2022版高考数学一轮复习高考大题规范解答系列五_解析几何学案新人教版
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2022版高考数学一轮复习高考大题规范解答系列五_解析几何学案新人教版

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资料简介
高考 1 / 17 高考大题规 X 解答系列(五)——解析几何 考点一 X 围问题 例 1 (2018·某某高考)如图,已知点 P 是 y 轴左侧(不含 y 轴)一点,抛物线 C: y2=4x 上存在不同的两点 A,B 满足 PA,PB 的中点均在 C 上. (1)设 AB 中点为 M,证明:PM 垂直于 y 轴; (2)若 P 是半椭圆 x2+ y2 4 =1(x<0)上的动点,求△PAB 面积的取值 X 围. 【分析】①设出 A,B 的坐标及点 P 的坐标,利用 PA,PB 的中点在抛物线上建立方程, 利用根与系数的关系求得点 A,B,P 的纵坐标之间的关系,由此证明结论成立. ②先根据根与系数的关系,求得|PM|,再表示出△PAB 的面积,最后结合点 P 在椭圆上, 并利用二次函数在给定区间的值域,求得三角形面积的取值 X 围. 【标准答案】——规 X 答题 步步得分 (1)设 P(x0,y0),A 1 4 y2 1,y1 ,B 1 4 y2 2,y2 .1 分 得分点① 因为 PA,PB 的中点在抛物线上,所以 y1,y2 为方程 y+y0 2 2=4· 1 4 y2+x0 2 ,即 y2-2y0y +8x0-y2 0=0 的两个不同的实根.3 分 得分点② 所以 y1+y2=2y0,4 分 得分点③ 高考 2 / 17 因此,PM 垂直于 y 轴.5 分 得分点④ (2)由(1)可知 y1+y2=2y0, y1y2=8x0-y2 0, 所以|PM|= 1 8 (y2 1+y2 2)-x0= 3 4 y2 0-3x0,7 分 得分点⑤ |y1-y2|=2 2 y2 0-4x0 .9 分 得分点⑥ 因此,△PAB 的面积 S△PAB= 1 2 |PM|·|y1-y2|= 3 2 4 (y2 0-4x0) 3 2 ,10 分 得分点⑦ 因为 x2 0+ y2 0 4 =1(x0<0), 所以 y2 0-4x0=-4x2 0-4x0+4∈[4,5], 因此,△PAB 面积的取值 X 围是 6 2, 15 10 4 .12 分 得分点⑧ 【评分细则】 ①设出点的坐标得 1 分. ②利用 PA,PB 的中点在 C 上,建立二次方程得 2 分. ③由韦达定理得 y1+y2=2y0 得 1 分. ④由 y1+y2=2y0 得点 M 的纵坐标为 y0,又点 P 纵坐标为 y0,因此 PM 垂直于 y 轴, 得 1 分. ⑤结合韦达定理求|PM|,得 2 分. ⑥求出|y1-y2|,得 2 分. ⑦正确写出△PAB 的面积,得 1 分. ⑧合理的转化为二次函数求出△PAB 面积的 X 围,得 2 分. 【名师点评】 1.核心素养:本题考查直线与抛物线的位置关系,考查考生分析问题、解决问题的能 力以及运算求解能力,考查的数学核心素养是逻辑推理、数学抽象、数学运算. 高考 3 / 17 2.解题技巧:在解析几何中,求某个量(直线斜率,直线在 x、y 轴上的截距,弦长, 三角形或四边形面积等)的取值 X 围或最值问题的关键是利用条件把所求量表示成关于某个 变量(通常是直线斜率,动点的横、纵坐标等)的函数,并求出这个变量的取值 X 围(即函数 的定义域),将问题转化为求函数的值域或最值. 3.解决 X 围问题的答题模板 定变量 — 根据题意选取恰当的变量. ↓ 找关系 — 根据条件确定变量间的等量关系或不等式关系. ↓ 得结果 — 利用函数或不等式知识求出所求问题 X 围. 〔变式训练 1〕 (2021·某某某某期末)已知椭圆 x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0)的离心率为 3 2 ,F 是其右焦点,直 线 y=kx 与椭圆交于 A,B 两点,|AF|+|BF|=8. (1)求椭圆的标准方程; (2)设 Q(3,0),若∠AQB 为锐角,某某数 k 的取值 X 围. [解析](1)设 F1 为椭圆的左焦点,连接 F1B,由椭圆的对称性可知,|AF|=|F1B|, 所以|AF|+|BF|=|BF1|+|BF|=2a=8, 所以 a=4, 又 e= 3 2 = c a ,a2=b2+c2, 解得 c=2 3,b=2, ∴椭圆的标准方程为 x2 16 + y2 4 =1. (2)设点 A(x1,y1),B(x2,y2), 则QA→ =(x1-3,y1),QB→ =(x2-3,y2), 高考 4 / 17 联立 x2 16 + y2 4 =1 y=kx ,得(4k2+1)x2-16=0, 所以 x1+x2=0,x1x2= -16 4k2+1 , 因为∠AQB 为锐角,所以QA→ ·QB→ >0, 所以QA→ ·QB→ =(x1-3)(x2-3)+y1y2 =9-3(x1+x2)+x1x2+y1y2 =9-3(x1+x2)+(1+k2)x1x2 =9- 16 1+k2 4k2+1 >0, 解得 k> 35 10 或 k<- 35 10 . 考点二 定点、定值问题 例 2 (2017·全国卷Ⅱ)设 O 为坐标原点,动点 M 在椭圆 C: x2 2 +y2=1 上,过 点 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; (2)设点 Q 在直线 x=-3 上,且OP→ ·PQ→ =1,证明:过点 P 且垂直于 OQ 的直线 l 过 C 的左焦点 F. 【分析】①看到求点 P 的轨迹方程,想到先设出点的坐标,然后利用已知条件,采用 代入法求轨迹方程. ②看到过点 P 且垂直于 OQ 的直线 l 过 C 的左焦点 F,想到证明OQ→ ⊥PF→. 【标准答案】——规 X 答题 步步得分 (1)设 P(x,y),M(x0,y0),则 N(x0,0). NP→ =(x-x0,y),NM→ =(0,y0),1 分 得分点① 高考 5 / 17 由NP→ = 2NM→ ,得 x0=x,y0= 2 2 y,3 分 得分点② 因为 M(x0,y0)在椭圆 C 上, 所以 x2 2 + y2 2 =1,5 分 得分点③ 因此点 P 的轨迹方程为 x2+y2=2.6 分 得分点④ (2)由题意知 F(-1,0),设 Q(-3,t),P(m,n), 则OQ→ =(-3,t),PF→=(-1-m,-n),7 分 得分点⑤ OQ→ ·PF→=3+3m-tn,8 分 得分点⑥ OP→ =(m,n),PQ→ =(-3-m,t-n),9 分 得分点⑦ 由OP→ ·PQ→ =1 得-3m-m2+tn-n2=1,10 分 得分点⑧ 又由(1)知 m2+n2=2,故 3+3m-tn=0. 所以OQ→ ·PF→=0,即OQ→ ⊥PF→,11 分 得分点⑨ 又过点 P 存在唯一直线垂直于 OQ, 所以过点 P 且垂直于 OQ 的直线 l 过 C 的左焦点 F.12 分 得分点⑩ 【评分细则】 ①设出点的坐标,并求出NP→ 和NM→ 得 1 分. ②由NP→ = 2NM→ ,正确求出 x0=x,y0= 2 2 y 得 2 分. ③代入法求出 x2 2 + y2 2 =1 得 2 分. ④化简成 x2+y2=2 得 1 分. ⑤求出OQ→ 和PF→的坐标得 1 分. ⑥正确求出OQ→ ·PF→的值得 1 分. 高考 6 / 17 ⑦正确求出OP→ 和PQ→ 的坐标得 1 分. ⑧正确得出-3m-m2+tn-n2=1 得 1 分. ⑨得出OQ→ ⊥PF→得 1 分. ⑩写出结论得 1 分. 【名师点评】 1.核心素养:圆锥曲线中的定点、定值问题是高考命题的热点问题,常与向量巧妙交 汇,综合考查考生“数学运算”的核心素养. 2.解题技巧:(1)得分步骤:对于解题过程中是得分点的步骤,有则给分,无则没分, 所以对于得分点步骤一定要写全,如第(2)问中求出-3m-m2+tn-n2=1 就得分. (2)得分关键:对于解题过程中的关键点,有则给分,无则没分,所以在答题时一定要 写清得分关键点,如第(2)问一定要写出OQ→ ·PF→=0,即OQ→ ⊥PF→,否则不得分,因此步骤才 是关键的,只有结果不得分. 3.解决定值(点)问题的答题模板 定目标 — 通过研究特殊情形,得出目标关系所要探求的定值 点 . ↓ 选参数 — 找寻适合运动变化的参数,如点的坐标、直线的斜率等,把相关问题用参数表示. ↓ 建联系 — 把定值 点 问题转化为与参数有关的方程问题. ↓ 得结果 — 确定与参数无关的值 点 ,即为所求. 〔变式训练 2〕 (1)(2021·某某某某、某某、贵港等市联考)设椭圆 C: x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0),右顶点是 A(2,0),离心率为 1 2 . 高考 7 / 17 ①求椭圆 C 的方程; ②若直线 l 与椭圆交于两点 M,N(M,N 不同于点 A),若AM→ ·AN→ =0,求证:直线 l 过定点,并求出定点坐标. (2)已知 A、B 分别为椭圆 E: x2 a2 +y2 =1(a>1)的左、右顶点,G 为 E 的上顶点,AG→ ·GB→ =8,P 为直线 x=6 上的动点,PA 与 E 的另一交点为 C,PB 与 E 的另一交点为 D. ①求 E 的方程; ②证明:直线 CD 过定点. [解析](1)①右顶点是 A(2,0),离心率为 1 2 , 所以 a=2, c a = 1 2 ,∴c=1,则 b= 3, ∴椭圆的标准方程为 x2 4 + y2 3 =1. ②当直线 MN 斜率不存在时,设 lMN:x=m, 与椭圆方程 x2 4 + y2 3 =1 联立得:|y|= 3 1- m2 4 , |MN|=2 3 1- m2 4 , 设直线 MN 与 x 轴交于点 B,|MB|=|AB|, 即 3 1- m2 4 =2-m, ∴m= 2 7 或 m=2(舍), ∴直线 m 过定点 2 7 ,0 ; 当直线 MN 斜率存在时,设直线 MN 斜率为 k, 高考 8 / 17 M(x1,y1),N(x2,y2),则直线 MN:y=kx+b(k≠0), 与椭圆方程 x2 4 + y2 3 =1 联立,得 (4k2+3)x2+8kbx+4b2-12=0, x1+x2=- 8kb 4k2+3 ,x1x2= 4b2-12 4k2+3 , y1y2=(kx1+b)(kx2+b)=k2x1x2+kb(x1+x2)+b2, Δ=(8kb)2-4(4k2+3)(4b2-12)>0,k∈R, AM→ ·AN→ =0,则(x1-2,y1)·(x2-2,y2)=0, 即 x1x2-2(x1+x2)+4+y1y2=0, ∴7b2+4k2+16kb=0, ∴b=- 2 7 k 或 b=-2k, ∴直线 lMN:y=k x- 2 7 或 y=k(x-2), ∴直线过定点 2 7 ,0 或(2,0)舍去; 综上知直线过定点 2 7 ,0 . (2)①依据题意作出如下图形: 由椭圆方程 E: x2 a2 +y2 =1(a>1)可得: A(-a,0),B(a,0),G(0,1), 高考 9 / 17 ∴AG→ =(a,1),GB→ =(a,-1), ∴AG→ ·GB→ =a2-1=8,∴a2=9, ∴椭圆方程为: x2 9 +y2=1. ②证明:设 P(6,y0), 则直线 AP 的方程为:y= y0-0 6- -3 (x+3), 即:y= y0 9 (x+3), 联立直线 AP 的方程与椭圆方程可得: x2 9 +y2=1 y= y0 9 x+3 , 整理得:(y2 0+9)x2+6y2 0x+9y2 0-81=0, 解得:x=-3 或 x= -3y2 0+27 y2 0+9 , 将 x= -3y2 0+27 y2 0+9 代入直线 y= y0 9 (x+3) 可得:y= 6y0 y2 0+9 , 所以点 C 的坐标为 -3y2 0+27 y2 0+9 , 6y0 y2 0+9 . 同理可得:点 D 的坐标为 3y2 0-3 y2 0+1 , -2y0 y2 0+1 , ∴直线 CD 的方程为: 高考 10 / 17 y- -2y0 y2 0+1 = 6y0 y2 0+9 - -2y0 y2 0+1 -3y2 0+27 y2 0+9 - 3y2 0-3 y2 0+1 · x- 3y2 0-3 y2 0+1 , 整理可得:y+ 2y0 y2 0+1 = 8y0 y2 0+3 6 9-y4 0 · x- 3y2 0-3 y2 0+1 = 8y0 6 3-y2 0 x- 3y2 0-3 y2 0+1 整理得:y= 4y0 3 3-y2 0 x+ 2y0 y2 0-3 = 4y0 3 3-y2 0 · x- 3 2 故直线 CD 过定点 3 2 ,0 . 考点三 最值问题 例 3 (2021·某某模拟)已知椭圆 C: x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0)的焦距为 4,其短轴的 两个端点与长轴的一个端点构成正三角形. (1)求椭圆 C 的标准方程; (2)设 F 为椭圆 C 的左焦点,T 为直线 x=-3 上任意一点,过 F 作 TF 的垂线交椭圆 C 于点 P,Q. ①证明:OT 平分线段 PQ(其中 0 为坐标原点); ②当 |TF| |PQ| 最小时,求点 T 的坐标. 【分析】 看到 — 焦距为 4,短轴的两个端点与长轴的一个端点构成正三角形 ↓ 想到 — 2c=4,a= 3b,a2=b2+c2 【标准答案】——规 X 答题 步步得分 高考 11 / 17 (1)由已知可得 a2+b2=2b, 2c=2 a2-b2=4, 解得 a2=6,b2=2.2 分 得分点① 所以椭圆 C 的标准方程是 x2 6 + y2 2 =1.3 分 得分点② (2)①由(1)可得点 F 的坐标是(-2,0), 设点 T 的坐标为(-3,m),则直线 TF 的斜率是 kTF= m-0 -3- -2 =-m. 当 m≠0 时,直线 PQ 的斜率 kPQ= 1 m , 直线 PQ 的方程是 x=my-2. 当 m=0 时,直线 PQ 的方程是 x=-2, 也符合 x=my-2 的形式.5 分 得分点③ 设 P(x1,y1),Q(x2,y2),将直线 PQ 的方程与椭圆 C 的方程联立,得 x=my-2, x2 6 + y2 2 =1. 消去 x,得(m2+3)y2-4my-2=0. 其判别式Δ=16m2+8(m2+3)>0, 所以 y1+y2= 4m m2+3 ,y1y2= -2 m2+3 , x1+x2=m(y1+y2)-4= -12 m2+3 . 所以 PQ 的中点 M 的坐标为 -6 m2+3 , 2m m2+3 .7 分 得分点④ 所以直线 OM 的斜率是 kOM=- m 3 . 又直线 OT 的斜率 kOT=- m 3 , 高考 12 / 17 所以点 M 在直线 OT 上, 因此 OT 平分线段 PQ.8 分 得分点⑤ ②由①可得 |TF|= m2+1,9 分 得分点⑥ |PQ|= x1-x2 2+ y1-y2 2 = m2+1 [ y1+y2 2-4y1y2] = m2+1 4m m2+3 2-4· -2 m2+3 = 24 m2+1 m2+3 .10 分 得分点⑦ 所以 |TF| |PQ| = 1 24 · m2+3 2 m2+1 = 1 24 · m2+1+ 4 m2+1 +4 ≥ 1 24 × 4+4 = 3 3 . 当且仅当 m2+1= 4 m2+1 ,即 m=±1 时取等号,此时 |TF| |PQ| 取得最小值,11 分 得分点⑧ 所以当 |TF| |PQ| 最小时,点 T 的坐标是(-3,1)或(-3,-1).12 分 得分点⑨ 【评分细则】 ①列方程组求出 a2 与 b2 给 2 分. ②写出椭圆的标准方程给 1 分. ③根据题意恰当设出直线方程,给 2 分,不讨论 m=0 的情况,扣 1 分. ④方程联立消元,结合韦达定理求出点 M 的坐标,给 2 分. ⑤证明 OT 平分线段 PQ,给 1 分. 高考 13 / 17 ⑥写出|TF|的表达式,给 1 分. ⑦写出|PQ|的表达式,给 1 分. ⑧写出 |TF| |PQ| 的表达式,利用均值不等式确定最小值,给 1 分. ⑨正确写出点 T 的坐标,给 1 分. 【名师点评】 1.核心素养:本题主要考查椭圆的性质、直线与椭圆的位置关系等知识,是一道综合 能力较强的题,意在考查考生的分析问题、解决问题的能力以及运算求解能力. 2.解题技巧:(1)注意通性通法的应用 在解题过程中,注意答题要求,严格按照题目及相关知识的要求答题,不仅注意解决问 题的巧解,更要注意此类问题的通性通法.如在解决本例(2)①时,注意本题的实质是直线 与圆锥曲线的相交问题,因此设出直线方程,然后联立椭圆方程构造方程组,利用根与系数 关系求出 y1+y2,y1y2 的值即为通法. (2)关键步骤要全面 阅卷时,主要看关键步骤、关键点,有关键步骤、关键点则得分,没有要相应扣分,所 以解题时要写全关键步骤,踩点得分,对于纯计算过程等非得分点的步骤可简写或不写,如 本例(2)中,消元化简时,可直接写出结果,利用弦长公式求|PQ|时,也可省略计算过程. 3.最值问题 (1)常见解法有两种:几何法与代数法. ①若题目中的条件或结论能明显体现某种几何特征及意义,或反映出了某种圆锥曲线的 定义,则直接利用图形的性质或圆锥曲线的定义来求解,这就是几何法. ②将圆锥曲线中的最值问题通过建立目标函数,转化为函数的最值问题,再充分利用基 本不等式、函数的单调性或三角函数的有界性等相关知识去求解,这就是代数法. (2)易错点 ①利用基本不等式求最值问题要指出能取到最值,或求出取到最值的条件; ②利用函数观点解决最值问题时,要注意自变量的取值 X 围. 高考 14 / 17 4.解决最值问题的答题模板 设方程搞联立 — 设出相关直线的方程,确定参数,如斜率、截距等,联立方程 组得一元二次方程. 抓条件促转化 — 抓住已知条件,把问题转化为关于参数的方程或不等式,确定 参数的 X 围. 建函数求结果 — 针对所求问题构建关于参数的函数等,利用函数或基本不等式 知识求最值或 X 围,有时应用换元法简化运算. 查关键写规 X — 反思回顾,查看关键点、易错点,强化解题的规 X 性. 例 4 (2020·全国卷)已知椭圆 C: x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0)过点 M(2,3),点 A 为其 左顶点,且 AM 斜率为 1 2 . (1)求 C 的方程; (2)点 N 为椭圆上任意一点,求△AMN 的面积的最大值. [解析](1)由题意可知直线 AM 的方程为:y-3= 1 2 (x-2), 即 x-2y=-4. 当 y=0 时,解得 x=-4,所以 a=4, 椭圆 C: x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0)过点 M(2,3), 可得 4 16 + 9 b2 =1,解得 b2=12. 所以 C 的方程: x2 16 + y2 12 =1. (2)设与直线 AM 平行的直线方程为:x-2y=m, 如图所示,当直线与椭圆相切时,与 AM 距离比较远的直线与椭圆的切点为 N,此时△ AMN 的面积取得最大值. 高考 15 / 17 联立直线方程 x-2y=m 与椭圆方程 x2 16 + y2 12 =1 可得 3(m+2y)2+4y2=48, 化简可得 16y2+12my+3m2-48=0, 所以Δ=144m2-4×16(3m2-48)=0, 即 m2=64,解得 m=±8. 与 AM 距离比较远的直线方程 x-2y=8, 直线 AM 方程为 x-2y=-4. 点 N 到直线的距离即两平行线之间的距离 d= 8+4 1+4 = 12 5 5 , 由两点间距离公式可得 |AM|= 2+4 2+32=3 5, 所以△AMN 的面积的最大值为 1 2 ×3 5× 12 5 5 =18. 〔变式训练 3〕 (1)(2021·某某新高考适应性考试)已知椭圆 C: x2 a2 + y2 b2 =1(a>b>0)的左、右焦点分别 为 F1,F2,短轴长为 2 3,A,B 在椭圆 C 上,且AF2 → +BF2 → =0,△ABF1 的周长为 8. ①求椭圆 C 的标准方程; ②过椭圆 C 上的动点 M 作 C 的切线 l,过原点 O 作 OP⊥l 于点 P,求△OMP 的面积的 最大值. (2)(2021·某某某某质检)已知直线 l:x-y+1=0 与焦点为 F 的抛物线 C:y2=2px(p 高考 16 / 17 >0)相切. ①求抛物线 C 的方程; ②过点 F 的直线 m 与抛物线 C 交于 A,B 两点,求 A,B 两点到直线 l 的距离之和的 最小值. [解析](1)①由AF2 → +BF2 → =0, 可知 A,B,F2 三点共线,且 AB⊥x 轴. 由△ABF1 的周长为 8,得 4a=8, 所以 a=2,且 b= 3, 所以椭圆 C 的标准方程为 x2 4 + y2 3 =1. ②显然直线 l 斜率存在且不为 0,设直线 l:y=kx+t, 联立 y=kx+t, 3x2+4y2=12, 得(3+4k2)x2+8ktx+4t2-12=0, 且Δ=64k2t2-4(3+4k2)(4t2-12)=0, 得 t2=4k2+3, 所以 xM= -8kt 2 3+4k2 =- 4k t . 联立 y=- 1 k x, y=kx+t, 得 xP=- kt k2+1 , 所以|OP|= 1+ 1 k2 · |kt| k2+1 = |t| k2+1 , 则|MP|= 1+k2·|- 4k t + kt k2+1|= 1+k2·|-4k3-4k+kt2 t k2+1 |= |k| |t|· k2+1 , 高考 17 / 17 所以 S△OMP= 1 2 |MP|·|OP|= 1 2 · |k| |t|· k2+1 · |t| k2+1 = 1 2 · |k| k2+1 = 1 2 · 1 |k|+ 1 |k| ≤ 1 4 , 当且仅当 k=±1 时取等号, 所以△OMP 的面积的最大值为 1 4 . (2)①∵直线 l:x-y+1=0 与抛物线 C 相切, 由 x-y+1=0 y2=2px 消去 x 得,y2-2py+2p=0, 从而Δ=4p2-8p=0,解得 p=2. ∴抛物线 C 的方程为 y2=4x. ②由于直线 m 的斜率不为 0,所以可设直线 m 的方程为 ty=x-1,A(x1,y1),B(x2, y2). 由 ty=x-1 y2=4x 消去 x 得,y2-4ty-4=0, ∴y1+y2=4t,从而 x1+x2=4t2+2, ∴线段 AB 的中点 M 的坐标为(2t2+1,2t). 设点 A 到直线 l 的距离为 dA,点 B 到直线 l 的距离为 dB,点 M 到直线 l 的距离为 d, 则 dA+dB=2d=2· |2t2-2t+2| 2 =2 2|t2-t+1| =2 2| t- 1 2 2+ 3 4|. ∴当 t= 1 2 时,可使 A、B 两点到直线 l 的距离之和最小,距离的最小值为 3 2 2 .

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