1、解答题专项突破(五)圆锥曲线的综合问题 第八章 平面解析几何圆锥曲线是平面解析几何的核心内容,每年高考必有一道解答题,常以求圆锥曲线的标准方程、研究直线与圆锥曲线的位置关系为主,涉及题型有定点、定值、最值、范围、探索性问题等,此类命题起点较低,但在第(2)问中一般都有较为复杂的运算,对考生解决问题的能力要求较高,通常以压轴题的形式呈现热点题型 1 圆锥曲线中的定点问题典例 1 (2019广州二模)已知抛物线 y24x 的焦点 F 与椭圆 C:x2a2y2b21(ab0)的一个焦点重合,且点 F 关于直线 yx 的对称点在椭圆上(1)求椭圆 C 的标准方程;(2)过点 Q0,13且斜率为 k 的
2、动直线 l 交椭圆于 A,B 两点,在 y 轴上是否存在定点 M,使以 AB 为直径的圆恒过这个点?若存在,求出 M 点的坐标,若不存在,说明理由解题思路(1)求出抛物线的焦点 F 关于直线 yx 的对称点,结合已知条件及 a,b,c 的关系,求解椭圆的标准方程(2)假设存在定点 M,使以 AB 为直径的圆恒过这个点,求出 AB 垂直于两坐标轴时以 AB 为直径的圆的方程,联立方程组解得定点坐标,然后利用向量数量积证明一般结论解题思路规范解答规范解答(1)由抛物线 y24x,得其焦点为 F(1,0),从而得点 F 关于直线 yx 的对称点为(0,1),故 b1,c1,因此 a 2,椭圆 C 的
3、标准方程为x22y21.(2)假设存在定点 M,使以 AB 为直径的圆恒过这个点当 ABx 轴时,以 AB 为直径的圆的方程为 x2y21.当 ABy 轴时,以 AB 为直径的圆的方程为 x2y132169.联立,得x0,y1,定点 M(0,1)规范解答证明:设直线 l:ykx13,代入x22y21,有(2k21)x243kx169 0.设 A(x1,y1),B(x2,y2),x1x24k32k21,x1x21692k21.则MA(x1,y11),MB(x2,y21);MA MB x1x2kx143kx243(1k2)x1x243k(x1x2)169(1k2)1692k2143k4k32k21
4、169 0,所以在 y 轴上存在定点 M(0,1),使以 AB 为直径的圆恒过这个定点典例 2 (2019北京高考)已知椭圆 C:x2a2y2b21 的右焦点为(1,0),且经过点 A(0,1)(1)求椭圆 C 的方程;(2)设 O 为原点,直线 l:ykxt(t1)与椭圆 C 交于两个不同点 P,Q,直线 AP 与 x 轴交于点 M,直线 AQ 与 x 轴交于点 N.若|OM|ON|2,求证:直线 l 经过定点解题思路(1)由已知条件直接求 b,c.再依据 a2b2c2 求 a,写出椭圆 C 的方程(2)设 P(x1,y1),Q(x2,y2),写出直线 AP 的方程,求 xM.利用 y1kx
5、1t 和|OM|xM|,把|OM|用 k,t,x1 表示,同理表示|ON|,直线 l 与椭圆 C 的方程联立,推出 x1x2,x1x2.利用|OM|ON|2,求 t,从而得到定点解题思路规范解答规范解答(1)由题意,得 b21,c1,所以 a2b2c22.所以椭圆 C 的方程为x22y21.(2)证明:设 P(x1,y1),Q(x2,y2),则直线 AP 的方程为 yy11x1 x1.令 y0,得点 M 的横坐标 xM x1y11.又 y1kx1t,从而|OM|xM|x1kx1t1.同理,|ON|x2kx2t1.规范解答由ykxt,x22y21,得(12k2)x24ktx2t220,则 x1x
6、2 4kt12k2,x1x22t2212k2.所以|OM|ON|x1kx1t1 x2kx2t1x1x2k2x1x2kt1x1x2t12规范解答2t2212k2k22t2212k2kt1 4kt12k2 t1221t1t.又|OM|ON|2,所以 21t1t 2.解得 t0,所以直线 l 经过定点(0,0)热点题型 2 圆锥曲线中的定值问题典例 1 (2019全国卷)已知点 A,B 关于坐标原点 O 对称,|AB|4,M 过点 A,B 且与直线 x20 相切(1)若 A 在直线 xy0 上,求M 的半径;(2)是否存在定点 P,使得当 A 运动时,|MA|MP|为定值?并说明理由解题思路(1)由
7、点 A,B 关于坐标原点 O 对称和点 A 在直线 xy0上知,点 A,B 都在直线 xy0 上,于是得点 M 在线段 AB 的垂直平分线,即 yx 上,设圆心 M 为(a,a)根据M 与直线 x2 相切和MO AO,求 a 从而得到M 的半径(2)联系第(1)问求圆心 M 坐标的方法找等量关系,求出 M 的轨迹方程,进而利用相应曲线的性质求|MA|,|MP|,判断|MA|MP|是否为定值解题思路规范解答(1)因为M 过点 A,B,所以圆心 M 在 AB 的垂直平分线上由已知 A 在直线 xy0 上,且 A,B 关于坐标原点 O 对称,所以 M在直线 yx 上,故可设圆心 M 为(a,a)因为
8、M 与直线 x20 相切,所以M 的半径为 r|a2|.由已知得|AO|2.又MO AO,故可得 2a24(a2)2,解得 a0 或 a4.故M 的半径 r2 或 r6.规范解答规范解答(2)存在定点 P(1,0),使得|MA|MP|为定值理由如下:设圆心 M 为(x,y),由已知,得M 的半径为 r|x2|,|AO|2.由于MO AO,故可得 x2y24(x2)2,化简得 M 的轨迹方程为 y24x.因为曲线 C:y24x 是以点 P(1,0)为焦点,以直线 x1 为准线的抛物线,所以|MP|x1.因为|MA|MP|r|MP|x2(x1)1,所以存在满足条件的定点 P(1,0)典例 2 (2
9、019青岛三模)已知 O 为坐标原点,点 F1,F2 为椭圆 M:x2a2y2b21(ab0)的左、右焦点,G 为椭圆 M 上的一个动点,GF1F2 的最大面积为 3,椭圆 M 的离心率为12.(1)求椭圆 M 的标准方程;(2)过抛物线 N:x24 33 y 上的一点 P 与抛物线 N 相切的直线 l 与椭圆M 相交于 A,B 两点,设 AB 的中点为 C,直线 OP 与直线 OC 的斜率分别是 k1,k2,证明:k1k2 为定值解题思路(1)根据题意,列方程组,结合 a,b,c 的关系即可求得 a和 b 的值,进而求得椭圆方程(2)通过求导求得直线 AB 的方程,代入椭圆方程,利用根与系数
10、的关系及中点坐标公式,即可求得 k1k2 为定值解题思路规范解答规范解答(1)因为GF1F2 的最大面积为 3,椭圆 M 的离心率为12.所以122cb 3,ca12,又因为 a2b2c2,所以 a2,b 3,所以椭圆 M 的标准方程为x24y231.(2)证明:设 Pt,3t24,A(x1,y1),B(x2,y2),因为抛物线方程 N:y 34 x2,对其求导得 y 32 x,规范解答则直线 AB 的方程为y 32 t(xt)34 t2 3t2 x 34 t2,将直线 AB 的方程代入椭圆方程x24y231,可得 12(1t2)x212t3x3t4480,因为 x1x2 t31t2,y1y2
11、 3t2(x1x2)3t22 3t221t2,所以点 Ct321t2,3t241t2,所以 k1 3t4,k2 32t,所以 k1k238.热点题型 3 圆锥曲线中的证明问题典例 1 已知抛物线 C:x22py(p0),过焦点 F 的直线交 C 于 A,B两点,D 是抛物线的准线 l 与 y 轴的交点(1)若 ABl,且ABD 的面积为 1,求抛物线的方程;(2)设 M 为 AB 的中点,过 M 作 l 的垂线,垂足为 N.证明:直线 AN 与抛物线相切解题思路(1)判断ABD 的形状,求|FD|,|AB|.由ABD 的面积为 1,列方程求 p,得抛物线的方程(2)将直线 AB 的方程与抛物线
12、 C 的方程联立,消去 y 并整理,结合根与系数的关系用 k,p 表示 M,N 的坐标求 kAN:斜率公式,导数的几何意义,两个角度求斜率相等,证明相切解题思路规范解答规范解答(1)ABl,ABD 为等腰三角形,且 FDAB,又|FD|p,|AB|2p.SABDp21.p1,故抛物线 C 的方程为 x22y.(2)证明:显然直线 AB 的斜率存在,设其方程为ykxp2,Ax1,x212p,Bx2,x222p.由ykxp2,x22py消去 y 整理得,x22kpxp20.x1x22kp,x1x2p2.Mkp,k2pp2,Nkp,p2.规范解答kANx212pp2x1kpx212pp2x1x1x2
13、2x21p22px1x22x21x1x22px1x22x1p.又 x22py,yxp.抛物线 x22py 在点 A 处的切线的斜率 kx1p.直线 AN 与抛物线相切典例 2 (2019福州三模)已知椭圆 C:x2a2y2b21(ab0)的左焦点为F(1,0),过 F 且垂直于 x 轴的直线被椭圆截得的弦长为 3.(1)求椭圆 C 的方程;(2)已知点 M(4,0),过 F 作直线 l 交椭圆于 A,B 两点,证明:FMAFMB.解题思路(1)根据焦点坐标求 c,由点c,b2a 在椭圆上和过 F 且垂直于 x 轴的弦长为 3,列出关于 a,b 的方程,结合 a2b2c2 求出 a,b,得出椭圆
14、的方程(2)先讨论直线 l 斜率不存在的情况,再讨论直线 l 斜率存在的情况设直线 l 的斜率为 k,列出直线 l 的方程,并与椭圆方程联立,消元得到关于x 的方程根据根与系数的关系计算出 kAMkBM0,从而得出结论解题思路规范解答规范解答(1)由题意,知 c1,把 x1 代入椭圆方程,得 1a2y2b21,解得 yb2a,b2a 32,又 a2b21,得 a2,b 3,椭圆的方程为x24y231.(2)证明:当直线 l 斜率不存在时,由对称性知FMAFMB;当直线 l 斜率存在时,设直线 l 的方程为 yk(x1),代入椭圆方程,得(34k2)x28k2x4k2120,设 A(x1,y1)
15、,B(x2,y2),规范解答则 x1x2 8k234k2,x1x24k21234k2,kAMkBM y1x14 y2x24kx11x24kx21x14x14x24k2x1x25x1x28x14x24,2x1x25(x1x2)88k22434k2 40k234k280,kAMkBM0,FMAFMB.综上,FMAFMB.热点题型 4 圆锥曲线中的最值与范围问题典例 1 (2019包头二模)设 F 为抛物线 C:y22px 的焦点,A 是 C上一点,FA 的延长线交 y 轴于点 B,A 为 FB 的中点,且|FB|3.(1)求抛物线 C 的方程;(2)过 F 作两条互相垂直的直线 l1,l2,直线
16、l1 与 C 交于 M,N 两点,直线 l2 与 C 交于 D,E 两点,求四边形 MDNE 面积的最小值解题思路(1)由题意画出图形,结合已知条件列式求得 p,则抛物线 C的方程可求(2)由已知直线 l1 的斜率存在且不为 0,设其方程为 yk(x1),与抛物线方程联立,求出|MN|,同理可求|DE|实际上,在|MN|的表达式中用1k代替 k 即可,可得四边形 MDNE 的面积表达式,再利用基本不等式求最值解题思路规范解答规范解答(1)如图,A 为 FB 的中点,A 到 y轴的距离为p4,|AF|p4p23p4|FB|2 32,解得 p2.抛物线 C 的方程为 y24x.规范解答(2)由已知
17、直线 l1 的斜率存在且不为 0,设其方程为 yk(x1)由ykx1,y24x,得 k2x2(2k24)xk20.0,设 M(x1,y1),N(x2,y2),x1x224k2,则|MN|x1x22411k2;同理设 D(x3,y3),E(x4,y4),x3x424k2,则|DE|x3x424(1k2)四边形 MDNE 的面积 S12|MN|DE|82k21k232.当且仅当 k1 时,四边形 MDNE 的面积取得最小值 32.典例 2 如图,椭圆 C:x2a2y2b21(ab0)的右顶点为 A(2,0),左、右焦点分别为 F1,F2,过点 A 且斜率为12的直线与 y 轴交于点 P,与椭圆交于
18、另一个点 B,且点 B 在 x 轴上的射影恰好为点 F1.(1)求椭圆 C 的标准方程;(2)过点 P 且斜率大于12的直线与椭圆交于 M,N两点(|PM|PN|),若 SPAMSPBN,求实数 的取值范围解题思路(1)求点 B 的坐标根据 kAB12列方程由题意得 a2,a2b2c2,解方程组求 a,b,c,写出椭圆 C 的标准方程(2)SPAMSPBN 面积公式PM 与PN的关系点 M,N 坐标之间的关系直线 MN 的方程与椭圆 C 的方程联立,消去 y 整理用根与系数的关系得出点 M,N 的坐标之间的关系式推出 与 k 的关系,并根据 k12求范围,找到 所满足的不等式,求出 的取值范围
19、解题思路规范解答规范解答(1)因为 BF1x 轴,所以点 Bc,b2a,所以a2,b2aac12,a2b2c2a2,b 3,c1,所以椭圆 C 的标准方程是x24y231.规范解答(2)因为SPAMSPBN12|PA|PM|sinAPM12|PB|PN|sinBPN2|PM|1|PN|PM|PN|2(2),所以PM 2PN.由(1)可知 P(0,1),设直线 MN:ykx1k12,M(x1,y1),N(x2,y2),联立方程,得ykx1,x24y231,化简得,(4k23)x28kx80.规范解答得x1x28k4k23,x1x2 84k23.(*)又PM(x1,y11),PN(x2,y21),
20、有 x12x2,将 x12x2 代入(*)可得,22 16k24k23.因为 k12,所以 16k24k23 163k24(1,4),规范解答则 122240,解得 22 k 22(k0),设点 M(x1,y1),N(x2,y2),则x1x2 8k212k2,x1x28k2212k2,规范解答y1y2k(x1x2)4kk 8k212k24k4k12k2,取 MN 的中点 H,即 Hx1x22,y1y22,则y1y221x1x22k1,即2k12k214k212k2k1,化简得 2k22k10,无实数解,故舍去规范解答当 k0 时,M,N 为椭圆 C 的左、右顶点,显然满足|BM|BN|,此时直线 l 的方程为 y0.综上可知,存在直线 l 满足题意,此时直线 l 的方程为 y0.本课结束