第 9 讲 解析几何
第 3 课时 解析几何大题
专题训练·作业(二十二)
[第一次作业]
1.(2020·昆明市“三诊一模”)已知椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)左焦点为 F1(-1,
0),经过点 F1 的直线 l 与圆 F2:(x-1)2+y2=8 相交于 P,Q 两点,M 是线段 PF2
与 C 的公共点,且|MF1|=|MP|.
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)l 与 C 的交点为 A,B,且 A 恰为线段 PQ 的中点,求△ABF2 的面积.
2.(2020·宁夏中卫市第三次模拟)已知椭圆 C1:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)的离心率为 3
2
,
P(-2,1)是 C1 上一点.
(1)求椭圆 C1 的方程;
(2)设 A,B,Q 是 P 分别关于两坐标轴及坐标原点对称的点,平行于 AB 的直线
l 交 C1 于异于 P,Q 的两点 C,D.点 C 关于原点的对称点为 E.证明:直线 PD,
PE 与 y 轴围成的三角形是等腰三角形.
3.(2020·辽宁省抚顺市六校高三联考)已知 0<m<2,动点 M 到两定点 F1(-m,
0),F2(m,0)的距离之和为 4,设点 M 的轨迹为曲线 C,若曲线 C 过点 N 2, 2
2 .
(1)求 m 的值以及曲线 C 的方程;
(2)过定点
6
5
,0 且斜率不为零的直线 l 与曲线 C 交于 A,B 两点.证明:以 AB
为直径的圆过曲线 C 的右顶点.
4.(2020·湖南常德市第二中学冲刺卷)设椭圆 E:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)的左、右焦点
分别为 F1,F2,过点 F1 的
直线交椭圆 E 于 A,B 两点.若椭圆 E 的离心率为 2
2
,三角形 ABF2 的周长为
4 6.
(1)求椭圆 E 的方程;
(2)设不经过椭圆的中心而平行于弦 AB 的直线交椭圆 E 于点 C,D,设弦 AB,
CD 的中点分别为 M,N,证明:O,M,N 三点共线.
[第二次作业]
1.(2020·四川广元市高三模拟)已知椭圆 C:x2
2
+y2=1,过点 P(0,1)作互相垂直
的两条直线分别交椭圆 C 于点 A,B(A,B 与 P 不重合).
(1)证明:直线 AB 过定点 0,-1
3 ;
(2)若以点 E 0,1
9 为圆心的圆与直线 AB 相切,且切点为线段 AB 的中点,求四
边形 PAEB 的面积.
2.(2020·重庆七校高三联考)已知中心在原点 O 的椭圆 C 的左焦点为 F1(-1,0),
C 与 y 轴正半轴交点为 A,且∠AF1O=π
3.
(1)求椭圆 C 的标准方程;
(2)过点 A 作斜率为 k1,k2(k1k2≠0)的两条直线分别交 C 于异于点 A 的两点 M,
N.证明:当 k2= k1
k1-1
时,直线 MN 过定点.
3.(2020·山东济南市高三模拟)已知平面上一动点 A 的坐标为(2t2,-2t).
(1)求点 A 的轨迹 E 的方程;
(2)点 B 在轨迹 E 上,且纵坐标为2
t.
①证明直线 AB 过定点,并求出定点坐标;
②分别以 A,B 为圆心作与直线 x=-2 相切的圆,两圆公共弦的中点为 H,在
平面内是否存在定点 P,使得|PH|为定值?若存在,求出点 P 坐标;若不存在,
请说明理由.
4.(2019·南昌十校联考)已知椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)的左、右焦点分别为 F1,
F2,且|F1F2|=4 3,A 3,- 13
2 是椭圆上一点.
(1)求椭圆 C 的标准方程和离心率 e 的值;
(2)若 T 为椭圆 C 上异于顶点的任意一点,M,N 分别为椭圆的右顶点和上顶点,
直线 TM 与 y 轴交于点 P,直线 TN 与 x 轴交于点 Q,求证:|PN|·|QM|为定值.
[第三次作业]
1.(2020·河南名师联盟调研)已知椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)的离心率为1
2
,以原
点为圆心,椭圆的短半轴的长为半径的圆与直线 x-y+ 6=0 相切,过点 P(4,
0)的直线 l 与椭圆 C 相交于 A,B 两点.
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)若原点 O 在以线段 AB 为直径的圆内,求直线 l 的斜率 k 的取值范围.
2.(2020·南昌重点中学段考试题)已知抛物线 C:x2=2py(p>0)和定点 M(0,1),
设过点 M 的动直线交抛物线 C 于 A,B 两点,抛物线 C 在 A,B 处的切线的交
点为 N.
(1)若 N 在以 AB 为直径的圆上,求 p 的值;
(2)若△ABN 的面积的最小值为 4,求抛物线 C 的方程.
3.(2020·河南省濮阳市二模)已知椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)过点
1
2
,- 15
4 ,顺
次连接椭圆 C 的 4 个顶点,得到的四边形的面积为 4.
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)已知直线 l:y=kx+2 与椭圆 C 交于 M,N 两点,若∠MON 为锐角(O 为坐
标原点),求实数 k 的取值范围.
4.(2020·石家庄市高考数学模拟八)已知 F1,F2 是椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)
的左、右焦点,过椭圆的上顶点的直线 x+y=1 被椭圆截得的弦的中点坐标为
P
3
4
,1
4 .
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)过 F1 的直线 l 交椭圆于 A,B 两点,当△ABF2 面积最大时,求直线 l 的方程.
备选题
1.(2019·湖北部分重点中学起点考试)如图,已知,A,B,C 为椭圆 E:x2
2
+y2
=1 上三个不同的点,O 为坐标原点,且 O 为△ABC 的重心.
(1)如果直线 AB,OC 的斜率都存在,求证:kABkOC 为定值;
(2)试判断△ABC 的面积是否为定值?如果是,求出这个定值;否则,请说明理
由.
2.(2020·石家庄市高中毕业班综合训练)已知椭圆 C1:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)和圆 C2:
x2+y2=r2(r>0),F1,F2 为椭圆 C1 的左、右焦点,点 B(0, 3)在椭圆 C1 上,当
直线 BF1 与圆 C2 相切时,r= 3
2 .
(1)求 C1 的方程;
(2)直线 l:y=kx+m(k>0,m>0)与 x 轴交于点 Q,且与椭圆 C1 和圆 C2 都相切,
切点分别为 M,N,记△F1F2M 和△QF2N 的面积分别为 S1 和 S2,求(m-k)S2
S1
的最小值.
3.(2020·兰州市第二中学月考)已知椭圆:C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)的四个顶点围
成的四边形的面积为 2 15,原点到直线x
a
+y
b
=1 的距离为 30
4 .
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)已知定点 P(0,2),是否存在过点 P 的直线 l,使 l 与椭圆 C 交于 A,B 两点,
且以|AB|为直径的圆过椭圆 C 的左顶点?若存在,求出 l 的方程;若不存在,请
说明理由.
4.(2020·山东泰安市高三模拟)已知点 M(0,-2),点 P 在直线 y= 1
16x2+2 上运
动,动点 Q 满足MQ→ =1
2MP→ ,记点 Q 的轨迹为曲线 C.
(1)求曲线 C 的方程;
(2)设 D(0,3),E(0,-3),过点 D 的直线交曲线 C 于 A,B 两个不同的点,求
证:∠AEB=2∠AED.
5.(2020·山东日照市第一中学模拟)在平面直角坐标系 xOy 中,①已知点 A( 3,
0),直线 l:x=4 3
3
,动点 P 满足到点 A 的距离与到直线 l 的距离之比为 3
2
;②
已知圆 C 的方程为 x2+y2=4,直线 l 为圆 C 的切线,记点 A( 3,0),B(- 3,
0)到直线 l 的距离分别为 d1,d2,动点 P 满足|PA|=d1,|PB|=d2;③点 S,T 分别
在 x 轴,y 轴上运动,且|ST|=3,动点 P 满足OP→=2
3OS→+1
3OT→ .
(1)在①②③这三个条件中任选一个,求动点 P 的轨迹方程;
(2)记(1)中的轨迹为 E,经过点 D(1,0)的直线 l′交 E 于 M,N 两点,若线段 MN
的垂直平分线与 y 轴相交于点 Q,求点 Q 纵坐标的取值范围.
6.(2020·第五次模拟)已知椭圆 C:x2
a2
+y2=1(a>1)上顶点为 A,右焦点
为 F,直线 AF 与圆 M:x2+y2-6x-2y+7=0 相切.
(1)求椭圆的方程;
(2)不过点 A 的动直线 l 与椭圆 C 相交于 P,Q 两点,且 AP⊥AQ,证明:动直线
l 过定点,并且求出该定点坐标.
7.(2020·四川省叙州区第二中学月考)已知椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)的离心率为
1
2
,点 F 为左焦点,过点 F 作 x 轴的垂线交椭圆 C 于 A,B 两点,且|AB|=3.
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)在圆 x2+y2=3 上是否存在一点 P,使得在点 P 处的切线 l 与椭圆 C 相交于 M,
N 两点满足OM→ ⊥ON→ (O 为坐标原点)?若存在,求 l 的方程;若不存在,请说明
理由.
8.(2020·第八次模拟)已知长度为 4 的线段的两个端点 A,B 分别
在 x 轴和 y 轴上运动,动点 P 满足BP→=3PA→,记动点 P 的轨迹为曲线 C.
(1)求曲线 C 的方程;
(2)设曲线 C 与 y 轴的正半轴交于点 D,过点 D 作互相垂直的两条直线,分别交
曲线 C 于 M,N 两点,连接 MN,求△DMN 的面积的最大值.
9.(2019·广东六校联考一)已知圆 C:(x+2 2)2+y2=36 与定点 M(2 2,0),动
圆 I 过 M 点且与圆 C 相切.
(1)求动圆圆心的轨迹 E 的方程;
(2)若过定点 N(0,2)的直线 l 交轨迹 E 于不同的两点 A,B,求|AB|的最大值.
10.(2020·武汉中学高三第二次质检)如图,已知抛物线 x2=y.
点 A
-1
2
,1
4 ,B
3
2
,9
4 ,抛物线上的点 P(x,y)
-1
20)的上顶点为 P,右
顶点为 Q,直线 PQ 与圆 x2+y2=4
5
相切于点 M
2
5
,4
5 .
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)若不经过点 P 的直线 l 与椭圆 C 交于点 A,B 两点,且PA→·PB→=0,求证:直
线 l 过定点.
12.(2020·福建五校第二次联考)已知椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)的离心率为 3
2
,
上顶点 M 到直线 3x+y+4=0 的距离为 3.
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)设直线 l 过点(4,-2),且与椭圆 C 相交于 A,B 两点,l 不经过点 M,证明:
直线 MA 的斜率与直线 MB 的斜率之和为定值.
13.已知 M(x0,0),N(0,y0)两点分别在 x 轴和 y 轴上运动,且|MN|=1,若动
点 G(x,y)满足OG→ =2OM→ +ON→ (O 为坐标原点),动点 G 的轨迹为 E.
(1)求 E 的方程;
(2)过点 P( 3,0)作动直线 OG 的平行线交轨迹 E 于 A,B 两点,则 |AB|
|OG|2
是否为
定值?若是,求出该值;若不是,说明理由.
14.(2020·福建、广东、江西三省十校联考)已知椭圆 C:x2
a2
+y2
b2
=1(a>b>0)经过
点(0, 3),离心率为1
2
,左、右焦点分别为 F1(-c,0),F2(c,0).
(1)求椭圆 C 的方程;
(2)P,N 是 C 上异于 M 的两点,若直线 PM 与直线 PN 的斜率之积为-3
4
,证明:
M,N 两点的横坐标之和为常数.
参考解析答案
[第一次作业]
1 解析 (1)如图:
由圆 F2:(x-1)2+y2=8 可得|PF2|=2 2,
因为|MF1|=|MP|,
所以 2a=|MF1|+|MF2|=|MP|+|MF2|=|PF2|=2 2,
即 a= 2,又 c=1,故 b=1,
所以椭圆的方程为x2
2
+y2=1.
(2)设 A(x1,y1),B(x2,y2),易知 F2(1,0),
因为 A 为线段 PQ 的中点,则 AF1⊥AF2,
所以AF1
→ ·AF2
→ =(-1-x1,-y1)·(1-x1,-y1)=(-1-x1)(1-x1)+y12=x12+y12
-1=0,
又x12
2
+y12=1,解得 x1=0,y1=±1,若 y1=1,则 A(0,1),直线 l 的方程为 y
=x+1,
由
y=x+1,
x2
2
+y2=1,消去 y 得 3x2+4x=0,所以 x1+x2=-4
3
,所以 x2=-4
3
,y2=-1
3
,
即 B
-4
3
,-1
3 ,
所以△ABF2 的面积 S=1
2|F1F2|·|y1-y2|=1
2
×2×4
3
=4
3.
若 y=-1,同理可求得△ABF2 的面积 S=4
3.
综上,△ABF2 的面积为4
3.
2 解析 (1)因为 C1 离心率为 3
2
,所以 a2=4b2,
从而 C1 的方程为 x2
4b2
+y2
b2
=1,
代入 P(-2,1),解得 b2=2,因此 a2=8.
所以椭圆 C1 的方程为x2
8
+y2
2
=1.
(2)证明:由题设知 A,B 两点的坐标为(-2,-1),(2,1),
因此直线 l 的斜率为1
2
,设直线 l 的方程为 y=1
2x+t(t≠0),
由
y=1
2x+t,
x2
8
+y2
2
=1,
得 x2+2tx+2t2-4=0,
当Δ>0 时,不妨设 C(x1,y1),D(x2,y2),
于是 x1+x2=-2t,x1x2=2t2-4,
分别设直线 PD,PE 的斜率为 k1,k2,
则 k1+k2=y2-1
x2+2
+-y1-1
-x1+2
=(y2-1)(2-x1)-(2+x2)(y1+1)
(2+x2)(2-x1)
,
则要证直线 PD,PE 与 y 轴围成的三角形是等腰三角形,
只需证(y2-1)(2-x1)-(2+x2)(y1+1)=0,
而(y2-1)(2-x1)-(2+x2)(y1+1)
=2(y2-y1)-(x1y2+x2y1)+x1-x2-4
=x2-x1-x1x2-t(x1+x2)+x1-x2-4
=-x1x2-t(x1+x2)-4
=-2t2+4+2t2-4=0,
所以直线 PD,PE 与 y 轴围成的三角形是等腰三角形.
3 解析 (1)设 M(x,y),因为|MF1|+|MF2|=4>2m,所以曲线 C 是以两定点 F1,
F2 为焦点,长半轴长为 2 的椭圆,所以 a=2.
设椭圆 C 的方程为x2
4
+y2
b2
=1(b>0),代入点 N 2, 2
2 得 b2=1,
由 c2=a2-b2,得 c2=3,
所以 m=c= 3,故曲线 C 的方程为x2
4
+y2=1.
(2)证明:设直线 l:x=ty+6
5
,A(x1,y1),B(x2,y2),
椭圆的右顶点为 P(2,0),联立方程组
x=ty+6
5
,
x2
4
+y2=1,
消去 x 得(t2+4)y2+12
5 ty-64
25
=
0.
Δ>0,y1+y2= -12t
5(t2+4)
,y1y2=- 64
25(t2+4),
所以PA→·PB→=(x1-2)(x2-2)+y1y2=(t2+1)y1y2-4
5t(y1+y2)+16
25
=-64t2-64+48t2+16t2+64
25(t2+4)
=0,
所以PA→⊥PB→,
故点 P 在以 AB 为直径的圆上,即以 AB 为直径的圆过曲线 C 的右顶点.
4 解析 (1)∵AF1+AF2+BF1+BF2=4a=4 6,∴a= 6,
又 e=c
a
= 2
2
,∴c= 3,b= a2-c2= 3,
∴椭圆 E 的方程为x2
6
+y2
3
=1.
(2)证明:当直线 AB,CD 的斜率不存在时,由椭圆的对称性知,中点 M,N 在
x 轴上,O,M,N 三点共线;
当直线 AB,CD 的斜率存在时,设其斜率为 k(k≠0),
且设 A(x1,y1),B(x2,y2),M(x0,y0),
则
x12
6
+y12
3
=1,
x22
6
+y22
3
=1,
两式相减,得(x1-x2)(x1+x2)
6
=-(y1-y2)(y1+y2)
3
,
又 x0=x1+x2
2
,y0=y1+y2
2
,∴y1-y2
x1-x2
·y0
x0
=-3
6
,
则 k·kOM=-1
2
⇒kOM=- 1
2k.
同理可得 kON=- 1
2k
,∵kOM=kON,∴O,M,N 三点共线.
[第二次作业]
1 解析 (1)证明:根据题意有:直线 AB,PB,PA 斜率均存在.
设 lAB:y=kx+m,A(x1,y1),B(x2,y2),
联立
x2
2
+y2=1,
y=kx+m,
有(2k2+1)x2+4kmx+2m2-2=0,当Δ=16k2m2 -4(2k2+
1)(2m2-2)=8(2k2-m2+1)>0 时,
有 x1+x2=- 4km
2k2+1
,x1x2=2m2-2
2k2+1
.
因为 PB⊥PA,
所以 kPB·kPA=y2-1
x2
·y1-1
x1
=kx1+m-1
x1
·kx2+m-1
x2
=-1,
化简得:(k2+1)x1x2+k(m-1)(x1+x2)+(m-1)2=0,
所以(k2+1)2m2-2
2k2+1
-k(m-1) 4km
2k2+1
+(m-1)2=0,
化简得:3m2-2m-1=0,解得 m=-1
3
或 1.
当 m=1 时,lAB:y=kx+1 过点 P,则 P 与 A 或 B 重合,不满足题意,舍去,
所以 m=-1
3
,满足Δ>0,即 lAB:y=kx-1
3
,
所以直线 AB 过定点 0,-1
3 .
(2)方法一:由(1)知 m=-1
3
,
则 lAB:y=kx-1
3
,x1+x2=
4
3k
2k2+1
,x1x2=-
16
9
2k2+1
.
如图所示:
设线段 AB 的中点为 D(xD,yD),
则 xD=x1+x2
2
=
2
3k
2k2+1
,yD=kxD-1
3
=
2
3k
2k2+1
·k-1
3
=-
1
3
2k2+1
.
因为以 E 0,1
9 为圆心的圆与直线 AB 相切于 AB 的中点,所以ED→ ⊥AB→ ,
又因为ED→ =(
2
3k
2k2+1
,-
1
3
2k2+1
-1
9),且AB→ 与(1,k)平行,
所以
2
3k
2k2+1
+(-
1
3
2k2+1
-1
9)k=0,
解得 k=0 或±1.
由上图可知,四边形 PAEB 的面积 S=1
2|PE||x1-x2|=1
2
×8
9|x1-x2|=4
9|x1-x2|.
①当 k=0 时,lAB:y=-1
3
,易得 A,B 的坐标为 -4
3
,-1
3 ,
4
3
,-1
3 ,
所以 S=4
9|x1-x2|=4
9
|-4
3
-4
3|=32
27.
②当 k=±1 时,有|x1-x2|= (x1+x2)2-4x1x2= (
4
3k
2k2+1
)2+
64
9
2k2+1
=
4 13
9
,
所以 S=4
9|x1-x2|=4
9
×4 13
9
=16 13
81 .
由①②有:S=32
27
或16 13
81 .
方法二:由(1)得,lAB:y=kx-1
3
,x1+x2=
4
3k
2k2+1
,x1x2=-
16
9
2k2+1
.
由上图得:四边形 PAEB 的面积 S=1
2|PE||x1-x2|=1
2
×8
9|x1-x2|=4
9|x1-x2|.
根据题意结合图形得:|EA|=|EB|,即 x12+ y1-1
9
2
= x22+ y2-1
9
2
,
即 2-2y12+ y1-1
9
2
= 2-2y22+ y2-1
9
2
,化简得(y1-y2) y1+y2+2
9 =0,
所以 y1-y2=0 或 y1+y2=-2
9.
①当 y1-y2=0 时,易得 k=0,即 lAB:y=-1
3
,易得 A,B 的坐标为 -4
3
,-1
3 ,
4
3
,-1
3 ,
所以 S=4
9|x1-x2|=4
9
|-4
3
-4
3|=32
27.
②当 y1+y2=-2
9
时,y1+y2=k(x1+x2)-2
3
=
4
3k2
2k2+1
-2
3
=-2
9
,解得 k=±1.
有|x1-x2|= (x1+x2)2-4x1x2= (
4
3k
2k2+1
)2+
64
9
2k2+1
=4 13
9
,
所以 S=4
9|x1-x2|=4
9
×4 13
9
=16 13
81 .
由①②得 S=32
27
或16 13
81 .
2 解析 (1)在 Rt△AF1O 中,|OA|=b,|OF1|=c=1,|AF1|= |OA|2+|OF1|2=a,
∵∠AF1O=π
3
,∠OAF1=π
6
,∴a=|AF1|=2|OF1|=2,∴b= a2-c2= 3,
因此,椭圆 C 的标准方程为x2
4
+y2
3
=1.
(2)证明:当 MN 斜率存在时,设 MN:y=kx+m,点 M(x1,y1),N(x2,y2),
联立
x2
4
+y2
3
=1,
y=kx+m,
消去 y 化简得(4k2+3)x2+8kmx+4m2-12=0,
且 x1+x2=- 8km
4k2+3
,x1x2=4m2-12
4k2+3
,
∵k2= k1
k1-1
,∴k1k2=k1+k2,∴y1- 3
x1
×y2- 3
x2
=y1- 3
x1
+y2- 3
x2
,
∴代入 yi=kxi+m(i=1,2),化简得(k2-2k)x1x2+(k-1)(m- 3)(x1+x2)+m2-
2 3m+3=0,
化简得 8 3k(m- 3)=3(m- 3)2,
∵m≠ 3,∴8 3k=3(m- 3),∴m=8 3k
3
+ 3,
直线 MN:y=kx+8 3k
3
+ 3,因此,直线 MN 过定点 -8 3
3
, 3 .
当 MN 斜率不存在时,设 M(x1,y1),则 N(x1,-y1),k1=y1- 3
x1
,k2=-y1- 3
x1
,
∵k2= k1
k1-1
,∴k1k2=k1+k2,∴y1- 3
x1
·-y1- 3
x1
=y1- 3
x1
+-y1- 3
x1
,即 y12
=3+2 3x1,又x12
4
+y12
3
=1,∴x1=0(舍)或 x1=-8 3
3
,此时 MN 的方程为 x=
-8 3
3
,MN 过定点 -8 3
3
, 3 .
3 解析 (1)设动点 A 的坐标为(x,y),
因为 A 的坐标为(2t2,-2t),所以 x=2t2,
y=-2t,
消去参数 t 得:y2=2x.
(2)①证明:因为点 B 在轨迹 E 上,且纵坐标为2
t
,
所以点 B 的坐标为
2
t2
,2
t ,
当 t=±1 时,直线 AB 的方程为 x=2;
当 t≠±1 时,直线 AB 的斜率为 kAB=yB-yA
xB-xA
= t
1-t2
,
所以直线 AB 的方程为 y+2t= t
1-t2(x-2t2),
整理得 y= t
1-t2(x-2),所以直线 AB 过定点(2,0).
②因为 A 的坐标为(2t2,-2t),且圆 A 与直线 x=-2 相切,
所以圆 A 的方程为(x-xA)2+(y-yA)2=(xA+2)2,
同理圆 B 的方程为(x-xB)2+(y-yB)2=(xB+2)2,
两圆方程相减得 2(xB-xA)x+2(yB-yA)y+yA2-yB2=4xA-4xB,
将 A(2t2,-2t),B
2
t2
,2
t 代入并整理得 y= t-1
t (x+1),由题意知 t≠±1,
由①可知直线 AB 的方程为 y= t
1-t2(x-2),
因为 H 是两条直线的交点,
所以两个方程相乘得 y2=-(x-2)(x+1),
整理得 x-1
2
2
+y2=9
4
,即点 H 的轨迹是以
1
2
,0 为圆心,3
2
为半径的圆,所以存
在点 P
1
2
,0 ,满足|HP|=3
2.
4 解析 (1)方法一:|F1F2|=4 3,∴c=2 3,F1(-2 3,0),F2(2 3,0).
由椭圆的定义可得 2a= ( 3+2 3)2+ - 13
2
2
+
( 3-2 3)2+ - 13
2
2
= 121
4
+ 25
4
=11
2
+5
2
=8,解得 a=4,∴e=2 3
4
= 3
2
,b2=16-12=4,
∴椭圆 C 的标准方程为x2
16
+y2
4
=1.
方法二:∵|F1F2|=4 3,∴c=2 3,椭圆 C 的左焦点为 F1(-2 3,0),故 a2-b2
=12,
又点 A 3,- 13
2 在椭圆x2
a2
+y2
b2
=1 上,则 3
b2+12
+ 13
4b2
=1,化简得 4b4+23b2
-156=0,得 b2=4,故 a2=16,∴e=2 3
4
= 3
2
,椭圆 C 的标准方程为x2
16
+y2
4
=
1.
(2)证明:由(1)知 M(4,0),N(0,2),
设椭圆上任一点 T(x0,y0),x0≠±4 且 x0≠0,则x02
16
+y02
4
=1.
直线 TM:y= y0
x0-4(x-4),令 x=0,得 yP=-4y0
x0-4
,∴|PN|=|2+ 4y0
x0-4|.
直线 TN:y=y0-2
x0
x+2,令 y=0,得 xQ=-2x0
y0-2
,∴|QM|=|4+ 2x0
y0-2|.
|PN|·|QM|=|2+ 4y0
x0-4|·|4+ 2x0
y0-2|=|2x0+4y0-8
x0-4 |·|2x0+4y0-8
y0-2 |
=4|x02+4y02+4x0y0-8x0-16y0+16
x0y0-2x0-4y0+8 |,
由x02
16
+y02
4
=1 可得 x02+4y02=16,代入上式得|PN|·|QM|=16,故|PN|·|QM|为定
值.
[第三次作业]
1 解析 (1)由 e=c
a
=1
2
可得 a2=4
3b2,又 b= 6
1+1
= 3,∴a2=4,b2=3.
故椭圆的方程为x2
4
+y2
3
=1.
(2)由题意知直线 l 方程为 y=k(x-4).
联立
y=k(x-4),
x2
4
+y2
3
=1, 得(4k2+3)x2-32k2x+64k2-12=0.
由Δ=(-32k2)2-4(4k2+3)(64k2-12)>0,得 k20,解得 k2<4,即-
2<k<2,
综上所述,实数 k 的取值范围为 -2,- 3
2 ∪
3
2
,2 .
4 解析 (1)直线 x+y=1 与 y 轴的交于(0,1)点,∴b=1,
设直线 x+y=1 与椭圆 C 交于点 M(x1,y1),N(x2,y2),
则 x1+x2=3
2
,y1+y2=1
2
,又x12
a2
+y12
b2
=1,x22
a2
+y22
b2
=1,
两式相减可得1
a2(x1-x2)(x1+x2)+ 1
b2(y1-y2)(y1+y2)=0,
∴y1-y2
x1-x2
=- b2(x1+x2)
a2(y1+y2)
,∴-b2
a2
·
3
2
1
2
=-1,解得 a2=3,
∴椭圆 C 的方程为x2
3
+y2=1.
(2)由(1)可得 F1(- 2,0),F2( 2,0),设 A(x3,y3),B(x4,y4),
设直线 l 的方程为 x=my- 2,代入x2
3
+y2=1,可得(m2+3)y2-2 2my-1=0,
则 y3+y4=2 2m
m2+3
,y3y4= -1
m2+3
,
|y3-y4|= (y3+y4)2-4y1y2=2 3· m2+1
m2+3
,
∴S△ABF2=1
2|F1F2|·|y3-y4|= 2·|y3-y4|=2 6· m2+1
m2+3
= 2 6
m2+1+ 2
m2+1
≤
2 6
2 2
= 3,
当且仅当 m2+1= 2
m2+1
,即 m=±1 时△ABF2 面积最大,
此时直线 l 的方程为 x-y+ 2=0 或 x+y+ 2=0.
备选题
1 解析 (1)证明:设直线 AB:y=kx+m(m≠0),代入x2
2
+y2=1,得(1+2k2)x2
+4kmx+2(m2-1)=0.
令Δ=16m2k2-8(1+2k2)(m2-1)>0,得 m20,又|AB|=
1+k2|x1-x2|,原点 O 到直线 AB 的距离 d= |m|
1+k2
,
连接 OA,OB,所以 S△OAB=1
2|AB|·d=1
2|m|
- 4km
1+2k2
2
-4·2(m2-1)
1+2k2
=
2|m|
1+2k2
· 1+2k2-m2= 2|m|
4m2
· 3m2= 6
4
,
所以 S△ABC=3S△OAB=3 6
4 (定值).
当直线 AB 的斜率不存在时,因为 O 为△ABC 的重心,所以 C 为椭圆的左、右
顶点,不妨设 C 为椭圆的左顶点,则 C(- 2,0),x1+x2=-x3= 2,x1=x2=
2
2
,可取 A
2
2
, 3
2 ,B
2
2
,- 3
2 ,则 S△ABC=1
2
× 3×3 2
2
=3 6
4 .
综上,△ABC 的面积为定值,定值为3 6
4 .
2 分析 (1)由题意可得 b,设 F1(-c,0),运用直线和圆相切的条件,可得bc
a
= 3
2
,
结合 a,b,c 的关系,解得 a,c,进而得到椭圆方程;
(2)设 M(x1,y1),N(x2,y2),将 y=kx+m 代入x2
4
+y2
3
=1,结合直线和椭圆相切
的条件是判别式为 0,解得 M 的坐标,可得△F1F2M 的面积 S1,再由直线和圆
相切的条件,解方程可得 N 的坐标,求得 Q 的坐标,计算△QF2N 的面积为 S2,
求得(m-k)S2
S1
的表达式,化简后运用基本不等式即可得证.
解析 (1)由题可知 b= 3. ①
设 F1(-c,0),则由 BF1 与圆相切时 r= 3
2
得bc
a
= 3
2
,即 c=a
2. ②
将①②代入 a2=b2+c2 解得 a=2.
所以 C1 的方程为x2
4
+y2
3
=1.
(2)设 M(x1,y1),N(x2,y2),
将 y=kx+m 代入x2
4
+y2
3
=1 得(4k2+3)x2+8kmx+4m2-12=0,
由直线 l 与椭圆 C1 相切得Δ=0 即 m2=4k2+3,且
x1=-4km
4k2+3
,
y1= 3m
4k2+3
,
则△F1F2M 的面积 S1=1
2|F1F2|·y1= 3m
4k2+3.
由直线 l 与圆 C2 相切,得直线 ON:y=-1
kx,与 y=kx+m 联立得
x2=-km
k2+1
,
y2= m
k2+1.
直线 l:y=kx+m(k>0,m>0)与 x 轴交于点 Q,则 Q
-m
k
,0 .
则△QF2N 的面积 S2=1
2|QF2|·y2=m(k+m)
2k(k2+1)
,
从而(m-k)S2
S1
=
m(k+m)(m-k)
2k(k2+1)
3m
4k2+3
=2k+ 3
2k
≥2 3(当且仅当 k= 3
2
时等号
成立),
所以(m-k)S2
S1
的最小值为 2 3.
评说 本题考查椭圆和圆的方程和运用,考查直线和圆的位置关系、直线和椭圆
的位置关系,考查方程思想和运算能力,属于中档题.求最值时,常用的方法有:
二次函数法,导数法,基本不等式法.
3 分析 (1)依题意列出关于 a,b 的方程组,求得 a,b,进而可得到椭圆方程;
(2)联立直线和椭圆方程得到(3+5k2)x2+20kx+5=0,要使以|AB|为直径的圆过
椭圆 C 的左顶点 D(- 5,0),则DA→ ·DB→ =0,结合韦达定理可得到参数值.
解析 (1)直线x
a
+y
b
=1 的一般方程为 bx+ay-ab=0.
依题意
2ab=2 15,
ab
a2+b2
= 30
4
,解得 a= 5,
b= 3,
故椭圆 C 的方程为x2
5
+y2
3
=1.
(2)假若存在这样的直线 l,
当斜率不存在时,以|AB|为直径的圆显然不经过椭圆 C 的左顶点,
所以可设直线 l 的斜率为 k,则直线 l 的方程为 y=kx+2.
由 y=kx+2,
3x2+5y2=15,
得(3+5k2)x2+20kx+5=0.
由Δ=400k2-20(3+5k2)>0,得 k∈ -∞,- 5
5 ∪
5
5
,+∞
.
记 A,B 的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),
则 x1+x2=- 20k
3+5k2
,x1x2= 5
3+5k2
,
而 y1y2=(kx1+2)(kx2+2)=k2x1x2+2k(x1+x2)+4.
要使以|AB|为直径的圆过椭圆 C 的左顶点 D(- 5,0),则DA→ ·DB→ =0,
即 y1y2+(x1+ 5)(x2+ 5)=(k2+1)x1x2+(2k+ 5)(x1+x2)+9=0,
所以(k2+1) 5
3+5k2
-(2k+ 5) 20k
3+5k2
+9=0,
整理解得 k=2 5
5
或 k=8 5
5
,满足Δ>0,
所以存在过点 P 的直线 l,使 l 与椭圆 C 交于 A,B 两点,且以|AB|为直径的圆
过椭圆 C 的左顶点,直线 l 的方程为 y=2 5
5 x+2 或 y=8 5
5
+2.
评说 本题主要考查直线与圆锥曲线位置关系,所使用方法为韦达定理法,因直
线的方程是一次的,圆锥曲线的方程是二次的,故直线与圆锥曲线的问题常转化
为方程组关系问题,最终转化为一元二次方程问题,故用韦达定理及判别式是解
决圆锥曲线问题的重点方法之一,尤其是弦中点问题,弦长问题,可用韦达定理
直接解决,但应注意不要忽视判别式的作用.
4 分析 (1)设 Q(x,y),P(x0,y0),由平面向量的知识可得 x0=2x,
y0=2y+2,
再由点 P
在曲线 y= 1
16x2+2 上代入即可得解;
(2)分直线 AB 的斜率是否存在讨论;当直线 AB 的斜率存在时,设直线 AB 的方
程为 y=kx+3,A(x1,y1),B(x2,y2),联立方程,利用韦达定理可得 kAE+kBE
=0,即可得证.
解析 (1)设 Q(x,y),P(x0,y0),由MQ→ =1
2MP→ 可得(x,y+2)=1
2(x0,y0+2),
所以
x=1
2x0,
y+2=y0+2
2
,
即 x0=2x,
y0=2y+2.
因为点 P 在曲线 y= 1
16x2+2 上,
所以 y0= 1
16x02+2 即 2y+2= 1
16
·(2x)2+2,整理得 x2=8y.
所以曲线 C 的方程为 x2=8y.
(2)证明:当直线 AB 的斜率不存在时,直线 AB 与抛物线仅有一个交点,不符合
题意;
当直线 AB 的斜率存在时,设直线 AB 的方程为 y=kx+3,A(x1,y1),B(x2,y2),
由 y=kx+3,
x2=8y,
消去 y 得 x2-8kx-24=0,Δ=64k2+96>0,
可知 x1+x2=8k,x1·x2=-24,
直线 AE,BE 的 斜 率 之 和 为 kAE + kBE = y1+3
x1
+y2+3
x2
=kx1+6
x1
+ kx2+6
x2
=
2kx1x2+6(x1+x2)
x1x2
=-48k+48k
-24
=0,
故 AE,BE 的倾斜角互补,所以∠AED=∠BED,所以∠AEB=2∠AED.
评说 本题考查了轨迹方程的求解、直线与抛物线的综合应用,考查了转化化归
思想与运算求解能力,属于中档题.
5 解析 (1)由题可知,A(0,1),F(c,0),则直线 AF 的方程为x
c
+y=1,即 x+
cy-c=0.
因为直线 AF 与圆 M:x2+y2-6x-2y+7=0 相切,即与圆 M:(x-3)2+(y-1)2
=3 相切,该圆的圆心为(3,1),r= 3,
则 3=|3b+c-bc|
b2+c2
=3
a
⇒a= 3,
故椭圆的标准方程为x2
3
+y2=1.
(2)证明:因为不过点 A 的动直线 l 与椭圆 C 相交于 P,Q 两点,且 AP⊥AQ,即
直线 AP 与坐标轴不垂直也不平行.
由 A(0,1)可设直线 AP 的方程为 y=kx+1,则直线 AQ 的方程为 y=-1
kx+1.
联立
x2
3
+y2=1,
y=kx+1,
消去 y 并整理得(1+3k2)x2+6kx=0,解得 x=0 或- 6k
1+3k2
,
因此点 P 的坐标为
- 6k
1+3k2
,- 6k2
1+3k2
+1 ,即
- 6k
1+3k2
,1-3k2
1+3k2 .
将上式中的 k 换成-1
k
,得点 Q
6k
3+k2
,k2-3
3+k2 ,
所以直线 l 的斜率为
k2-3
3+k2
-1-3k2
1+3k2
6k
3+k2
+ 6k
1+3k2
=k2-1
4k
,
即直线 l 的方程为 y=k2-1
4k
x- 6k
3+k2 +k2-3
3+k2
,
化简并整理得 y=k2-1
4k x-1
2
,
故直线 l 恒过定点 0,-1
2 .
6 分析 (1)选①,可以用直接法求轨迹方程,选②,可以用待定系数法求轨迹方
程,选③,可以用代入法求轨迹方程;
(2)设 Q(0,y0),当 l′斜率不存在时,y0=0,当 l′斜率存在时,求出 y0= 3k
1+4k2
=
3
1
k
+4k
,得到-3
4
≤y00 恒成立,x1+x2= 8k2
1+4k2
,
设线段 MN 的中点为 G(x3,y3),
则 x3=x1+x2
2
= 4k2
1+4k2
,y3=k(x3-1)=- k
1+4k2
,
所以线段 MN 的垂直平分线方程为:
y+ k
1+4k2
=-1
k
x- 4k2
1+4k2 ,
令 x=0,得 y0= 3k
1+4k2
= 3
1
k
+4k
,
当 km2-3.
设 M(x1,y1),N(x2,y2),∴x1+x2=-8km
3+4k2
,x1x2=4m2-12
3+4k2 .
y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=k2x1x2+km(x1+x2)+m2=3m2-12k2
3+4k2 .
∵OM→ ·ON→ =0,
∴4m2-12
3+4k2
+3m2-12k2
3+4k2
=0,
∴7m2-12k2-12=0.
又 l 与圆 x2+y2=3 相切,∴ 3= |m|
1+k2
,
∴m2=3+3k2,∴21+21k2-12k2-12=0,
∴k2=-1,显然不成立,∴在圆上不存在这样的点 P 使其成立.
8 解析 (1)设 P(x,y),A(m,0),B(0,n).
∵BP→=3PA→,∴(x,y-n)=3(m-x,-y)=(3m-3x,-3y),即 x=3m-3x,
y-n=-3y.
∴
m=4
3x,
n=4y.
又|AB|=4,∴m2+n2=16.
从而16x2
9
+16y2=16.
∴曲线 C 的方程为x2
9
+y2=1.
(2)由题意可知,直线 DM 的斜率存在且不为 0.
故可设直线 DM 的方程为 y=kx+1,由对称性,不妨设 k>0,
由 y=kx+1,
x2+9y2-9=0,
消去 y 得(1+9k2)x2+18kx=0,
则|DM|= 1+k2 18k
1+9k2
,
将式子中的 k 换成-1
k
,得|DN|=18 1+k2
k2+9
.
S△DMN=1
2|DM||DN|=1
2
·18k k2+1
1+9k2
·18 k2+1
k2+9
=162(k3+k)
9k4+82k2+9
=
162 k+1
k
82+9 k2+ 1
k2
,
设 k+1
k
=t,则 t≥2.
故 S△DMN= 162t
9t2+64
= 162
9t+64
t
≤ 162
2 9×64
=27
8
,取等号的条件为 9t=64
t
即 t=8
3
,
即 k+1
k
=8
3
,即 k=4± 7
3
时,S△DMN 取得最大值27
8 .
9 解析 (1)设动圆 I 的半径为 r,由题意可知,点 I(x,y)满足|IC|=6-r,|IM|=
r.
所以|IC|+|IM|=6>4 2.
由椭圆的定义知点 I 的轨迹为以 C,M 为左、右焦点的椭圆,且其长半轴长 a=3,
半焦距 c=2 2,
可得短半轴长 b=1,故轨迹 E 的方程为x2
9
+y2=1.
(2)当直线 l 的斜率不存在时,A(0,1),B(0,-1)或 A(0,-1),B(0,1),此时
|AB|=2.
当直线 l 的斜率存在时,设直线 l 的方程为 y=kx+2,
由
y=kx+2,
x2
9
+y2=1,消去 y,得(1+9k2)x2+36kx+27=0,
由Δ=(36k)2-108(1+9k2)>0 得 k2>1
3.
设 A(x1,y1),B(x2,y2),可得 x1+x2=- 36k
1+9k2
,x1x2= 27
1+9k2
,
|AB| = 1+k2 |x1 - x2| = 1+k2 ·
- 36k
1+9k2
2
-4· 27
1+9k2
=
6 3 (1+k2)(3k2-1)
1+9k2
,
令 1+9k2=t,则 t>4,
|AB|=2 1+4
t
-32
t2
=2 -32·
1
t
2
+4·1
t
+1,1
t
∈ 0,1
4 ,当1
t
= 1
16
,即 k=± 15
3
时,有|AB|max=3 2
2 .
综上,|AB|的最大值为3 2
2 .
10 解析 (1)设直线 AP 的斜率为 k,k=
x2-1
4
x+1
2
=x-1
2
,
因为-1
2n2.①
设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 x1+x2= -8kn
4k2+1
,②
x1x2=4(n2-1)
4k2+1
.③
由PA→·PB→=0,得(x1,y1-1)·(x2,y2-1)=0,又 y1=kx1+n,y2=kx2+n,
所以(k2+1)x1x2+k(n-1)(x1+x2)+(n-1)2=0,④
由②③④得 n=1(舍)或 n=-3
5
,满足①.
此时 l 的方程为 y=kx-3
5
,故直线 l 过定点 0,-3
5 .
12 解析 (1)由题意可得,
e=c
a
= 3
2
,
|b+4|
2
=3,
a2=b2+c2,
解得 a=4,
b=2,
所以椭圆 C 的方程为x2
16
+y2
4
=1.
(2)证明:易知直线 l 的斜率恒小于 0,设直线 l 的方程为 y+2=k(x-4),k0.
设 A(x1,y1),B(x2,y2),则有 y1+y2=-2 3m
m2+4
,y1y2=- 1
m2+4
,|AB|= 1+m2|y1
- y2| = 1+m2 (y1+y2)2-4y1y2 = 1+m2 · -2 3m
m2+4
2
+ 4
m2+4
=
4(m2+1)
m2+4
.
由 OG∥AB,可知直线 OG 的方程为 x=my,由
x2
4
+y2=1,
x=my,
得 y2= 4
m2+4.
则|OG|2=x2+y2=(m2+1)y2=4(m2+1)
m2+4
,故 |AB|
|OG|2
=1.
综上, |AB|
|OG|2
为定值,且定值为 1.
14 解析 (1)因为椭圆经过点(0, 3),所以 b= 3.
又因为 e=1
2
,所以c
a
=1
2.
又 c2=a2-b2,解得 a=2,c=1,
所以椭圆 C 的方程为x2
4
+y2
3
=1.
(2)证明:设 P,M,N 三点坐标分别为(xP,yP),(xM,yM),(xN,yN).
设直线 PM,PN 的斜率分别为 k1,k2,
则直线 PM 的方程为 y-yP=k1(x-xp),
由
x2
4
+y2
3
=1,
y-yP=k1(x-xP)
消去 y,得(3+4k12)x2-8k1(k1xP-yP)x+4k12xP2-8k1xPyP
+4yP2-12=0,
由根与系数关系可得 xM+xP=8k1(k1xP-yP)
3+4k12
,
故 xM=8k1(k1xP-yP)
3+4k12
-xP=4k12xP-8k1yP-3xP
3+4k12
,
同理可得 xN+xP=8k2(k2xP-yP)
3+4k22 .
又 k1·k2=-3
4
,
故 xN+xP=
8
- 3
4k1
- 3
4k1
xP-yP
3+4
- 3
4k1
2 =6xP+8k1yP
4k12+3
,
则 xN=6xP+8k1yP
3+4k12
-xP
=-4k12xP-8k1yP-3xP
3+4k12
=-xM,
从而 xN+xM=0,
即 M,N 两点的横坐标之和为常数.