2022高考數(shù)學(xué)“一本”培養(yǎng)專題突破 第2部分 專題5 解析幾何 第9講 圓錐曲線的定義、方程及性質(zhì)學(xué)案 文
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1、2022高考數(shù)學(xué)“一本”培養(yǎng)專題突破 第2部分 專題5 解析幾何 第9講 圓錐曲線的定義、方程及性質(zhì)學(xué)案 文 熱點(diǎn)題型 真題統(tǒng)計(jì) 命題規(guī)律 題型1:圓錐曲線的定義、標(biāo)準(zhǔn)方程 2017全國(guó)卷ⅢT14;2017全國(guó)卷ⅡT12;2014全國(guó)卷ⅠT10 1.每年必考內(nèi)容,多以選擇、填空題的形式考查圓錐曲線的定義、方程、性質(zhì),以解答題的形式考查直線與圓錐曲線的綜合問(wèn)題. 2.小題一般出現(xiàn)在5~12或14~15題的位置,難度中等偏上,解答題出現(xiàn)在20題的位置上,難度較大. 題型2:圓錐曲線的性質(zhì)及應(yīng)用 2018全國(guó)卷ⅠT4;2018全國(guó)卷ⅡT6;2018全國(guó)卷ⅠT11 2018全國(guó)卷Ⅲ
2、T10;2017全國(guó)卷ⅠT5;2017全國(guó)卷ⅡT5 2017全國(guó)卷ⅠT12;2016全國(guó)卷ⅡT5;2016全國(guó)卷ⅢT12 2015全國(guó)卷ⅠT5;2015全國(guó)卷ⅡT16;2015全國(guó)卷ⅡT15 2014全國(guó)卷ⅠT4 題型3:直線、圓與圓錐曲線的交匯 2017卷ⅢT11;2014卷ⅠT20 圓錐曲線的定義 (1)橢圓:|PF1|+|PF2|=2a(2a>|F1F2|); (2)雙曲線||PF1|-|PF2||=2a(2a<|F1F2|); (3)拋物線:|PF|=|PM|,點(diǎn)F不在直線l上,PM⊥l于M(直線l是拋物線的準(zhǔn)線). ■高考考法示例· 【例1】 (1)(2018·
3、哈爾濱模擬)已知雙曲線-=1(a>0,b>0)的右焦點(diǎn)為F,點(diǎn)A在雙曲線的漸近線上,△OAF是邊長(zhǎng)為2的等邊三角形(O為原點(diǎn)),則雙曲線的方程為( ) A.-=1 B.-=1 C.-y2=1 D.x2-=1 (2)(2017·全國(guó)卷Ⅱ)已知F是拋物線C:y2=8x的焦點(diǎn),M是C上一點(diǎn),F(xiàn)M的延長(zhǎng)線交y軸于點(diǎn)N.若M為FN的中點(diǎn),則|FN|=______. (1)D (2)6 [(1)根據(jù)題意畫出草圖如圖所示,不妨設(shè)點(diǎn)A在漸近線y=x上. 由△AOF是邊長(zhǎng)為2的等邊三角形得到∠AOF=60°,c=|OF|=2. 又點(diǎn)A在雙曲線的漸近線y=x上,∴=tan 60
4、°=. 又a2+b2=4,∴a=1,b=, ∴雙曲線的方程為x2-=1.故選D. (2)如圖,不妨設(shè)點(diǎn)M位于第一象限內(nèi),拋物線C的準(zhǔn)線交x軸于點(diǎn)A,過(guò)點(diǎn)M作準(zhǔn)線的垂線,垂足為點(diǎn)B,交y軸于點(diǎn)P,∴PM∥OF. 由題意知,F(xiàn)(2,0),|FO|=|AO|=2. ∵點(diǎn)M為FN的中點(diǎn),PM∥OF, ∴|MP|=|FO|=1. 又|BP|=|AO|=2, ∴|MB|=|MP|+|BP|=3. 由拋物線的定義知|MF|=|MB|=3,故|FN|=2|MF|=6.] [方法歸納] 求解圓錐曲線標(biāo)準(zhǔn)方程的方法是“先定型,后計(jì)算” (1)定型,就是指定類型,也就是確定圓錐曲線的焦點(diǎn)
5、位置,從而設(shè)出標(biāo)準(zhǔn)方程. (2)計(jì)算,即利用待定系數(shù)法求出方程或方程組中的a2,b2或p.另外,當(dāng)焦點(diǎn)位置無(wú)法確定時(shí),拋物線常設(shè)為y2=2ax或x2=2ay(a≠0),橢圓常設(shè)為mx2+ny2=1(m>0,n>0,m≠n),雙曲線常設(shè)為mx2-ny2=1(mn>0). ■對(duì)點(diǎn)即時(shí)訓(xùn)練· 1.設(shè)雙曲線與橢圓+=1相交且有共同的焦點(diǎn),其中一個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)為(,4),則此雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程是( ) A.-=1 B.-=1 C.-=1 D.-=1 A [法一:(定義法)橢圓+=1的焦點(diǎn)坐標(biāo)分別是(0,3),(0,-3). 根據(jù)雙曲線的定義知,2a=|-|=4, 解得a=2,
6、又b2=c2-a2=5, 所以所求雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1.故選A. 法二:(待定系數(shù)法)橢圓+=1的焦點(diǎn)坐標(biāo)分別是(0,3),(0,-3). 設(shè)雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1(a>0,b>0), 則a2+b2=9.① 又點(diǎn)(,4)在雙曲線上,所以-=1.② 由①②解得a2=4,b2=5.故所求雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1.故選A.] 2.設(shè)橢圓+=1的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,點(diǎn)P在橢圓上,且滿足·=9,則||·||的值為( ) A.8 B.10 C.12 D.15 D [因?yàn)镻是橢圓+=1上一點(diǎn),F(xiàn)1,F(xiàn)2分別是橢圓的左、右焦點(diǎn),所以|PF1|+|PF2|=8,|F
7、1F2|=4.因?yàn)椤ぃ?,所以||·||cos∠F1PF2=9,因?yàn)閨|2=||2+||2-2||·||·cos∠F1PF2=(||+||)2-2||·||-2||·||cos∠F1PF2,所以64-2||·||-18=16.所以||·||=15,故選D.] 題型2 圓錐曲線的性質(zhì)及應(yīng)用 ■核心知識(shí)儲(chǔ)備· 1.橢圓、雙曲線中,a,b,c,e之間的關(guān)系 (1)在橢圓中:a2=b2+c2,離心率為e==; (2)在雙曲線中:c2=a2+b2,離心率為e==. 2.雙曲線的漸近線方程與焦點(diǎn)坐標(biāo) (1)雙曲線-=1(a>0,b>0)的漸近線方程為y=±x;焦點(diǎn)坐標(biāo)F1(-c,0),F(xiàn)2(
8、c,0); (2)雙曲線-=1(a>0,b>0)的漸近線方程為y=±x,焦點(diǎn)坐標(biāo)F1(0,-c),F(xiàn)2(0,c). 注意離心率e與漸近線的斜率的關(guān)系. ■高考考法示例· 【例2】 (1)(2018·全國(guó)卷Ⅲ)已知雙曲線C:-=1(a>0,b>0)的離心率為,則點(diǎn)(4,0)到C的漸近線的距離為( ) A. B.2 C. D.2 (2)(2018·沈陽(yáng)模擬)已知雙曲線-=1(a>0,b>0)的左焦點(diǎn)為F,離心率為.若經(jīng)過(guò)F和P(0,4)兩點(diǎn)的直線平行于雙曲線的一條漸近線,則雙曲線的方程為( ) A.-=1 B.-=1 C.-=1 D.-=1 (3)已知
9、雙曲線的頂點(diǎn)與焦點(diǎn)分別是橢圓+=1(a>b>0)的焦點(diǎn)與頂點(diǎn),若雙曲線的兩條漸近線與橢圓的交點(diǎn)構(gòu)成的四邊形恰為正方形,則橢圓的離心率為( ) A. B. C. D. (1)D (2)B (3)C [(1)法一:由離心率e==,得c=a,又b2=c2-a2,得b=a,所以雙曲線C的漸近線方程為y=±x.由點(diǎn)到直線的距離公式,得點(diǎn)(4,0)到C的漸近線的距離為=2.故選D. 法二:離心率e=的雙曲線是等軸雙曲線,其漸近線方程是y=±x,由點(diǎn)到直線的距離公式得點(diǎn)(4,0)到C的漸近線的距離為=2.故選D. (2)由離心率為可知a=b,c=a,所以F(-a,0),由題意可知kPF
10、===1,所以a=4,解得a=2,所以雙曲線的方程為-=1,故選B. (3)設(shè)橢圓的左、右焦點(diǎn)分別為F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0),則由題意可知雙曲線的方程為-=1,其漸近線方程為y=±x.因?yàn)殡p曲線的兩條漸近線與橢圓的交點(diǎn)構(gòu)成的四邊形恰為正方形,所以由橢圓的對(duì)稱性可知,漸近線的方程為y=±x,即b=c,所以a==c,故橢圓的離心率e=,故選C.] [方法歸納] 1.求橢圓、雙曲線離心率(離心率范圍)的方法 求橢圓、雙曲線的離心率或離心率的范圍,關(guān)鍵是根據(jù)已知條件確定a,b,c的等量關(guān)系或不等關(guān)系,然后把b用a,c代換,求的值. 2.雙曲線的漸近線的求法及用法 (1)求法:把雙曲
11、線標(biāo)準(zhǔn)方程等號(hào)右邊的1改為零,分解因式可得. (2)用法:①可得或的值. ②利用漸近線方程設(shè)所求雙曲線的方程. ③利用e=求離心率. ■對(duì)點(diǎn)即時(shí)訓(xùn)練· 1.(2018·全國(guó)卷Ⅰ)設(shè)拋物線C:y2=4x的焦點(diǎn)為F,過(guò)點(diǎn)(-2,0)且斜率為的直線與C交于M,N兩點(diǎn),則·=( ) A.5 B.6 C.7 D.8 D [法一:過(guò)點(diǎn)(-2,0)且斜率為的直線的方程為y=(x+2),由得x2-5x+4=0,解得x=1或x=4,所以或不妨設(shè)M(1,2),N(4,4),易知F(1,0),所以=(0,2),=(3,4),所以·=8.故選D. 法二:過(guò)點(diǎn)(-2,0)且斜率為的直線
12、的方程為y=(x+2),由得x2-5x+4=0,設(shè)M(x1,y1),N(x2,y2),則y1>0,y2>0,根據(jù)根與系數(shù)的關(guān)系,得x1+x2=5,x1x2=4.易知F(1,0),所以=(x1-1,y1),=(x2-1,y2),所以·=(x1-1)(x2-1)+y1y2=x1x2-(x1+x2)+1+4=4-5+1+8=8.故選D.] 2.(2016·全國(guó)卷Ⅱ)已知F1,F(xiàn)2是雙曲線E:-=1的左,右焦點(diǎn),點(diǎn)M在E上,MF1與x軸垂直,sin∠MF2F1=,則E的離心率為( ) A. B. C. D.2 A [法一:如圖,因?yàn)镸F1與x軸垂直,所以|MF1|=. 又
13、sin∠MF2F1=,所以=,即|MF2|=3|MF1|.由雙曲線的定義得2a=|MF2|-|MF1|=2|MF1|=,所以b2=a2,所以c2=b2+a2=2a2,所以離心率e==. 法二:如圖,因?yàn)镸F1⊥x軸,所以|MF1|=. 在Rt△MF1F2中,由sin∠MF2F1=得 tan∠MF2F1=. 所以=,即=,即=, 整理得c2-ac-a2=0, 兩邊同除以a2得e2-e-1=0. 解得e=(負(fù)值舍去).] 題型3 直線、圓與圓錐曲線的交匯 全國(guó)卷考查圓與圓錐曲線的交匯問(wèn)題是近幾年高考考查的熱點(diǎn),在小題和大題中均有可能出現(xiàn). ■高考考法示例· 【例3】 (1)(
14、2016·全國(guó)卷Ⅰ)以拋物線C的頂點(diǎn)為圓心的圓交C于A,B兩點(diǎn),交C的準(zhǔn)線于D,E兩點(diǎn).已知|AB|=4,|DE|=2,則C的焦點(diǎn)到準(zhǔn)線的距離為( ) A.2 B.4 C.6 D.8 B [設(shè)出拋物線和圓的方程,將點(diǎn)的坐標(biāo)代入,聯(lián)立方程組求解. 設(shè)拋物線的方程為y2=2px(p>0),圓的方程為x2+y2=r2. ∵|AB|=4,|DE|=2, 拋物線的準(zhǔn)線方程為x=-, ∴不妨設(shè)A,D. ∵點(diǎn)A,D在圓x2+y2=r2上, ∴∴+8=+5,∴p=4(負(fù)值舍去). ∴C的焦點(diǎn)到準(zhǔn)線的距離為4.] (2)(2018·鄭州模擬)已知橢圓C:+=1(a>b>0
15、)的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,以F1F2為直徑的圓與直線ax+2by-ab=0相切. 圖2-5-2 ①求橢圓C的離心率; ②如圖2-5-2,過(guò)F1作直線l與橢圓分別交于兩點(diǎn)P,Q,若△PQF2的周長(zhǎng)為4,求·的最大值. [思路點(diǎn)撥]?、佟? [解]?、儆深}意=c, 即3a2b2=c2(a2+4b2)=(a2-b2)(a2+4b2). ∴a2=2b2, ∴e=. ②因?yàn)槿切巍鱌QF2的周長(zhǎng)為4. 所以4a=4,∴a=,∴b2=1, ∴橢圓方程為+y2=1,且焦點(diǎn)F1(-1,0),F(xiàn)2(1,0), (ⅰ)若直線l斜率不存在,則可得l⊥x軸,方程為x=-1,
16、解方程組可得或, ∴P,Q, ∴=,=,故·=. (ⅱ)若直線l斜率存在,設(shè)直線l的方程為y=k(x+1), 由消去y整理得 (2k2+1)x2+4k2x+2k2-2=0, 設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2), 則x1+x2=-,x1x2=. ∴·=(x1-1,y1)·(x2-1,y2) =(x1-1)(x2-1)+y1y2. =(k2+1)x1x2+(k2-1)(x1+x2)+k2+1. =(k2+1)+(k2-1)+k2+1 ==-. ∵k2>0, ∴可得-1<·<, 綜上可得-1<·≤. 所以·最大值是. [方法歸納] 處理圓錐曲線與圓相結(jié)合問(wèn)題的注意
17、點(diǎn) (1)注意圓心、半徑和平面幾何知識(shí)的應(yīng)用,如直徑所對(duì)的圓周角為直角,構(gòu)成了垂直關(guān)系;弦心距、半徑、弦長(zhǎng)的一半構(gòu)成直角三角形等. (2)注意圓與特殊線的位置關(guān)系,如圓的直徑與橢圓長(zhǎng)軸(短軸),與雙曲線的實(shí)軸(虛軸)的關(guān)系;圓與過(guò)定點(diǎn)的直線、雙曲線的漸近線、拋物線的準(zhǔn)線的位置關(guān)系等. (教師備選) (2016·全國(guó)卷Ⅰ)設(shè)圓x2+y2+2x-15=0的圓心為A,直線l過(guò)點(diǎn)B(1,0)且與x軸不重合,l交圓A于C,D兩點(diǎn),過(guò)B作AC的平行線交AD于點(diǎn)E. (1)證明|EA|+|EB|為定值,并寫出點(diǎn)E的軌跡方程; (2)設(shè)點(diǎn)E的軌跡為曲線C1,直線l交C1于M,N兩點(diǎn),過(guò)B且與l垂直
18、的直線與圓A交于P,Q兩點(diǎn),求四邊形MPNQ面積的取值范圍. [解] (1)因?yàn)閨AD|=|AC|,EB∥AC, 所以∠EBD=∠ACD=∠ADC,所以|EB|=|ED|, 故|EA|+|EB|=|EA|+|ED|=|AD|. 又圓A的標(biāo)準(zhǔn)方程為(x+1)2+y2=16,從而|AD|=4, 所以|EA|+|EB|=4. 由題設(shè)得A(-1,0),B(1,0),|AB|=2, 由橢圓定義可得點(diǎn)E的軌跡方程為+=1(y≠0). (2)當(dāng)l與x軸不垂直時(shí),設(shè)l的方程為y=k(x-1)(k≠0),M(x1,y1),N(x2,y2). 由得(4k2+3)x2-8k2x+4k2-12=0,
19、 則x1+x2=,x1x2=. 所以|MN|=|x1-x2|=. 過(guò)點(diǎn)B(1,0)且與l垂直的直線m:y=-(x-1),點(diǎn)A到直線m的距離為, 所以|PQ|=2=4. 故四邊形MPNQ的面積 S=|MN|| PQ|=12. 可得當(dāng)l與x軸不垂直時(shí),四邊形MPNQ面積的取值范圍為(12,8). 當(dāng)l與x軸垂直時(shí),其方程為x=1,|MN|=3,|PQ|=8, 故四邊形MPNQ的面積為12. 綜上,四邊形MPNQ面積的取值范圍為[12,8). ■對(duì)點(diǎn)即時(shí)訓(xùn)練· 1.(2017·全國(guó)卷Ⅱ)若雙曲線C:-=1(a>0,b>0)的一條漸近線被圓(x-2)2+y2=4所截得的弦長(zhǎng)
20、為2,則C的離心率為( ) A.2 B. C. D. A [設(shè)雙曲線的一條漸近線方程為y=x, 圓的圓心為(2,0),半徑為2, 由弦長(zhǎng)為2得出圓心到漸近線的距離為=. 根據(jù)點(diǎn)到直線的距離公式得=,解得b2=3a2. 所以C的離心率e====2. 故選A.] 2.(2018·中山七校聯(lián)考)已知橢圓+=1(a>b>0)的上、下、左、右四個(gè)頂點(diǎn)分別為A,B,C,D,x軸正半軸上的某點(diǎn)G滿足|GD|=2,|GA|=3,|GC|=4. 圖2-5-3 (1)求橢圓的方程; (2)設(shè)該橢圓的左、右焦點(diǎn)分別為F1、F2,點(diǎn)M在圓x2+y2=b2上,且M在第一象限
21、,過(guò)M作圓x2+y2=b2的切線交橢圓于P,Q,求證:△PF2Q的周長(zhǎng)是定值. [解] (1)設(shè)點(diǎn)G的坐標(biāo)為(x0,0)(x0>0),可知2a=2+4,a=3, x0=4-a=1,b==2. 因此橢圓的方程是+=1. (2)法一:設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2),則+=1, |PF2|===, ∵0<x1<3,∴|PF2|=3-, 在圓中,M是切點(diǎn), ∴|PM|====x1, ∴|PF2|+|PM|=3-x1+x1=3, 同理|QF2|+|QM|=3,∴|F2P|+|F2Q|+|PQ|=3+3=6, 因此△PF2Q的周長(zhǎng)是定值6. 法二:設(shè)PQ的方程為y=kx+m(
22、k<0,m>0), 由,得(8+9k2)x2+18kmx+9m2-72=0, 設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2),則x1+x2=,x1x2=, ∴|PQ|=|x1-x2|= = =, ∵PQ與圓x2+y2=8相切,∴=2, 即m=2, ∴|PQ|=-, ∵|PF2|===, ∵0<x1<3,∴|PF2|=3-, 同理可得|QF2|=(9-x2)=3-, ∵|F2P|+|F2Q|+|PQ|=6--=6+-=6, 因此△PQF2的周長(zhǎng)是定值6. 1.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)雙曲線-=1(a>0,b>0)的離心率為,則其漸近線方程為( ) A.y=±x
23、 B.y=±x C.y=±x D.y=±x A [因?yàn)殡p曲線的離心率為,所以=,即c=a.又c2=a2+b2,所以(a)2=a2+b2,化簡(jiǎn)得2a2=b2,所以=.因?yàn)殡p曲線的漸近線方程為y=±x,所以y=±x.故選A] 2.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)已知F1,F(xiàn)2是橢圓C的兩個(gè)焦點(diǎn),P是C上的一點(diǎn).若PF1⊥PF2,且∠PF2F1=60°,則C的離心率為( ) A.1- B.2- C. D.-1 D [由題設(shè)知∠F1PF2=90°,∠PF2F1=60°,|F1F2|=2c,所以|PF2|=c,|PF1|=c.由橢圓的定義得|PF1|+|PF2|=2a,即c+c=
24、2a,所以(+1)c=2a,故橢圓C的離心率e===-1.故選D.] 3.(2017·全國(guó)卷Ⅰ)已知F是雙曲線C:x2-=1的右焦點(diǎn),P是C上一點(diǎn),且PF與x軸垂直,點(diǎn)A的坐標(biāo)是(1,3),則△APF的面積為( ) A. B. C. D. D [因?yàn)镕是雙曲線C:x2-=1的右焦點(diǎn),所以F(2,0). 因?yàn)镻F⊥x軸,所以可設(shè)P的坐標(biāo)為(2,yP). 因?yàn)镻是C上一點(diǎn),所以4-=1,解得yP=±3, 所以P(2,±3),|PF|=3. 又因?yàn)锳(1,3),所以點(diǎn)A到直線PF的距離為1, 所以S△APF=×|PF|×1=×3×1=. 故選D.] 4.(20
25、16·全國(guó)卷Ⅰ)直線l經(jīng)過(guò)橢圓的一個(gè)頂點(diǎn)和一個(gè)焦點(diǎn),若橢圓中心到l的距離為其短軸長(zhǎng)的,則該橢圓的離心率為( ) A. B. C. D. B [不妨設(shè)直線l經(jīng)過(guò)橢圓的一個(gè)頂點(diǎn)B(0,b)和一個(gè)焦點(diǎn)F(c,0),則直線l的方程為+=1,即bx+cy-bc=0.由題意知=×2b,解得=,即e=.故選B.] 5.(2015·全國(guó)卷Ⅰ)已知橢圓E的中心在坐標(biāo)原點(diǎn),離心率為,E的右焦點(diǎn)與拋物線C:y2=8x的焦點(diǎn)重合,A,B是C的準(zhǔn)線與E的兩個(gè)交點(diǎn),則|AB|=( ) A.3 B.6 C.9 D.12 B [根據(jù)已知條件求出橢圓的方程,|AB|=2|yA|,只需求出
26、|yA|即可. 拋物線y2=8x的焦點(diǎn)為(2,0),∴橢圓中c=2, 又=,∴a=4,b2=a2-c2=12, 從而橢圓方程為+=1. ∵拋物線y2=8x的準(zhǔn)線為x=-2, ∴xA=xB=-2, 將xA=-2代入橢圓方程可得|yA|=3, 由圖象可知|AB|=2|yA|=6.故選B.] 6.(2015·全國(guó)卷Ⅱ)已知雙曲線過(guò)點(diǎn)(4,),且漸近線方程為y=±x,則該雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為_(kāi)_______. -y2=1 [法一:設(shè)出雙曲線方程,然后利用雙曲線過(guò)點(diǎn)(4,)求解. ∵雙曲線的漸近線方程為y=±x, ∴可設(shè)雙曲線的方程為x2-4y2=λ(λ≠0). ∵雙曲線過(guò)點(diǎn)(4,), ∴λ=16-4×()2=4, ∴雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-y2=1. 法二:∵漸近線y=x過(guò)點(diǎn)(4,2),而<2, ∴點(diǎn)(4,)在漸近線y=x的下方,在y=-x的上方(如圖). ∴雙曲線的焦點(diǎn)在x軸上,故可設(shè)雙曲線方程為 -=1(a>0,b>0). 由已知條件可得 解得 ∴雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-y2=1.]
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