直线方程x=my+a在解题中的应用

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  方程x=my+a表示经过点(a,0)的直线,注意该方程可以表示经过点(a,0),斜率不存在的直线,但不表示经过点(a,0)斜率为0的直线,所以若能判断直线过(a,0),且斜率可能不存在但不为0,可考虑设其方程为x=my+a,这样可以避免讨论斜率是否存在.
  例1(2017年高考课标Ⅲ,理20)已知抛物线C:y2=2x,过点(2,0)的直线l交C与A,B两点,圆M是以线段AB为直径的圆.
  (1)证明:坐标原点O在圆M上;
  (2)设圆M过点P(4,-2),求直线l与圆M的方程.
  分析:(1)设出点的坐标,联立直线与圆的方程,由斜率之积为-1可得OA⊥OB,即得结论;(2)结合(1)的结论求得实数m的值,分类讨论即可求得直线l的方程和圆M的方程.
  解:(1)设A(x1,y1),B(x2,y2),直线l:x=my+2,
  由x=my+2y2=2x,可得y2-2my-4=0,则y1y2=-4,
  又OA的斜率与OB的斜率之积为y1x1·y2x2=-44=-1,所以OA⊥OB,
  故坐标原点O在圆M上.
  (2)由(1)可得y1+y2=2m,x1+x2=m(y1+y2)+4=2m2+4,
  故圆心M的坐标为(m2+2,m),圆M的半径r=(m2+2)2+m2,
  由于圆M过点P(4,-2),因此AP·BP=0,故(x1-4)(x2-4)+(y1+2)(y2+2)=0,
  即x1x2-4(x1+x2)+y1y2+2(y1+y2)+20=0,
  由(1)可得y1y2=-4,x1x2=4,
  所以2m2-m-1=0,解得m=1或m=-12.
  当m=1时,直线l的方程为x-y-2=0,圆心M的坐标为(3,1),圆M的半径为10,圆M的方程为(x-3)2+(y-1)2=10.
  当m=-12时,直线l的方程为2x+y-4=0,圆心M的坐标为(94,-12),圆M的半径为854,圆M的方程为(x-94)2+(y+12)2=8516.
  点评:直线与抛物线的位置关系和直线与椭圆、双曲线的位置关系类似,一般要用到根与系数的关系;在解决直线与抛物线的位置关系时,要特别注意直线与抛物线的对称轴平行的特殊情况.中点弦问题,可以利用“点差法”,但不要忘记验证Δ>0或说明中点在曲线内部.
  例2(2017年高考天津卷,理19)设椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左焦点为F,右顶点为A,离心率为12.已知A是抛物线y2=2px(p>0)的焦点,F到抛物线的准线l的距离为12.
  (1)求椭圆的方程和抛物线的方程;
  (2)设l上两点P,Q关于x轴对称,直线AP与椭圆相交于点B(B异于点A),直线BQ与x轴相交于点D.若△APD的面积为62,求直线AP的方程.
  分析:由于A为抛物线焦点,F到抛物线的准线l的距离为12,则a-c=12,又橢圆的离心率为12,求出c,a,b,得出椭圆的标准方程和抛物线方程;则A(1,0),设直线AP方程为x=my+1(m≠0),解出P,Q两点的坐标,把直线AP方程和椭圆方程联立解出B点坐标,写出BQ所在直线方程,求出点D的坐标,最后根据△APD的面积为62解方程求出m,得出直线AP的方程.
  解:(1)设F的坐标为(-c,0).依题意,ca=12,p2=a,a-c=12,解得a=1,c=12,p=2,于是b2=a2-c2=34.
  所以,椭圆的方程为x2+4y23=1,抛物线的方程为y2=4x.
  (2)设直线AP的方程为x=my+1(m≠0),与直线l的方程x=-1联立,可得点P(-1,-2m),故Q(-1,2m).将x=my+1与x2+4y23=1联立,消去x,整理得(3m2+4)y2+6my=0,解得y=0,或y=-6m3m2+4.
  由点B异于点A,可得点
  B(-3m2+43m2+4,-6m3m2+4).
  由Q(-1,2m),可得直线BQ的方程为(-6m3m2+4-2m)(x+1)-(-3m2+43m2+4+1)(y-2m)=0,
  令y=0,解得x=2-3m23m2+2,故D(2-3m23m2+2,0).
  所以|AD|=1-2-3m23m2+2=6m23m2+2.
  又因为△APD的面积为62,
  故12×6m23m2+2×2|m|=62,
  整理得3m2-26|m|+2=0,
  解得|m|=63,所以m=±63.
  所以,直线AP的方程为3x+6y-3=0,或3x-6y-3=0.
  点评:圆锥曲线问题在历年高考都是较有难度的压轴题,不论第一步利用椭圆的离心率及椭圆与抛物线的位置关系的特点,列方程组,求出椭圆和抛物线方程,还是第二步联立方程组求出点的坐标,写直线方程,利用面积求直线方程,都是利用代数的方法解决几何问题,坐标化,方程化,代数化是解题的关键.
  例3(2016高考浙江文数)如图,设抛物线y2=2px(p>0)的焦点为F,抛物线上的点A到y轴的距离等于|AF|-1.
  (1)求p的值;
  (2)若直线AF交抛物线于另一点B,过B与x轴平行的直线和过F与AB垂直的直线交于点N,AN与x轴交于点M,求M的横坐标的取值范围.
  分析:(1)由抛物线的定义可得p的值;(2)设点A坐标和直线AF的方程,通过联立方程组可得点B的坐标,进而可得点N的坐标,再利用A,M,N三点共线可得m用含有t的式子表示,进而可得M的横坐标的取值范围.
  解:(1)由题意可得抛物线上点A到焦点F的距离等于点A到直线x=-1的距离.
  由抛物线的定义得p2=1,即p=2.
  (2)由(1)得抛物线的方程为y2=4x,F(1,0),
  可设A(t2,2t),t≠0,t≠±1,因为AF不垂直于y轴,可设直线AF:x=sy+1(s≠0),
  由y2=4xx=sy+1消去x得y2-4sy-4=0,故y1y2=-4,所以B(1t2,-2t),
  又直线AB的斜率为2tt2-1,故直线FN的斜率为-t2-12t,
  从而得直线FN:y=-t2-12t(x-1),直线BN:y=-2t,所以N(t2+3t2-1,-2t),
  设M(m,0),由A,M,N三点共线得:2tt2-m=2t+2tt2-t2+3t2-1,
  于是m=2t2t2-1,经检验,m<0或m>2满足题意.
  综上,点M的横坐标的取值范围是(-∞,0)∪(2,+∞).
  点评:(1)当题目中出现抛物线上的点到焦点的距离时,一般会想到转化为抛物线上的点到准线的距离.解答本题时转化为抛物线上的点到准线的距离,进而可得点到y轴的距离;(2)通过联立方程组可得点Β的坐标,进而可得点Ν的坐标,再利用A,M,N,三点共线可得m用含有t的式子表示,进而可得点M的横坐标的取值范围.
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