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在近几年江苏高考数学试题中,圆锥曲线分量较重,大多数考生过不了关,拿不到高分。那么高分从哪里来?一是从审题中来,要挖掘隐含条件;二是从思想中来,要做到数形结合;三是从方法中来,要利用几何意义;四是从运算中来,要突出模块运算。
你能按照上述四个方面来训练吗?
1. 椭圆x240+y220=1上有一点P,F1,F2是椭圆的左、右焦点,△PF1F2为直角三角形,则这样的P点有个.
2. 若曲线C1:x2+y2-2x=0与曲线C2:y(y-mx-m)=0有四个不同的交点,则实数m的取值范围是.
3. 过双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的右焦点F作渐近线y=bax的垂线,与双曲线左、右两支都相交,则双曲线离心率的取值范围为.
4. 如果一条直线l与椭圆E:x2+y29=1交于M,N两个不同的点,使得线段MN恰好被直线x=-12平分,则直线l的倾斜角的取值范围为.
圆锥曲线试题一般分为三类:位置问题:直线与曲线的交点的判断、弦长、面积、对称、共线;定点、定值、最值,从动态角度去研究;范围问题,主要是根据条件,建立含有参变量的函数关系或不等关系.
【例1】已知动圆过定点P(1,0),且与定直线l:x=-1相切,点C在l上.
(1)求动圆圆心的轨迹M的方程;
(2)设过点P,且斜率为-3的直线与曲线M相交于A、B两点.
(i) 问:△ABC能否为正三角形?若能,求点C的坐标;若不能,说明理由;
(ii) 当△ABC为钝角三角形时,求点C的纵坐标的取值范围.
分析(1)求轨迹方程时可考虑直接法,或用圆锥曲线的定义;
(2)根据正三角形的几何特征,利用边长相等求解;
(3)解析几何中关于角的问题的处理:①余弦定理;②向量夹角公式;③先特殊考虑直角。
(1) 解法一:曲线M是以点P为焦点,直线l为准线的抛物线,所以曲线M的方程为y2=4x.
解法二:设M(x,y),依题意有|MP|=|MN|,所以|x+1|=(x-1)2+y2.化简得y2=4x.
(2) (i) 由题意得,直线AB的方程为y=-3(x-1).由y=-3(x-1),
y2=4x,消去y得3x2-10x+3=0,解得x1=13,x2=3.所以A点坐标为13,233,B点坐标为(3,-23),|AB|=x1+x2+2=163.假设存在点C(-1,y),使△ABC为正三角形,则|BC|=|AB|且|AC|=|AB|,
即(3+1)2+(y+23)2=1632①
13+12+y-2332=1632②由①-②得42+(y+23)2=432+y-2332,解得y=-1439.但y=-1439不符合①,所以由①,②组成的方程组无解.因此,直线l上不存在点C,使得△ABC是正三角形.
(ii) 解法一:设C(-1,y)使△ABC成钝角三角形,由y=-3(x-1)
x=-1,得y=23,即当点C的坐标为(-1,23)时,A、B、C三点共线,故y≠23.又AC2=-1-132+y-2332=289-43y3+y2,BC2=(3+1)2+(y+23)2=28+43y+y2,AB2=1632=2569.当∠CAB为钝角时,cosA=AB2+AC2-|BC|22|AB|·|AC|<0.即|BC|2>|AC|2+|AB|2,即28+43y+y2>289-433y+y2+2569,即y>293时,∠CAB为钝角.当|AC|2>|BC|2+|AB|2,即289-433y+y2>28+43y+y2+2569,即y<-1033时,∠CBA为钝角.又|AB|2>|AC|2+|BC|2,即2569>289-43y3+y2+28+43y+y2,即y2+433y+43<0,y+232<0.该不等式无解,所以∠ACB不可能为钝角.因此,当△ABC为钝角三角形时,点C的纵坐标y的取值范围是y<-1033或y>239(y≠23).
解法二:以AB为直径的圆的方程为x-532+y+2332=832.圆心53,-233到直线l:x=-1的距离为83,所以,以AB为直径的圆与直线l相切于点G-1,-233.当直线l上的C点与G重合时,∠ACB为直角,当C与G点不重合,且A、B、C三点不共线时,∠ACB为锐角,即△ABC中,∠ACB不可能是钝角.因此,要使△ABC为钝角三角形,只可能是∠CAB或∠CBA为钝角.过点A且与AB垂直的直线方程为y-233=33x-13.令x=-1得y=239.过点B且与AB垂直的直线方程为y+23=33(x-3).令x=-1得y=-1033.
又由y=-3(x-1)
x=-1,解得y=23,所以,当点C的坐标为(-1,23)时,A、B、C三点共线,不构成三角形.因此,当△ABC为钝角三角形时,点C的纵坐标y的取值范围是y<-1033或y>239(y≠23).
牛刀小试
1. 在平面直角坐标系xOy中,若双曲线x2m-y2m2+4=1的离心率为5,则m的值为.
2. 在平面直角坐标系xOy中,圆C的方程为x2+y2-8x+15=0,若直线y=kx-2上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,则k的最大值是.
3. 已知F是椭圆C的一个焦点,B是短轴的一个端点,线段BF的延长线交C于点D,且BF=2FD,则C的离心率为.
4. 椭圆x2a2+y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1、F2,抛物线y2=2bx的焦点为F.若F1F=3FF2,则此椭圆的离心率为.
5. 如图,F是中心在原点、焦点在x轴上的椭圆C的右焦点,直线l:x=4是椭圆C的右准线,F到直线l的距离等于3.
(1)求椭圆C的方程;
(2)点P是椭圆C上动点,PM⊥l,垂足为M.是否存在点P,使得△FPM为等腰三角形?若存在,求出点P的坐标;若不存在,说明理由.
(作者:滕卫忠启东市汇龙中学)
你能按照上述四个方面来训练吗?
1. 椭圆x240+y220=1上有一点P,F1,F2是椭圆的左、右焦点,△PF1F2为直角三角形,则这样的P点有个.
2. 若曲线C1:x2+y2-2x=0与曲线C2:y(y-mx-m)=0有四个不同的交点,则实数m的取值范围是.
3. 过双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的右焦点F作渐近线y=bax的垂线,与双曲线左、右两支都相交,则双曲线离心率的取值范围为.
4. 如果一条直线l与椭圆E:x2+y29=1交于M,N两个不同的点,使得线段MN恰好被直线x=-12平分,则直线l的倾斜角的取值范围为.
圆锥曲线试题一般分为三类:位置问题:直线与曲线的交点的判断、弦长、面积、对称、共线;定点、定值、最值,从动态角度去研究;范围问题,主要是根据条件,建立含有参变量的函数关系或不等关系.
【例1】已知动圆过定点P(1,0),且与定直线l:x=-1相切,点C在l上.
(1)求动圆圆心的轨迹M的方程;
(2)设过点P,且斜率为-3的直线与曲线M相交于A、B两点.
(i) 问:△ABC能否为正三角形?若能,求点C的坐标;若不能,说明理由;
(ii) 当△ABC为钝角三角形时,求点C的纵坐标的取值范围.
分析(1)求轨迹方程时可考虑直接法,或用圆锥曲线的定义;
(2)根据正三角形的几何特征,利用边长相等求解;
(3)解析几何中关于角的问题的处理:①余弦定理;②向量夹角公式;③先特殊考虑直角。
(1) 解法一:曲线M是以点P为焦点,直线l为准线的抛物线,所以曲线M的方程为y2=4x.
解法二:设M(x,y),依题意有|MP|=|MN|,所以|x+1|=(x-1)2+y2.化简得y2=4x.
(2) (i) 由题意得,直线AB的方程为y=-3(x-1).由y=-3(x-1),
y2=4x,消去y得3x2-10x+3=0,解得x1=13,x2=3.所以A点坐标为13,233,B点坐标为(3,-23),|AB|=x1+x2+2=163.假设存在点C(-1,y),使△ABC为正三角形,则|BC|=|AB|且|AC|=|AB|,
即(3+1)2+(y+23)2=1632①
13+12+y-2332=1632②由①-②得42+(y+23)2=432+y-2332,解得y=-1439.但y=-1439不符合①,所以由①,②组成的方程组无解.因此,直线l上不存在点C,使得△ABC是正三角形.
(ii) 解法一:设C(-1,y)使△ABC成钝角三角形,由y=-3(x-1)
x=-1,得y=23,即当点C的坐标为(-1,23)时,A、B、C三点共线,故y≠23.又AC2=-1-132+y-2332=289-43y3+y2,BC2=(3+1)2+(y+23)2=28+43y+y2,AB2=1632=2569.当∠CAB为钝角时,cosA=AB2+AC2-|BC|22|AB|·|AC|<0.即|BC|2>|AC|2+|AB|2,即28+43y+y2>289-433y+y2+2569,即y>293时,∠CAB为钝角.当|AC|2>|BC|2+|AB|2,即289-433y+y2>28+43y+y2+2569,即y<-1033时,∠CBA为钝角.又|AB|2>|AC|2+|BC|2,即2569>289-43y3+y2+28+43y+y2,即y2+433y+43<0,y+232<0.该不等式无解,所以∠ACB不可能为钝角.因此,当△ABC为钝角三角形时,点C的纵坐标y的取值范围是y<-1033或y>239(y≠23).
解法二:以AB为直径的圆的方程为x-532+y+2332=832.圆心53,-233到直线l:x=-1的距离为83,所以,以AB为直径的圆与直线l相切于点G-1,-233.当直线l上的C点与G重合时,∠ACB为直角,当C与G点不重合,且A、B、C三点不共线时,∠ACB为锐角,即△ABC中,∠ACB不可能是钝角.因此,要使△ABC为钝角三角形,只可能是∠CAB或∠CBA为钝角.过点A且与AB垂直的直线方程为y-233=33x-13.令x=-1得y=239.过点B且与AB垂直的直线方程为y+23=33(x-3).令x=-1得y=-1033.
又由y=-3(x-1)
x=-1,解得y=23,所以,当点C的坐标为(-1,23)时,A、B、C三点共线,不构成三角形.因此,当△ABC为钝角三角形时,点C的纵坐标y的取值范围是y<-1033或y>239(y≠23).
牛刀小试
1. 在平面直角坐标系xOy中,若双曲线x2m-y2m2+4=1的离心率为5,则m的值为.
2. 在平面直角坐标系xOy中,圆C的方程为x2+y2-8x+15=0,若直线y=kx-2上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,则k的最大值是.
3. 已知F是椭圆C的一个焦点,B是短轴的一个端点,线段BF的延长线交C于点D,且BF=2FD,则C的离心率为.
4. 椭圆x2a2+y2b2=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F1、F2,抛物线y2=2bx的焦点为F.若F1F=3FF2,则此椭圆的离心率为.
5. 如图,F是中心在原点、焦点在x轴上的椭圆C的右焦点,直线l:x=4是椭圆C的右准线,F到直线l的距离等于3.
(1)求椭圆C的方程;
(2)点P是椭圆C上动点,PM⊥l,垂足为M.是否存在点P,使得△FPM为等腰三角形?若存在,求出点P的坐标;若不存在,说明理由.
(作者:滕卫忠启东市汇龙中学)