a=2b>0,a>2b>0,a=3b>0等.
总结:解条件探索题的主要方法是:将需探索条件作为已知,结合题设等其他条件,列出满足结论的关系式,并由此找出满足结论的条件。
类型三存在探索题
【例3】在平面直角坐标系xOy中,已知圆心在第二象限、半径为22的圆C与直线y=x相切于坐标原点O.椭圆x2a2+y29=1与圆C的一个交点到椭圆两焦点的距离之和为10.
(1) 求圆C的方程;
(2) 试探究圆C上是否存在异于原点的点Q,使Q到椭圆右焦点F的距离等于线段OF的长.若存在,请求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由.
分析本题考查待定系数法求圆的方程和第一定义法求椭圆方程,借助圆的参数方程根据题目中的假设得到关于变量cosθ的方程,从方程是否有解这一角度来解决此探索性问题。
解(1) 设圆C的圆心为(m,n),
则m=-n,
n•2=22,解得m=-2,
n=2,
所求的圆的方程为(x+2)2+(y-2)2=8.
(2) 由已知可得2a=10,a=5,
椭圆的方程为x225+y29=1,右焦点为F(4,0);
假设存在Q点(-2+22cosθ,2+22sinθ)使|QF|=|OF|,
(-2+22cosθ-4)2+(2+22sinθ)2=4,
整理得sinθ=3cosθ-22,
代入sin2θ+cos2θ=1得:
10cos2θ-122cosθ+7=0,
cosθ=62±210<1,
当cosθ=22时,Q点(0,0)(舍去);
当cosθ=7210时,Q点45,125.
因此存在符合题意的Q点.
总结:本题是一道存在性问题,解决这类问题的方法为:①对这类问题,若能将所观察对象联系其几何背景进行数与形的转化,常能将复杂抽象的问题变得直观、具体,有利探明结论;②解析几何中的存在与否的问题常用Δ>0,或曲线方程本身的取值范围,或题意中变量的取值范围进行判断。
类型四动手操作题
【例4】如图,有一张长为8,宽为4的矩形纸片ABCD,按图示的方法进行折叠,使每次折叠后的点B都在AD边上,此时B记为B′(注:图中EF为折痕,点F也可落在边CD上),过B′作B′T平行于CD交EF于T,求点T的轨迹方程.
分析由折叠的过程可知,|BT|=|B′T|,B′T⊥AD,在根据抛物线的定义,T的轨迹是以点B为焦点,AD为准线的抛物线的一部分。
解如图,以边AB的中点O为原点,AB边所在的直线为y轴建立平面直角坐标系,则B(0,-2).
因为|BT|=|B′T|,B′T⊥AD,根据抛物线的定义,T的轨迹是以点B为焦点,AD为准线的的抛物线的一部分.设T(x,y),|AB|=4,即定点B到定直线AD的距离为4,所以抛物线的方程为x2=-8y.
在折叠的过程中,线段AB′的长度在区间[0,4]内变化,而x=AB′,所以0≤x≤4.
故点T的轨迹方程为x2=-8y(0≤x≤4).
总结:求轨迹方程的关键是把动点满足的可以量化的几何条件(体现该轨迹属性的几何量间的关系)用坐标表示,因而从题设条件中分析出这些条件成为解决问题的突破口。
牛刀小试
1. 已知平面上两点M(-5,0)和N(5,0),若直线上存在点P使|PM|-|PN|=6,则称该直线为“单曲型直线”,下列直线中是“单曲型直线”的是.
①y=x+1;②y=2;③y=43x;④y=2x+1.
2. 如图,椭圆的中心为原点O,离心率e=22,一条准线的方程为x=22.
设动点P满足:OP=OM+2ON,其中M、N是椭圆上的点,直线OM与ON的斜率之积为-12,当点F1、F2坐标分别为,使得|PF1|+|PF2|为定值.
3. 如图,在平面直角坐标系xOy中,已知点A为椭圆x29+2y29=1的右顶点,点D(1,0),点P,B在椭圆上,BP=DA.
(1) 求直线BD的方程;
(2) 求直线BD被过P,A,B三点的圆C截得的弦长;
(3) 是否存在分别以PB,PA为弦的两个相外切的等圆?若存在,求出这两个圆的方程;若不存在,请说明理由.
4. 一张纸上画有直线l和直线外一定点A,且点A到l的距离为a,折叠纸片,使直线l上某一点A′恰好与点A重合.这样的每一种折法都留下一条折痕直线,则所有折痕直线上的点的集合为.
【参考答案】
1. ①②由题意可知满足|PM|-|PN|=6的P的轨迹是双曲线的右支,根据“单曲型直线”的定义可知,就是求哪条直线与双曲线的右支有交点.故选①②.
2. 由题意椭圆的标准方程为x24+y22=1,
设P(x,y),M(x1,y1),N(x2,y2),
则由OP=OM+2ON得
(x,y)=(x1,y1)+2(x2,y2)
=(x1+2x2,y1+2y2),
即x=x1+2x2,y=y1+2y2.
因为点M,N在椭圆x2+2y2=4上,
所以x21+2y21=4,x22+2y22=4,
故x2+2y2=(x21+4x22+4x1x2)+2(y21+4y22+4y1y2)
=(x21+2y21)+4(x22+2y22)+4(x1x2+2y1y2)
=20+4(x1x2+2y1y2).
设kOM,kON分别为直线OM,ON的斜率,由题设条件知
kOM•kON=y1y2x1x2=-12,
因此x1x2+2y1y2=0,
所以x2+2y2=20.
所以P点是椭圆x2(25)2+y2(10)2=1上的点,设该椭圆的左、右焦点为F1,F2,则由椭圆的定义|PF1|+|PF2|为定值,
又因c=(25)2-(10)2=10,
因此两焦点的坐标为F1(-10,0),F2(10,0).
3. (1) 因为BP=DA,且A(3,0),
所以BP=DA=2,而B,P关于y轴对称,
所以点P的横坐标为1,
从而得P(1,2),B(-1,2).
所以直线BD的方程为x+y-1=0.
(2) 线段BP的垂直平分线方程为x=0,
线段AP的垂直平分线方程为y=x-1,
所以圆C的圆心为(0,-1),
且圆C的半径为r=10.
又圆心C(0,-1)到直线BD的距离为d=2,
所以直线BD被圆C截得的弦长为
2r2-d2=42.
(3) 假设存在这样的两个圆M与圆N,其中PB是圆M的弦,PA是圆N的弦,则点M一定在y轴上,点N一定在线段PA的垂直平分线y=x-1上,当圆M和圆N是两个相外切的等圆时,一定有P,M,N在一条直线上,且PM=PN.
设M(0,b),则N(2,4-b),根据N(2,4-b)在直线y=x-1上,
解得b=3.
所以M(0,3),N(2,1),PM=PN=2,
故存在这样的两个圆,且方程分别为
x2+(y-3)2=2,(x-2)2+(y-1)2=2.
4. 以A为焦点,直线l为准线的抛物线的外部(含边界).
(作者:马进,江苏省通州高级中学)