92 5年高考 3年模拟 B版(教师用书)
§ 10.4 直线与圆锥曲线的位置关系
对应学生用书起始页码 P202
考点一 直线与圆锥曲线位置关系的判断
判断直线 l与圆锥曲线 r的位置关系时,通常将直线 l 的方
程 Ax+By+C= 0(A、B不同时为 0)代入圆锥曲线 r的方程F(x,y)
= 0.消去 y (或 x) 得到一个关于变量 x (或 y) 的方程,即
Ax+By+C= 0,
F(x,y)= 0,{ 消去 y(或 x)后得 ax2+bx+c= 0(或 ay2+by+c= 0) .
(1)当 a≠0时,则 Δ>0 时,直线 l 与曲线 r 相交; Δ = 0 时,
直线 l与曲线 r相切; Δ<0 时,直线 l与曲线 r相离.
(2)当 a=0时,即得到一个一次方程,则 l 与 r 相交,且只有
一个交点,此时,若 r 为双曲线,则直线 l 与双曲线的 渐近线 平
行;若 r为抛物线,则直线 l与抛物线的 对称轴 平行或重合.
考点二 弦长公式
连接圆锥曲线上两个点的线段称为圆锥曲线的弦.
直线 l: f(x,y)= 0,曲线 r:F(x,y)= 0,l 与 r 的两个不同的交
点为 A、B,A( x1,y1 )、B( x2,y2 ),则( x1,y1 )、( x2,y2 )是方程组
f(x,y)= 0,
F(x,y)= 0{ 的两组解.方程组消元后化为关于 x(也可以是 y)的
一元二次方程 ax2+bx+c= 0(a≠0) .判别式 Δ = b2-4ac,应有 Δ>0,
所以 x1、x2 是方程 ax2+bx+c= 0的解.由根与系数的关系求出 x1 +
x2 = -
b
a
, x1x2 =
c
a
, 所 以 A、 B 两 点 间 的 距 离 | AB | =
1+k2 | x1-x2 | ,此即为弦长公式.也可以写成关于 y 的形式,弦
长公式为 |AB | = 1+ 1
k2
| y1-y2 |(k≠0) .
考点三 点差法
1.AB是椭圆
x2
a2
+ y
2
b2
= 1(a>b>0)的一条弦,弦中点 M 的坐标
为(x0,y0 ),则 AB 的斜率为-
b2x0
a2y0
.运用点差法求 AB 的斜率,
设 A(x1,y1),B(x2,y2) .∵ A、B都在椭圆上,
∴
x21
a2
+
y21
b2
= 1,
x22
a2
+
y22
b2
= 1,
ì
î
í
ï
ï
ï
ï
两式相减得
x21-x22
a2
+
y21-y22
b2
= 0,
∴
(x1-x2)(x1+x2)
a2
+
(y1-y2)(y1+y2)
b2
= 0,
即
y1-y2
x1-x2
=-
b2(x1+x2)
a2(y1+y2)
= -
b2x0
a2y0
.故 kAB =-
b2x0
a2y0
.
2.运用类比的方法可以推出:已知 AB 是双曲线
x2
a2
- y
2
b2
= 1的
弦,弦中点M(x0,y0),则 kAB =
b2x0
a2y0
;
已知抛物线 y2 = 2px(p>0)的弦 AB的中点 M( x0,y0),则 kAB
= p
y0
.
【知识拓展】
1.如果在设直线方程时涉及斜率,要注意斜率不存在的情
况,为了避免讨论,过焦点的直线可设为 x=my+c.
2.直线与圆锥曲线有无公共点或有几个公共点的问题,实
际上是研究由它们的方程组成的方程组是否有实数解或实数解
的个数问题.
3.解方程组
Ax+By+C= 0,
f(x,y)= 0{ 时,若消去 y,则得到关于 x 的方
程 ax2+bx+c= 0,这时要考虑 a= 0和 a≠0两种情况,对双曲线和
抛物线而言,一个公共点的情况要考虑全面,除 a≠0,Δ = 0 外,
当直线与双曲线的渐近线平行时,只有一个交点;当直线与抛物
线的对称轴平行或重合时,只有一个交点.
4.涉及弦长的问题中,应熟练地利用根与系数的关系,设而
不求计算弦长;涉及垂直关系往往也是利用根与系数的关系设
而不求简化运算;涉及过焦点的弦的问题,可考虑利用圆锥曲线
的定义求解.
对应学生用书起始页码 P203
方法 1 圆锥曲线中弦长的求法
对于弦长问题,常采用“设而不求”的策略,利用弦长公式求
解.求解方法有:①求出两交点坐标,用两点间距离公式求解;
②用弦长公式: | AB | = 1+k2 | x1-x2 |或 | AB | = 1+
1
k2
| y1 -y2 |
(k≠0),其中 k为直线 AB的斜率,A(x1,y1),B(x2,y2) .
(2018山西孝义模拟,20)已知椭圆 C:
x2
a2
+ y
2
b2
= 1(a>
b>0)的左、右焦点分别为 F1、F2,且点 F1 到椭圆 C 上任意一点
的最大距离为 3,椭圆 C的离心率为
1
2
.
(1)求椭圆 C的标准方程;
(2)是否存在斜率为-1的直线 l与以线段 F1F2 为直径的圆
相交于 A、B两点,与椭圆相交于 C、D,且
|CD |
| AB |
= 8 3
7
? 若存在,
求出直线 l的方程;若不存在,说明理由.
解析 (1)根据题意,设 F1,F2 的坐标分别为(-c,0),(c,0),
由题意可得
a+c= 3,
c
a
= 1
2
,{
解得 a= 2,c= 1,则 b2 =a2-c2 = 3,
故椭圆 C的标准方程为
x2
4
+ y
2
3
= 1.
(2)假设存在斜率为-1的直线 l,设为 y=-x+m,
由(1)知 F1,F2 的坐标分别为(-1,0),(1,0),
第十章 圆锥曲线 93
所以以线段 F1F2 为直径的圆为 x2+y2 = 1,
由题意知圆心(0,0)到直线 l的距离 d=
| -m |
2
<1,
得 |m | < 2 .
| AB | = 2 1-d2 = 2 1-
m2
2
= 2 × 2-m2 ,
联立得
x2
4
+ y
2
3
= 1,
y=-x+m,
{ 消去 y,得 7x2-8mx+4m2-12= 0,
由题意得 Δ = (-8m) 2 -4×7(4m2 -12)= 336-48m2 = 48(7-
m2)>0,解得 m2<7,
设 C(x1,y1),D(x2,y2),
则 x1+x2 =
8m
7
,x1x2 =
4m2-12
7
,
| CD | = 2 | x1 - x2 | = 2 ×
8m
7( )
2
-4×
4m2-12
7
= 2 ×
336-48m2
49
= 4 6
7
× 7-m2 =
8 3
7
| AB | =
8 3
7
× 2 × 2-m2 ,
解得 m2 =
1
3
<7,得 m=±
3
3
.
即存在符合条件的直线 l,其方程为 y=-x±
3
3
.
1-1 (2016河南重点中学 4月联考,11)已知直线 l:y = 2x
+3被椭圆 C:
x2
a2
+ y
2
b2
= 1(a>b>0)截得的弦长为 7,则下列直线中
被椭圆 C截得的弦长一定为 7的有 ( )
①y= 2x-3;②y= 2x+1;③y=-2x-3;④y=-2x+3.
A.1条 B.2条 C.3条 D.4条
答案 C
解析 直线 y= 2x-3与直线 l关于原点对称,直线 y = -2x
-3与直线 l关于 x轴对称,直线 y = -2x+3 与直线 l 关于 y 轴对
称,故有 3条直线被椭圆 C截得的弦长一定为 7.
1-2 (2018辽宁沈阳一模,20)设 O 为坐标原点,动点 M
在椭圆
x2
9
+ y
2
4
= 1上,过 M 作 x 轴的垂线,垂足为 N,点 P 满足
NP→= 2NM→.
(1)求点 P的轨迹方程 E;
(2)过 F(1,0)的直线 l1 与点 P 的轨迹交于 A、B 两点,过
F(1,0)作与 l1 垂直的直线 l2 与点 P 的轨迹交于 C、D 两点,求
证:
1
| AB |
+ 1
|CD |
为定值.
解析 (1)设 P(x,y),则 N(x,0),NP→=(0,y),
又∵ NM→= 1
2
NP→= 0, y
2
æ
è
ç
ö
ø
÷ ,∴ M x,
1
2
yæ
è
ç
ö
ø
÷ ,
由点 M在椭圆上,得
x2
9
+
y
2 2
æ
è
ç
ö
ø
÷
2
= 1,即
x2
9
+ y
2
8
= 1.
即点 P的轨迹方程 E为
x2
9
+ y
2
8
= 1.
(2)证明:当 l1 与 x轴重合时, | AB | = 6, |CD | =
16
3
,
∴
1
| AB |
+ 1
|CD |
= 17
48
.
当 l1 与 x轴垂直时, | AB | =
16
3
, |CD | = 6,
∴
1
| AB |
+ 1
|CD |
= 17
48
.
当 l1 与 x 轴不垂直也不重合时,可设 l1 的方程为 y = k( x-
1)(k≠0),A(x1,y1),B(x2,y2),
则 l2 的方程为 y=-
1
k
(x-1) .
联立得
y= k(x-1),
x2
9
+ y
2
8
= 1,{ 消去 y,
得(8+9k2)x2-18k2x+9k2-72= 0,
则 x1+x2 =
18k2
8+9k2
,x1x2 =
9k2-72
8+9k2
,
∴ | AB | = 1+k2 (x1+x2) 2-4x1x2 =
48(1+k2)
8+9k2
,
同理可得 |CD | =
48(1+k2)
9+8k2
,
∴
1
| AB |
+ 1
|CD |
= 8
+9k2
48(k2+1)
+ 9
+8k2
48(k2+1)
= 17
48
,为定值.
综上,
1
| AB |
+ 1
|CD |
为定值.
方法 2 圆锥曲线中弦中点问题的解法
涉及直线与圆锥曲线相交弦的中点和弦所在直线的斜率问
题时,常用“点差法” “设而不求法”,并借助一元二次方程根的
判别式、根与系数的关系、中点坐标公式及参数法求解,但在求
得直线方程后,一定要代入原方程进行检验.
设点 — 设出弦的两端点坐标
↓
代入 — 代入圆锥曲线方程
↓
作差 — 两式相减
↓
整理 — 转化为斜率与中点坐标的关系式,然后求解
已知点 A、B的坐标分别是(-1,0)、(1,0),直线 AM、
BM相交于点 M,且它们的斜率之积为-2.
(1)求动点 M的轨迹方程;
(2)若过点 N
1
2
,1( )的直线 l 交动点 M 的轨迹于 C、D 两
点,且 N为线段 CD的中点,求直线 l的方程.
解析 (1)设 M(x,y),
因为 kAM·kBM =-2,所以
y
x+1
·
y
x-1
=-2(x≠±1),
化简得 2x2+y2 = 2(x≠±1),即为动点 M的轨迹方程.
(2)设 C(x1,y1),D(x2,y2) .
解法一:当直线 l⊥ x 轴时,直线 l 的方程为 x =
1
2
,则
C 1
2
,
6
2
æ
è
ç
ö
ø
÷ ,D 1
2
,-
6
2
æ
è
ç
ö
ø
÷ ,此时 CD的中点不是 N,不合题意.
故设直线 l的方程为 y-1= k x-
1
2( ) ,
94 5年高考 3年模拟 B版(教师用书)
将 C(x1,y1),D(x2,y2)代入 2x2+y2 = 2(x≠±1)得
2x21+y21 = 2, ①
2x22+y22 = 2, ②
①-②整理得 k=
y1-y2
x1-x2
=-
2(x1+x2)
y1+y2
=-
2×2×
1
2
2×1
= -1,
∴ 直线 l的方程为 y-1=-1× x-
1
2( ) ,
即所求直线 l的方程为 2x+2y-3= 0.
解法二:当直线 l⊥ x 轴时,直线 l 的方程为 x =
1
2
,则
C 1
2
,
6
2
æ
è
ç
ö
ø
÷ ,D 1
2
,-
6
2
æ
è
ç
ö
ø
÷ ,此时 CD的中点不是 N,不合题意.
故设直线 l的方程为 y-1= k x-
1
2( ) ,将其代入 2x2+y2 = 2(x
≠±1),化简得(2+k2)x2+2k 1-
k
2( ) x+ 1- k2( )
2
-2= 0(x≠±1),
所以 4k2 1-
k
2( )
2
-4(2+k2) 1-
k
2( )
2
-2[ ] >0, ①
由根与系数的关系得
x1+x2 =-
2k 1-
k
2( )
2+k2
,
x1·x2 =
1-
k
2( )
2
-2
2+k2
,
ì
î
í
ï
ï
ï
ï
ï
ï
又由 N为线段 CD 的中点得
x1+x2
2
= -
k 1-
k
2( )
2+k2
= 1
2
,解得 k
=-1,将 k=-1代入①中可知满足条件.
此时直线 l的方程为 y-1=-1× x-
1
2( ) ,
即所求直线 l的方程为 2x+2y-3= 0.
2-1 已知直线 y= 1-x 与双曲线 ax2 +by2 = 1(a>0,b<0)的
渐近线交于 A、B两点,且过原点和线段 AB中点的直线的斜率为
- 3
2
,则
a
b
的值为 ( )
A.-
3
2
B.-
2 3
3
C.-
9 3
2
D.-
2 3
27
答案 A
解析 由双曲线 ax2+by2 = 1知其渐近线方程为 ax2+by2 =
0,设 A(x1,y1),B( x2,y2),则有 ax21 +by21 = 0①,ax22 +by22 = 0②,由
①-②得 a( x21 -x22)= -b( y21 -y22) .即 a( x1 +x2) ( x1 -x2)= -b(y1 +
y2)(y1-y2),由题意可知 x1≠x2,且 x1 +x2≠0,∴
y1+y2
x1+x2
·
y1-y2
x1-x2
=
- a
b
,设 AB的中点为 M(x0,y0),则 kOM =
y0
x0
=
2y0
2x0
=
y1+y2
x1+x2
= - 3
2
,
又知 kAB =-1,∴ -
3
2
×(-1)= -
a
b
,∴
a
b
=- 3
2
,故选 A.
2-2 (2017河北唐山模拟,19)已知中心在原点,一焦点为
F(0,4)的椭圆被直线 l:y = 3x-2 截得的弦的中点横坐标为
1
2
,
求此椭圆的方程.
解析 由椭圆被直线 l:y = 3x-2 截得的弦的中点横坐标
为
1
2
,可得其纵坐标为 y = 3 ×
1
2
- 2 = -
1
2
,可得中点坐标
为
1
2
,-
1
2( ) .
设椭圆的方程为
y2
a2
+ x
2
b2
= 1(a>b>0) .
设直线 l与椭圆交于点 A(x1,y1),B(x2,y2),
则
y21
a2
+
x21
b2
= 1,
y22
a2
+
x22
b2
= 1,
相减可得
(y1+y2)(y1-y2)
a2
+
(x1+x2)(x1-x2)
b2
= 0,
又 y1+y2 =-1,x1+x2 = 1,
y1-y2
x1-x2
= 3,
∴
-3
a2
+ 1
b2
= 0,
又 a2-b2 = 42,
联立解得 a2 = 24,b2 = 8.
∴ 此椭圆的方程为
y2
24
+ x
2
8
= 1.
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