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2018版高考数学(理)(苏教版江苏专用)大一轮复习讲义(教师版WORD文档)高考专题突破五 高考中的立体几何问题 WORD版含答案.docx

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资源描述

1、1(2015课标全国改编)已知 A,B 为双曲线 E 的左,右顶点,点 M 在 E 上,ABM 为等腰三角形,且顶角为 120,则 E 的离心率为_答案 2解析 如图,设双曲线 E 的方程为x2a2y2b21(a0,b0),则 AB2a,由双曲线的对称性,可设点 M(x1,y1)在第一象限内,过 M 作 MNx 轴于点 N(x1,0),ABM 为等腰三角形,且ABM120,BMAB2a,MBN60,y1MNBMsinMBN2asin 60 3a,x1OBBNa2acos 602a.将点 M(x1,y1)的坐标代入x2a2y2b21,可得 a2b2,ecaa2b2a2 2.2.如图,已知椭圆 C

2、 的中心为原点 O,F(2 5,0)为 C 的左焦点,P 为 C 上一点,满足 OPOF,且 PF4,则椭圆 C 的方程为_答案 x236y2161解析 设椭圆的标准方程为x2a2y2b21(ab0),焦距为 2c,右焦点为 F,连结 PF,如图所示,因为 F(2 5,0)为 C 的左焦点,所以 c2 5.由 OPOFOF知,FPF90,即 FPPF.在 RtPFF中,由勾股定理,得 PF FF2PF24 52428.由椭圆定义,得 PFPF2a4812,所以 a6,a236,于是 b2a2c236(2 5)216,所以椭圆的方程为x236y2161.3(2017山西质量监测)已知 A,B 分

3、别为椭圆x2a2y2b21(ab0)的右顶点和上顶点,直线 ykx(k0)与椭圆交于 C,D 两点,若四边形 ACBD 的面积的最大值为 2c2,则椭圆的离心率为_答案 22解析 设 C(x1,y1)(x10),D(x2,y2),将 ykx 代入椭圆方程可解得x1abb2a2k2,x2abb2a2k2,则 CD 1k2|x1x2|2ab 1k2b2a2k2.又点 A(a,0)到直线 ykx 的距离 d1ak1k2,点 B(0,b)到直线 ykx 的距离 d2b1k2,所以 S 四边形 ACBD12d1CD12d2CD12(d1d2)CD12 bak1k22ab 1k2b2a2k2abbakb2

4、a2k2.令 tbakb2a2k2,则 t2b2a2k22abkb2a2k212abkb2a2k212ab1b2k a2k12ab 12ab2,当且仅当b2k a2k,即 kba时,tmax 2,所以 S 四边形 ACBD 的最大值为 2ab.由条件,得 2ab2c2,即 2c4a2b2a2(a2c2)a4a2c2,2c4a2c2a40,2e4e210,解得 e212或 e21(舍去),所以 e 22.4(2016北京)双曲线x2a2y2b21(a0,b0)的渐近线为正方形 OABC 的边 OA,OC 所在的直线,点 B 为该双曲线的焦点,若正方形 OABC 的边长为 2,则 a_.答案 2解

5、析 设 B 为双曲线的右焦点,如图所示四边形 OABC 为正方形且边长为 2,cOB2 2,又AOB4,batan41,即 ab.又 a2b2c28,a2.5已知双曲线x2a2y2b21(a0,b0)和椭圆x216y291 有相同的焦点,且双曲线的离心率是椭圆离心率的两倍,则双曲线的方程为_答案 x24y231解析 由题意得,双曲线x2a2y2b21(a0,b0)的焦点坐标为(7,0),(7,0),c 7且双曲线的离心率为 2 74 72 caa2,b2c2a23,所以双曲线的方程为x24y231.题型一 求圆锥曲线的标准方程例 1 已知 P 点在以坐标轴为对称轴的椭圆上,点 P 到两焦点的距

6、离分别为4 53 和2 53,过 P作长轴的垂线恰好过椭圆的一个焦点,则椭圆的方程为_答案 x253y2101 或3x210y251解析 设椭圆的两个焦点分别为 F1,F2,PF14 53,PF22 53.由椭圆的定义,知 2aPF1PF22 5,即 a 5.由 PF1PF2 知,PF2 垂直于长轴故在 RtPF2F1 中,4c2PF21PF22609,c253,于是 b2a2c2103.又所求的椭圆的焦点可以在 x 轴上,也可以在 y 轴上,故所求的椭圆方程为x253y2101 或3x210y251.思维升华 求圆锥曲线的标准方程是高考的必考题型,主要利用圆锥曲线的定义、几何性质,解得标准方

7、程中的参数,从而求得方程(2015天津改编)已知双曲线x2a2y2b21(a0,b0)的一个焦点为 F(2,0),且双曲线的渐近线与圆(x2)2y23 相切,则双曲线的方程为_答案 x2y231解析 双曲线x2a2y2b21 的一个焦点为 F(2,0),则 a2b24,双曲线的渐近线方程为 ybax,由题意得2ba2b2 3,联立解得 b 3,a1,所求双曲线的方程为 x2y231.题型二 圆锥曲线的几何性质例 2(1)(2015湖南改编)若双曲线x2a2y2b21 的一条渐近线经过点(3,4),则此双曲线的离心率为_(2)(2016天津)设抛物线x2pt2,y2pt(t 为参数,p0)的焦点

8、为 F,准线为 l.过抛物线上一点 A作 l 的垂线,垂足为 B.设 C72p,0,AF 与 BC 相交于点 E.若 CF2AF,且ACE 的面积为3 2,则 p 的值为_答案(1)53(2)6解析(1)由条件知 ybax 过点(3,4),3ba 4,即 3b4a,9b216a2,9c29a216a2,25a29c2,e53.(2)由x2pt2,y2pt(p0)消去 t 可得抛物线方程为 y22px(p0),Fp2,0,ABAF32p,可得 A(p,2p)易知AEBFEC,AEFEABFC12,故 SACE13SACF133p 2p12 22 p23 2,p26,p0,p 6.思维升华 圆锥曲

9、线的几何性质是高考考查的重点,求离心率、准线、双曲线渐近线,是常考题型,解决这类问题的关键是熟练掌握各性质的定义,及相关参数间的联系掌握一些常用的结论及变形技巧,有助于提高运算能力 已知椭圆x2a2y2b21(ab0)与抛物线 y22px(p0)有相同的焦点 F,P,Q 是椭圆与抛物线的交点,若 PQ 经过焦点 F,则椭圆x2a2y2b21(ab0)的离心率为_答案 21解析 因为抛物线 y22px(p0)的焦点 F 为p2,0,设椭圆另一焦点为 E.当 xp2时,代入抛物线方程得yp,又因为 PQ 经过焦点 F,所以 Pp2,p 且 PFOF.所以 PEp2p22p2 2p,PFp,EFp.

10、故 2a2pp,2cp,e2c2a 21.题型三 最值、范围问题例 3 设椭圆 M:y2a2x2b21(ab0)的离心率与双曲线 x2y21 的离心率互为倒数,且椭圆的长轴长为 4.(1)求椭圆 M 的方程;(2)若直线 y 2xm 交椭圆 M 于 A,B 两点,P(1,2)为椭圆 M 上一点,求PAB 面积的最大值解(1)双曲线的离心率为 2,则椭圆的离心率 eca 22,由2a4,ca 22,b2a2c2a2,c 2,b 2,故椭圆 M 的方程为y24x221.(2)由y 2xm,x22y241,得 4x22 2mxm240,由(2 2m)216(m24)0,得2 2mb0)和椭圆 T2:

11、y2b2x2c21(bc0)组成,当 a,b,c 成等比数列时,称曲线 为“猫眼”(1)若“猫眼曲线”过点 M(0,2),且 a,b,c 的公比为 22,求“猫眼曲线”的方程;(2)对于(1)中的“猫眼曲线”,任作斜率为 k(k0)且不过原点的直线与该曲线相交,交椭圆T1 所得弦的中点为 M,交椭圆 T2 所得弦的中点为 N,求证:kOMkON为与 k 无关的定值;(3)若斜率为 2的直线 l 为椭圆 T2 的切线,且交椭圆 T1 于点 A,B,N 为椭圆 T1 上的任意一点(点 N 与点 A,B 不重合),求ABN 面积的最大值(1)解 由题意知,b 2,bacb 22,a2,c1,T1:x

12、24y221,T2:y22x21.(2)证明 设斜率为 k 的直线交椭圆 T1 于点 C(x1,y1),D(x2,y2),线段 CD 的中点为 M(x0,y0),x0 x1x22,y0y1y22,由x214y2121,x224y2221,得x1x2x1x24y1y2y1y220.k 存在且 k0,x1x2 且 x00,故上式整理得y1y2x1x2y0 x012,即 kkOM12.同理,kkON2,kOMkON14.(3)解 设直线 l 的方程为 y 2xm,联立方程得y 2xm,y2b2x2c21,整理得(b22c2)x22 2mc2xm2c2b2c20,由 0,化简得 m2b22c2,取 l

13、1:y 2x b22c2.联立方程y 2xm,x2a2y2b21,化简得(b22a2)x22 2ma2xm2a2b2a20.由 0,得 m2b22a2,取 l2:y 2x b22a2,l1,l2 两平行线间距离d b22c2 b22a23,又 AB2 3ab 2a22c2b22a2,ABN 的面积最大值为 S12ABdab 2a22c2 b22c2 b22a2b22a2.题型四 定值、定点问题例 4(2016全国乙卷)设圆 x2y22x150 的圆心为 A,直线 l 过点 B(1,0)且与 x 轴不重合,l 交圆 A 于 C,D 两点,过 B 作 AC 的平行线交 AD 于点 E.(1)证明

14、EAEB 为定值,并写出点 E 的轨迹方程;(2)设点 E 的轨迹为曲线 C1,直线 l 交 C1 于 M,N 两点,过 B 且与 l 垂直的直线与圆 A 交于 P,Q 两点,求四边形 MPNQ 面积的取值范围解(1)因为 ADAC,EBAC,故EBDACDADC,所以 EBED,故 EAEBEAEDAD.又圆 A 的标准方程为(x1)2y216,从而 AD4,所以 EAEB4.由题设得 A(1,0),B(1,0),AB2,由椭圆定义可得点 E 的轨迹方程为x24y231(y0)(2)当 l 与 x 轴不垂直时,设 l 的方程为 yk(x1)(k0),M(x1,y1),N(x2,y2)由ykx

15、1,x24y231,得(4k23)x28k2x4k2120,则 x1x2 8k24k23,x1x24k2124k23,所以 MN 1k2|x1x2|12k214k23.过点 B(1,0)且与 l 垂直的直线 m:y1k(x1),点 A 到 m 的距离为2k21,所以 PQ2422k21244k23k21.故四边形 MPNQ 的面积S12MNPQ12114k23.可得当 l 与 x 轴不垂直时,四边形 MPNQ 面积的取值范围为(12,8 3)当 l 与 x 轴垂直时,其方程为 x1,MN3,PQ8,四边形 MPNQ 的面积为 12.综上,四边形 MPNQ 面积的取值范围为12,8 3)思维升华

16、 求定点及定值问题常见的方法有两种(1)从特殊入手,求出定值,再证明这个值与变量无关(2)直接推理、计算,并在计算推理的过程中消去变量,从而得到定值(2016北京)已知椭圆 C:x2a2y2b21(ab0)的离心率为 32,A(a,0),B(0,b),O(0,0),OAB 的面积为 1.(1)求椭圆 C 的方程;(2)设 P 是椭圆 C 上一点,直线 PA 与 y 轴交于点 M,直线 PB 与 x 轴交于点 N.求证:ANBM为定值(1)解 由已知ca 32,12ab1.又 a2b2c2,解得 a2,b1,c 3.椭圆方程为x24y21.(2)证明 由(1)知,A(2,0),B(0,1)设椭圆

17、上一点 P(x0,y0),则x204y201.当 x00 时,直线 PA 方程为 y y0 x02(x2),令 x0,得 yM2y0 x02.从而 BM|1yM|1 2y0 x02.直线 PB 方程为 yy01x0 x1.令 y0,得 xN x0y01.AN|2xN|2 x0y01.ANBM2 x0y01 1 2y0 x02x02y02y01x02y02x02x204y204x0y04x08y04x0y0 x02y024x0y04x08y08x0y0 x02y024.当 x00 时,y01,BM2,AN2,ANBM4.故 ANBM 为定值题型五 探索性问题例 5(2015广东)已知过原点的动直

18、线 l 与圆 C1:x2y26x50 相交于不同的两点 A,B.(1)求圆 C1 的圆心坐标;(2)求线段 AB 的中点 M 的轨迹 C 的方程;(3)是否存在实数 k,使得直线 L:yk(x4)与曲线 C 只有一个交点?若存在,求出 k 的取值范围;若不存在,说明理由解(1)圆 C1:x2y26x50 可化为(x3)2y24,圆 C1 的圆心坐标为(3,0)(2)设 M(x,y),A,B 为过原点的直线 l 与圆 C1 的交点,且 M 为 AB 的中点,由圆的性质知 MC1MO,MC1 MO 0.又MC1(3x,y),MO(x,y),由向量的数量积公式得 x23xy20.易知直线 l 的斜率

19、存在,设直线 l 的方程为 ymx,当直线 l 与圆 C1 相切时,d|3m0|m212,解得 m2 55.把相切时直线 l 的方程代入圆 C1 的方程,化简得 9x230 x250,解得 x53.当直线 l 经过圆 C1 的圆心时,M 的坐标为(3,0)又直线 l 与圆 C1 交于 A,B 两点,M 为 AB 的中点,53x3.点 M 的轨迹 C 的方程为 x23xy20,其中53x3.(3)由题意知直线 L 表示过定点(4,0),斜率为 k 的直线,把直线 L 的方程代入轨迹 C 的方程 x23xy20,其中53x3,化简得(k21)x2(38k2)x16k20,其中53x3,记 f(x)

20、(k21)x2(38k2)x16k2,其中530 时,若 x3 是方程的解,则 f(3)0k0另一根为 x053,故在区间53,3 上有且仅有一个根,满足题意;若 x53是方程的解,则 f 53 0k2 57 另外一根为 x6423,5364233,故在区间53,3上有且仅有一个根,满足题意;若 x3 和 x53均不是方程的解,则方程在区间53,3 上有且仅有一个根,只需 f 53 f(3)02 57 kb0)的离心率为 22,且过点(1,62),过椭圆的左顶点 A 作直线 lx 轴,点 M 为直线 l 上的动点(点 M 与点 A 不重合),点 B为椭圆的右顶点,直线 BM 交椭圆 C 于点

21、P.(1)求椭圆 C 的方程;(2)求证:APOM;(3)试问:OP OM 是否为定值?若是定值,请求出该定值;若不是定值,请说明理由(1)解 因为椭圆 C:x2a2y2b21(ab0)的离心率为 22,所以 a22c2,所以 a22b2.又因为椭圆 C 过点(1,62),所以 1a2 32b21,所以 a24,b22,所以椭圆 C 的方程x24y221.(2)证明 设直线 BM 的斜率为 k,则直线 BM 的方程为 yk(x2),设 P(x1,y1),将 yk(x2)代入椭圆 C 的方程x24y221 中,化简得(2k21)x28k2x8k240,解得 x14k222k21,x22,所以 y

22、1k(x12)4k2k21,从而 P(4k222k21,4k2k21)令 x2,得 y4k,所以 M(2,4k),OM(2,4k)又因为AP(4k222k212,4k2k21)(8k22k21,4k2k21),所以APOM 16k22k21 16k22k210,所以 APOM.(3)解 因为OP OM(4k222k21,4k2k21)(2,4k)8k2416k22k218k242k214,所以OP OM 为定值 4.1(2015陕西)如图,椭圆 E:x2a2y2b21(ab0),经过点 A(0,1),且离心率为 22.(1)求椭圆 E 的方程;(2)经过点(1,1),且斜率为 k 的直线与椭圆

23、 E 交于不同的两点 P,Q(均异于点 A),证明:直线AP 与 AQ 的斜率之和为 2.(1)解 由题设知ca 22,b1,结合 a2b2c2,解得 a 2,所以椭圆的方程为x22y21.(2)证明 由题设知,直线 PQ 的方程为 yk(x1)1(k2),代入x22y21,得(12k2)x24k(k1)x2k(k2)0,由已知 0,设 P(x1,y1),Q(x2,y2),x1x20,则 x1x24kk112k2,x1x22kk212k2,从而直线 AP,AQ 的斜率之和kAPkAQy11x1 y21x2 kx12kx1kx22kx22k(2k)1x11x2 2k(2k)x1x2x1x22k(

24、2k)4kk12kk22k2(k1)2.2已知双曲线 C:x2a2y2b21(a0,b0)的焦距为 3 2,其中一条渐近线的方程为 x 2y0.以双曲线 C 的实轴为长轴,虚轴为短轴的椭圆记为 E,过原点 O 的动直线与椭圆 E 交于 A,B 两点(1)求椭圆 E 的方程;(2)若点 P 为椭圆 E 的左顶点,PG 2GO,求|GA|2|GB|2 的取值范围解(1)由双曲线x2a2y2b21 的焦距为 3 2,得 c3 22,a2b292.由题意知ba 22,由解得 a23,b232,椭圆 E 的方程为x2323y21.(2)由(1)知 P(3,0)设 G(x0,y0),由PG 2GO,得(x

25、0 3,y0)2(x0,y0),即x0 32x0,y02y0,解得x0 33,y00,G(33,0)设 A(x1,y1),则 B(x1,y1),|GA|2|GB|2(x1 33)2y21(x1 33)2y212x212y21232x213x2123x21113.又x1 3,3,x210,3,113 x21113 203,|GA|2|GB|2 的取值范围是113,203 3已知椭圆x24y231 的左顶点为 A,右焦点为 F,过点 F 的直线交椭圆于 B,C 两点(1)求该椭圆的离心率;(2)设直线 AB 和 AC 分别与直线 x4 交于点 M,N,问:x 轴上是否存在定点 P 使得 MPNP?

26、若存在,求出点 P 的坐标;若不存在,说明理由解(1)由椭圆方程可得 a2,b 3,从而椭圆的半焦距 c a2b21.所以椭圆的离心率为 eca12.(2)依题意,直线 BC 的斜率不为 0,设其方程为 xty1,B(x1,y1),C(x2,y2),将其代入x24y231,整理得(43t2)y26ty90.所以 y1y2 6t43t2,y1y2 943t2.易知直线 AB 的方程是 y y1x12(x2),从而可得 M(4,6y1x12),同理可得 N(4,6y2x22)假设 x 轴上存在定点 P(p,0)使得 MPNP,则有PM PN0.所以(p4)236y1y2x12x220.将 x1ty

27、11,x2ty21 代入上式,整理得(p4)236y1y2t2y1y23ty1y290,所以(p4)2369t293t6t943t20,即(p4)290,解得 p1 或 p7.所以 x 轴上存在定点 P(1,0)或 P(7,0),使得 MPNP.4.已知椭圆x2a2y2b21(ab0)的离心率为12,且经过点 P(1,32),过它的左,右焦点 F1,F2 分别作直线 l1 与 l2,l1 交椭圆于 A,B 两点,l2 交椭圆于 C,D 两点,且 l1l2.(1)求椭圆的标准方程;(2)求四边形 ACBD 的面积 S 的取值范围解(1)由ca12a2c,a24c2,b23c2,将点 P 的坐标代

28、入椭圆方程得 c21,故所求椭圆方程为x24y231.(2)若 l1 与 l2 中有一条直线的斜率不存在,则另一条直线的斜率为 0,此时四边形的面积 S6.若 l1 与 l2 的斜率都存在,设 l1 的斜率为 k,则 l2 的斜率为1k,则直线 l1 的方程为 yk(x1)设 A(x1,y1),B(x2,y2),联立方程组ykx1,x24y231,消去 y 并整理得(4k23)x28k2x4k2120.x1x2 8k24k23,x1x24k2124k23,|x1x2|12 k214k23,AB 1k2|x1x2|12k214k23,注意到方程的结构特征和图形的对称性,可以用1k代替中的 k,得

29、 CD12k213k24,S12ABCD721k224k233k24,令 k2t(0,),S721t24t33t4612t225t126t12t225t126612t12t 256 64928849,当且仅当 t1 时等号成立,S28849,6),综上可知,四边形 ABCD 的面积 S28849,6*5(2016盐城三模)如图,在平面直角坐标系 xOy 中,椭圆 C:x2a2y2b21(ab0)的离心率为63,直线 l 与 x 轴交于点 E,与椭圆 C 交于 A,B 两点当直线 l 垂直于 x 轴且点 E 为椭圆 C的右焦点时,弦 AB 的长为2 63.(1)求椭圆 C 的方程;(2)若点 E

30、 的坐标为(32,0),点 A 在第一象限且横坐标为 3,连结点 A 与原点 O 的直线交椭圆 C 于另一点 P,求PAB 的面积;(3)是否存在点 E,使得 1EA2 1EB2为定值?若存在,请指出点 E 的坐标,并求出该定值;若不存在,请说明理由解(1)由 eca 63,设 a3k(k0),则 c 6k,b23k2,所以椭圆 C 的方程为 x29k2 y23k21.因为直线 l 垂直于 x 轴且点 E 为椭圆 C 的右焦点,即 xAxB 6k,代入椭圆方程,解得 yk,于是 2k2 63,即 k 63,所以椭圆 C 的方程为x26y221.(2)将 x 3代入x26y221,解得 y1.因

31、为点 A 在第一象限,从而 A(3,1)由点 E 的坐标为(32,0),所以 kAB 23,所以直线 AB 的方程为 y 23(x 32),联立直线 AB 与椭圆 C 的方程,解得 B(35,75)又 PA 过原点 O,于是 P(3,1),PA4,所以直线 PA 的方程为 x 3y0,所以点 B 到直线 PA 的距离 h|35 7 35|23 35,故 SPAB1243 35 6 35.(3)假设存在点 E,使得 1EA2 1EB2为定值,设 E(x0,0),当直线 AB 与 x 轴重合时,有 1EA2 1EB21x0 621 6x02122x206x202;当直线 AB 与 x 轴垂直时,1

32、EA2 1EB2221x20666x20,由122x206x20266x20,解得 x0 3,66x202,以若存在点 E,此时 E(3,0),1EA2 1EB2为定值 2.根据对称性,只需考虑直线 AB 过点 E(3,0),设 A(x1,y1),B(x2,y2),又设直线 AB 的方程为 xmy 3,与椭圆 C 联立方程组,化简得(m23)y22 3my30,所以 y1y22 3mm23,y1y2 3m23.又 1EA21x1 32y211m2y21y211m21y21,所以 1EA2 1EB21m21y211m21y22y1y222y1y2m21y21y22,将上述关系代入,化简可得 1EA2 1EB22.综上所述,存在点 E(3,0),使得 1EA2 1EB2为定值 2.

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