1、第二课时直线与椭圆的位置关系考点一直线与椭圆的位置关系【例1】 已知直线l:y2xm,椭圆C:1.试问当m取何值时,直线l与椭圆C:(1)有两个不重合的公共点;(2)有且只有一个公共点;(3)没有公共点.解将直线l的方程与椭圆C的方程联立,得方程组将代入,整理得9x28mx2m240.方程根的判别式(8m)249(2m24)8m2144.(1)当0,即3m3时,方程有两个不同的实数根,可知原方程组有两组不同的实数解.这时直线l与椭圆C有两个不重合的公共点.(2)当0,即m3时,方程有两个相同的实数根,可知原方程组有两组相同的实数解.这时直线l与椭圆C有两个互相重合的公共点,即直线l与椭圆C有且
2、只有一个公共点.(3)当0,即m3时,方程没有实数根,可知原方程组没有实数解.这时直线l与椭圆C没有公共点.规律方法研究直线与椭圆位置关系的方法(1)研究直线和椭圆的位置关系,一般转化为研究其直线方程与椭圆方程组成的方程组解的个数.(2)对于过定点的直线,也可以通过定点在椭圆内部或椭圆上判定直线和椭圆有交点.【训练1】 (一题多解)若直线ykx1与椭圆1总有公共点,则m的取值范围是()A.m1 B.m0C.0m5且m1 D.m1且m5解析法一由于直线ykx1恒过点(0,1),所以点(0,1)必在椭圆内或椭圆上,则00且m5,m15k2恒成立,m1且m5.答案D考点二中点弦及弦长问题多维探究角度
3、1中点弦问题【例21】 (一题多解)已知P(1,1)为椭圆1内一定点,经过P引一条弦,使此弦被P点平分,则此弦所在的直线方程为_.解析法一易知此弦所在直线的斜率存在,设其方程为y1k(x1),弦所在的直线与椭圆相交于A,B两点,设A(x1,y1),B(x2,y2).由消去y得,(2k21)x24k(k1)x2(k22k1)0,x1x2,又x1x22,2,解得k.经检验,k满足题意.故此弦所在的直线方程为y1(x1),即x2y30.法二易知此弦所在直线的斜率存在,设斜率为k,弦所在的直线与椭圆相交于A,B两点,设A(x1,y1),B(x2,y2),则1,1,得0,x1x22,y1y22,y1y2
4、0,k.经检验,k满足题意.此弦所在的直线方程为y1(x1),即x2y30.答案x2y30规律方法弦及弦中点问题的解决方法(1)根与系数的关系:直线与椭圆方程联立、消元,利用根与系数关系表示中点;(2)点差法:利用弦两端点适合椭圆方程,作差构造中点、斜率.角度2弦长问题【例22】 (2020黄山一模)已知椭圆1(ab0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率e,点P是椭圆上的一个动点,PF1F2面积的最大值是4.(1)求椭圆的方程;(2)若A,B,C,D是椭圆上不重合的四点,AC与BD相交于点F1,0,且|,求此时直线AC的方程.解(1)由题意知,当点P是椭圆上(或下)顶点时,PF1F2的面积取
5、得最大值.此时,SPF1F22cb4,又e,a2b2c2,解得a4,b2,故所求椭圆的方程为1.(2)由(1)知F1(2,0),由0得ACBD.当直线AC与BD中有一条直线的斜率不存在时,|14,不合题意.当直线AC的斜率存在且为k(k不为0)时,其方程为yk(x2).由消去y得(34k2)x216k2x16k2480.设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1x2,x1x2.所以|x1x2|.直线BD的方程为y(x2),同理可得|.由|,解得k21,则k1.故所求直线AC的方程为xy20或xy20.规律方法弦长问题的求解方法有:(1)求出两交点坐标,用两点间距离公式求解;(2)用弦长公式:
6、|AB|x1x2|或|AB|y1y2|(k0)求解,其中k为直线AB的斜率,A(x1,y1),B(x2,y2).注意两种特殊情况:(1)直线与圆锥曲线的对称轴平行或垂直;(2)直线过圆锥曲线的焦点.【训练2】 (1)(角度1)(2019长春二检)椭圆4x29y2144内有一点P(3,2),则以P为中点的弦所在直线的斜率为()A. B. C. D.(2)(角度2)(一题多解)已知斜率为2的直线经过椭圆1的右焦点F,与椭圆相交于A,B两点,则弦AB的长为_.解析(1)设以P为中点的弦所在的直线与椭圆交于点A(x1,y1),B(x2,y2),斜率为k,则4x9y144,4x9y144,两式相减得4(
7、x1x2)(x1x2)9(y1y2)(y1y2)0,又x1x26,y1y24,k,代入解得k.(2)法一由题意知,椭圆的右焦点F的坐标为(1,0),直线AB的方程为y2(x1),由消去y,得3x25x0,故得A(0,2),B,则|AB|.法二由题意知,椭圆的右焦点F的坐标为(1,0),直线AB的方程为y2(x1),由消去y得3x25x0,设A(x1,y1),B(x2,y2),则x1x2,x1x20,则|AB|.答案(1)A(2)考点三直线与椭圆的综合问题【例3】 (2019全国卷)已知点A(2,0),B(2,0),动点M(x,y)满足直线AM与BM的斜率之积为.记M的轨迹为曲线C.(1)求C的
8、方程,并说明C是什么曲线.(2)过坐标原点的直线交C于P,Q两点,点P在第一象限,PEx轴,垂足为E,连接QE并延长交C于点G.证明:PQG是直角三角形;求PQG面积的最大值.(1)解由题设得,化简得1(|x|2),所以C为中心在坐标原点,焦点在x轴上的椭圆,不含左、右顶点.(2)证明设直线PQ的斜率为k,则其方程为ykx(k0).由得x.设u,则P(u,uk),Q(u,uk),E(u,0).于是直线QG的斜率为,方程为y(xu).由得(2k2)x22uk2xk2u280.设G(xG,yG),则u和xG是方程的解,故xG,由此得yG.从而直线PG的斜率为.所以PQPG,即PQG是直角三角形.解
9、由得|PQ|2u,|PG|,所以PQG的面积S|PQ|PG|.设tk,则由k0得t2,当且仅当k1时取等号.因为S在2,)单调递减,所以当t2,即k1时,S取得最大值,最大值为.因此,PQG面积的最大值为.规律方法最值与范围问题的解题思路1.构造关于所求量的函数,通过求函数的值域来获得问题的解.2.构造关于所求量的不等式,通过解不等式来获得问题的解.在解题过程中,一定要深刻挖掘题目中的隐含条件,如判别式大于零等.【训练3】 (2020长沙质检)已知P点坐标为(0,2),点A,B分别为椭圆E:1(ab0)的左、右顶点,直线BP交E于点Q,ABP是等腰直角三角形,且.(1)求椭圆E的方程;(2)设
10、过点P的动直线l与E相交于M,N两点,当坐标原点O位于以MN为直径的圆外时,求直线l斜率的取值范围.解(1)由ABP是等腰直角三角形,得a2,B(2,0).设Q(x0,y0),则由,得代入椭圆方程得b21,所以椭圆E的方程为y21.(2)依题意得,直线l的斜率存在,方程设为ykx2.联立消去y并整理得(14k2)x216kx120.(*)因直线l与E有两个交点,即方程(*)有不等的两实根,故(16k)248(14k2)0,解得k2.设M(x1,y1),N(x2,y2),由根与系数的关系得因坐标原点O位于以MN为直径的圆外,所以0,即x1x2y1y20,又由x1x2y1y2x1x2(kx12)(
11、kx22)(1k2)x1x22k(x1x2)4(1k2)2k40,解得k24,综上可得k24,则k2或2kb0),则c1.因为过F2且垂直于x轴的直线与椭圆交于A,B两点,且|AB|3,所以,b2a2c2,所以a24,b2a2c2413,椭圆的方程为1.答案C3.(2019郑州模拟)已知椭圆C:1(ab0)的左、右焦点分别为F1,F2,离心率为,过F2的直线l交C于A,B两点,若AF1B的周长为12,则C的方程为()A.y21 B.1C.1 D.1解析由题意可得,4a12,解得a3,c2,则b,所以椭圆C的方程为1.答案D4.已知椭圆1(ab0)的一条弦所在的直线方程是xy50,弦的中点坐标是
12、M(4,1),则椭圆的离心率是()A. B. C. D.解析设直线与椭圆交点为A(x1,y1),B(x2,y2),分别代入椭圆方程,由点差法可知yMxM,代入k1,M(4,1),解得,e,故选C.答案C5.(2020皖北名校联考)斜率为1的直线l与椭圆y21相交于A,B两点,则|AB|的最大值为()A. B. C. D.解析设A,B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),直线的方程为yxm,由消去y得5x28mx4(m21)0,则x1x2,x1x2.|AB|x1x2|,当m0时,|AB|取得最大值,故选B.答案B二、填空题6.已知椭圆C:1(ab0),若长轴长为6,且两焦点恰好将长轴三
13、等分,则此椭圆的标准方程为_.解析椭圆长轴长为6,即2a6,得a3,两焦点恰好将长轴三等分,2c2a2,得c1,因此,b2a2c2918,所以此椭圆的标准方程为1.答案17.(2019成都诊断)已知椭圆1(ab0)的左、右顶点分别为A,B,上顶点为C,若ABC是底角为30的等腰三角形,则_.解析由题意知CAB30,tan 30,.答案8.(2020衡水调研)与椭圆y21有相同的焦点且与直线l:xy30相切的椭圆的离心率为_.解析因为所求椭圆与椭圆y21有相同的焦点,所以可设所求椭圆的方程为1(a1),联立方程组(2a21)x26a2x10a2a40,因为直线l与椭圆相切,所以36a44(2a2
14、1)(10a2a4)0,化简得a46a250,即a25或a21(舍).则a.又c1,所以e.答案三、解答题9.已知椭圆y21.(1)过A(2,1)的直线l与椭圆相交,求l被截得的弦的中点轨迹方程;(2)求过点P且被P点平分的弦所在直线的方程.解(1)设弦的端点为P(x1,y1),Q(x2,y2),其中点是M(x,y),则x2x12x,y2y12y,由于点P,Q在椭圆上,则有:得,所以,化简得x22x2y22y0(包含在椭圆y21内部的部分).(2)由(1)可得弦所在直线的斜率为k,因此所求直线方程是y,化简得2x4y30.10.(2019全国卷)已知F1,F2是椭圆C:1(ab0)的两个焦点,
15、P为C上的点,O为坐标原点.(1)若POF2为等边三角形,求C的离心率;(2)如果存在点P,使得PF1PF2,且F1PF2的面积等于16,求b的值和a的取值范围.解(1)连接PF1.由POF2为等边三角形可知在F1PF2中,F1PF290,|PF2|c,|PF1|c,于是2a|PF1|PF2|(1)c,故C的离心率为e1.(2)由题意可知,满足条件的点P(x,y)存在当且仅当|y|2c16,1,1,即c|y|16,x2y2c2,1.由及a2b2c2得y2.又由知y2,故b4.由及a2b2c2得x2(c2b2),所以c2b2,从而a2b2c22b232,故a4.当b4,a4时,存在满足条件的点P
16、.所以b4,a的取值范围为4,).B级能力提升11.已知P(x0,y0)是椭圆C:y21上的一点,F1,F2是C的两个焦点,若0,则x0的取值范围是()A. B.C. D.解析由题意可知F1(,0),F2(,0),则(x0)(x0)yxy30.因为点P在椭圆上,所以y1.所以x30,解得x0b0)的左、右焦点,点P是椭圆上位于第二象限内的点,延长PF1交椭圆于点Q,若PF2PQ,且|PF2|PQ|,则椭圆的离心率为_.解析连接F2Q,由已知PF2PQ,且|PF2|PQ|,得F2PQ是等腰直角三角形,设|PF2|m,|QF2|n,由椭圆的定义得|PF1|2am,|QF1|2an,则有2am2an
17、m,且nm,m2(2)a.在RtF1PF2中,由勾股定理得,m2(2am)24c2,即2(2)a22a2(2)a24c2,4(64)a2(128)a24c2,即(96)a2c2,从而e296,又知0eb0)过点P(2,1),且离心率e.(1)求椭圆C的方程;(2)若直线l的斜率为,直线l与椭圆C交于A,B两点,求PAB的面积的最大值.解(1)因为e2,所以a24b2.又椭圆C:1(ab0)过点P(2,1),所以1.所以a28,b22.故所求椭圆方程为1.(2)设l的方程为yxm,点A(x1,y1),B(x2,y2),联立消去y整理,得x22mx2m240.所以x1x22m,x1x22m24.又
18、直线l与椭圆相交,所以4m28m2160,解得|m|b0)长轴的端点分别为A,B.点C为椭圆上异于A,B的一点,若将ABC的三内角记为A,B,C,且满足3tan A3tan Btan C0,则tan Atan B的值为_,椭圆的离心率为_.解析法一3tan A3tan Btan C0,3tan(AB)(1tan Atan B)tan C0,3tan C(1tan Atan B)tan C0.tan C0,tan Atan B.设C(x,y),A(a,0),B(a,0),则1.tan Atan B,e.法二设点C(0,b),则有tan Atan B,由ABC得,tan Ctan(AB),又知3tan A3tan Btan C0,所以tan C3(tan Atan B),因此可得,即6(b2a2)2a2,3b22a2,即tan Atan B,该椭圆的离心率e.答案