《2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線與方程 2.2.2 橢圓的幾何性質(zhì)(第3課時(shí))直線與橢圓的位置關(guān)系(二)學(xué)案(含解析)新人教B版選修2-1.docx》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020版高中數(shù)學(xué) 第二章 圓錐曲線與方程 2.2.2 橢圓的幾何性質(zhì)(第3課時(shí))直線與橢圓的位置關(guān)系(二)學(xué)案(含解析)新人教B版選修2-1.docx(17頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第3課時(shí) 直線與橢圓的位置關(guān)系(二)
題型一 弦長(zhǎng)問(wèn)題
例1 已知?jiǎng)狱c(diǎn)P與平面上兩定點(diǎn)A(-,0),B(,0)連線的斜率的積為定值-.
(1)試求動(dòng)點(diǎn)P的軌跡方程C;
(2)設(shè)直線l:y=kx+1與曲線C交于M,N兩點(diǎn),當(dāng)|MN|=時(shí),求直線l的方程.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
解 (1)設(shè)動(dòng)點(diǎn)P的坐標(biāo)是(x,y),
由題意得kPAkPB=-.
∴=-,化簡(jiǎn)整理得+y2=1.
故P點(diǎn)的軌跡方程C是+y2=1(x≠).
(2)設(shè)直線l與曲線C的交點(diǎn)為M(x1,y1),N(x2,y2),
由得(1+2k2)x2+4kx=0.
Δ=16k2-4(1+2k2)=8k2-4>0,
∴x1+x2=,x1x2=0.
|MN|==,
整理得k4+k2-2=0,解得k2=1或k2=-2(舍).
∴k=1,經(jīng)檢驗(yàn)符合題意.
∴直線l的方程是y=x+1,
即x-y+1=0或x+y-1=0.
反思感悟 求弦長(zhǎng)的兩種方法
(1)求出直線與橢圓的兩交點(diǎn)坐標(biāo),用兩點(diǎn)間距離公式求弦長(zhǎng).
(2)聯(lián)立直線與橢圓的方程,消元得到關(guān)于一個(gè)未知數(shù)的一元二次方程,利用弦長(zhǎng)公式:|P1P2|=,其中x1,x2(y1,y2)是上述一元二次方程的兩根,由根與系數(shù)的關(guān)系求出兩根之和與兩根之積后代入公式可求得弦長(zhǎng).
跟蹤訓(xùn)練1 已知斜率為1的直線l過(guò)橢圓+y2=1的右焦點(diǎn)F,交橢圓于A,B兩點(diǎn),求弦AB的長(zhǎng).
考點(diǎn)
題點(diǎn)
解 設(shè)A,B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),
由橢圓方程知a2=4,b2=1,∴c==,
∴F(,0),∴直線l的方程為y=x-,
將其代入橢圓方程,并化簡(jiǎn)、整理得5x2-8x+8=0,
∴x1+x2=,x1x2=,
∴|AB|=|x1-x2|
=
==.
題型二 中點(diǎn)弦問(wèn)題
例2 已知橢圓+=1的弦AB的中點(diǎn)M的坐標(biāo)為(2,1),求直線AB的方程.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
解 方法一 根與系數(shù)的關(guān)系、中點(diǎn)坐標(biāo)公式法
由橢圓的對(duì)稱性,知直線AB的斜率存在,
設(shè)直線AB的方程為y-1=k(x-2).
將其代入橢圓方程并整理,
得(4k2+1)x2-8(2k2-k)x+4(2k-1)2-16=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則x1,x2是上述方程的兩根,
于是x1+x2=.
又M為線段AB的中點(diǎn),
∴==2,解得k=-.
故所求直線的方程為x+2y-4=0.
方法二 點(diǎn)差法
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),x1≠x2.
∵M(jìn)(2,1)為線段AB的中點(diǎn),
∴x1+x2=4,y1+y2=2.
又A,B兩點(diǎn)在橢圓上,
則x+4y=16,x+4y=16,
兩式相減,得(x-x)+4(y-y)=0,
于是(x1+x2)(x1-x2)+4(y1+y2)(y1-y2)=0.
∴=-=-=-,
即kAB=-.
故所求直線的方程為x+2y-4=0.
方法三 對(duì)稱點(diǎn)法(或共線法)
設(shè)所求直線與橢圓的一個(gè)交點(diǎn)為A(x,y),
由于點(diǎn)M(2,1)為線段AB的中點(diǎn),
則另一個(gè)交點(diǎn)為B(4-x,2-y).
∵A,B兩點(diǎn)都在橢圓上,
∴
①-②,得x+2y-4=0.
即點(diǎn)A的坐標(biāo)滿足這個(gè)方程,根據(jù)對(duì)稱性,點(diǎn)B的坐標(biāo)也滿足這個(gè)方程,而過(guò)A,B兩點(diǎn)的直線只有一條,故所求直線的方程為x+2y-4=0.
反思感悟 解決橢圓中點(diǎn)弦問(wèn)題的兩種方法
①根與系數(shù)的關(guān)系法:聯(lián)立直線方程和橢圓方程構(gòu)成方程組,消去一個(gè)未知數(shù),利用一元二次方程根與系數(shù)的關(guān)系以及中點(diǎn)坐標(biāo)公式解決.
②點(diǎn)差法:利用交點(diǎn)在曲線上,坐標(biāo)滿足方程,將交點(diǎn)坐標(biāo)分別代入橢圓方程,然后作差,構(gòu)造出中點(diǎn)坐標(biāo)和斜率的關(guān)系,具體如下:已知A(x1,y1),B(x2,y2)是橢圓+=1(a>b>0)上的兩個(gè)不同的點(diǎn),M(x0,y0)是線段AB的中點(diǎn),則
由①-②,得(x-x)+(y-y)=0,變形得=-=-,即kAB=-.
跟蹤訓(xùn)練2 已知橢圓E:+=1(a>b>0)的右焦點(diǎn)為F(3,0),過(guò)點(diǎn)F的直線交E于A,B兩點(diǎn).若AB的中點(diǎn)坐標(biāo)為(1,-1),則E的方程為( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 D
解析 設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則
①-②得=-.
∴=-.
∵x1+x2=2,y1+y2=-2,∴kAB=.
而kAB==,∴=,∴a2=2b2,
∴c2=a2-b2=b2=9,∴b=c=3,a=3,
∴E的方程為+=1.
題型三 與橢圓有關(guān)的最值或范圍問(wèn)題
例3 已知橢圓C:4x2+y2=1.
(1)P(m,n)是橢圓C上一點(diǎn),求m2+n2的取值范圍;
(2)設(shè)直線y=x+m與橢圓C相交于A(x1,y1),B(x2,y2)兩點(diǎn),求△AOB面積的最大值及△AOB面積最大時(shí)的直線方程.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 橢圓中的定點(diǎn)、定值、取值范圍問(wèn)題
解 (1)m2+n2表示原點(diǎn)O到橢圓C上點(diǎn)P的距離的平方,
則m2+n2∈.
(2)可求得O到AB的距離d=,
將y=x+m代入4x2+y2=1,
消去y得5x2+2mx+m2-1=0.
所以x1+x2=-,x1x2=,
|AB|=
==,
Δ=(2m)2-45(m2-1)=20-16m2>0,-
b>0),過(guò)點(diǎn)A(-a,0),B(0,b)的直線傾斜角為,原點(diǎn)到該直線的距離為.
(1)求橢圓的方程;
(2)斜率大于零的直線過(guò)D(-1,0)與橢圓分別交于點(diǎn)E,F(xiàn),若=2,求直線EF的方程;
(3)對(duì)于D(-1,0),是否存在實(shí)數(shù)k,使得直線y=kx+2分別交橢圓于點(diǎn)P,Q,且|DP|=|DQ|,若存在,求出k的值,若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 求橢圓中的直線方程
解 (1)由=,ab=,
得a=,b=1,
所以橢圓的方程是+y2=1.
(2)設(shè)EF:x=my-1(m>0)代入+y2=1,
得(m2+3)y2-2my-2=0.
設(shè)E(x1,y1),F(xiàn)(x2,y2).
由=2,得y1=-2y2,
由y1+y2=-y2=,y1y2=-2y=得2=,
∴m=1或m=-1(舍去),
直線EF的方程為x=y(tǒng)-1,即x-y+1=0.
(3)記P(x1′,y1′),Q(x2′,y2′).
將y=kx+2代入+y2=1,
得(3k2+1)x2+12kx+9=0,(*)
x1′,x2′是此方程的兩個(gè)相異實(shí)根.
設(shè)PQ的中點(diǎn)為M,則xM==-,
yM=kxM+2=,
由|DP|=|DQ|,得DM⊥PQ,
∴kDM===-,
∴3k2-4k+1=0,得k=1或k=.
但k=1,k=均使方程(*)沒(méi)有兩相異實(shí)根.
故這樣的k不存在.
[素養(yǎng)評(píng)析] 本例(2)(3)均采用了“設(shè)而不求”的數(shù)學(xué)運(yùn)算策略,特別(3)利用定點(diǎn)D與弦端點(diǎn)的幾何關(guān)系,由設(shè)而不求的思想方法,轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)關(guān)系,構(gòu)造出關(guān)于k的方程,減小了數(shù)學(xué)運(yùn)算的難度,提高了解題效率.
1.若直線l:2x+by+3=0過(guò)橢圓C:10x2+y2=10的一個(gè)焦點(diǎn),則b等于( )
A.1B.1C.-1D.2
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 B
解析 因?yàn)闄E圓x2+=1的焦點(diǎn)F1(0,-3),F(xiàn)2(0,3),所以b=1或-1.
2.直線y=x+1被橢圓+=1所截得的弦的中點(diǎn)坐標(biāo)是( )
A. B.
C. D.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 C
解析 聯(lián)立消去y,得3x2+4x-2=0,
設(shè)直線與橢圓交于點(diǎn)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2=-,
故AB的中點(diǎn)橫坐標(biāo)x0==-.
縱坐標(biāo)y0=x0+1=-+1=.
3.已知橢圓的方程是x2+2y2-4=0,則以M(1,1)為中點(diǎn)的弦所在直線的方程是( )
A.x+2y-3=0 B.2x+y-3=0
C.x-2y+3=0 D.2x-y+3=0
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 求橢圓中的直線方程
答案 A
解析 由題意易知所求直線的斜率存在,設(shè)過(guò)點(diǎn)M(1,1)的直線方程為y=k(x-1)+1,即y=kx+1-k.
由消去y,
得(1+2k2)x2+(4k-4k2)x+2k2-4k-2=0,
所以==1,解得k=-,
所以所求直線方程為y=-x+,
即x+2y-3=0.
4.過(guò)橢圓+=1的右焦點(diǎn)F作與x軸垂直的直線與橢圓交于A,B兩點(diǎn),以AB為直徑的圓的面積是________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案
解析 由題意可知,在+=1中,c==,
故F(,0).
當(dāng)x=時(shí),y=3=,
所以|AB|=,
所以以AB為直徑的圓的面積是π2=.
5.求過(guò)點(diǎn)(3,0)且斜率為的直線被橢圓+=1所截得的線段的長(zhǎng)度.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
解 過(guò)點(diǎn)(3,0)且斜率為的直線方程為y=(x-3),
設(shè)直線與橢圓的交點(diǎn)為A(x1,y1),B(x2,y2),
將直線方程代入橢圓方程得+=1,
即x2-3x-8=0.
∴x1+x2=3,x1x2=-8.
∴|AB|=
==.
解決直線與橢圓的位置關(guān)系問(wèn)題,經(jīng)常利用設(shè)而不求的方法,解題步驟為:
(1)設(shè)直線與橢圓的交點(diǎn)為A(x1,y1),B(x2,y2);
(2)聯(lián)立直線與橢圓的方程;
(3)消元得到關(guān)于x或y的一元二次方程;
(4)利用根與系數(shù)的關(guān)系設(shè)而不求;
(5)把題干中的條件轉(zhuǎn)化為x1+x2,x1x2或y1+y2,y1y2,進(jìn)而求解.
一、選擇題
1.斜率為1的直線l與橢圓+y2=1相交于A,B兩點(diǎn),則|AB|的最大值為( )
A.2B.C.D.
答案 C
解析 設(shè)A,B兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(x1,y1),(x2,y2),
直線l的方程為y=x+t,
由消去y,得5x2+8tx+4(t2-1)=0,
則x1+x2=-t,x1x2=.
∴|AB|=|x1-x2|
=
==,
當(dāng)t=0時(shí),|AB|max=.
2.已知F是橢圓+=1的一個(gè)焦點(diǎn),AB為過(guò)橢圓中心的一條弦,則△ABF面積的最大值為( )
A.6B.15C.20D.12
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 D
解析 S=|OF||y1-y2|≤|OF|2b=12.
3.已知F1為橢圓C:+y2=1的左焦點(diǎn),直線l:y=x-1與橢圓C交于A,B兩點(diǎn),那么|F1A|+|F1B|的值為( )
A.B.C.D.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 C
解析 由聯(lián)立得3x2-4x=0,
可知A(0,-1),B,
又F1(-1,0),
∴|F1A|+|F1B|=+=.
4.橢圓mx2+ny2=1與直線y=1-x交于M,N兩點(diǎn),過(guò)原點(diǎn)與線段MN中點(diǎn)所在直線的斜率為,則的值是( )
A.B.C.D.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與橢圓相交時(shí)弦中點(diǎn)問(wèn)題
答案 A
解析 聯(lián)立方程組可得
即(m+n)x2-2nx+n-1=0,
設(shè)M(x1,y1),N(x2,y2),MN的中點(diǎn)P(x0,y0),
則x0==,y0=1-x0=1-=,
所以kOP===.
5.已知直線y=-x+1與橢圓+=1(a>b>0)相交于A,B兩點(diǎn),若橢圓的離心率為,焦距為2,則線段AB的長(zhǎng)是( )
A.B.2C.D.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與橢圓相交求弦長(zhǎng)與三角形面積
答案 D
解析 由題意得橢圓方程為+y2=1,
聯(lián)立化簡(jiǎn)得3x2-4x=0,
得x=0或x=,代入直線方程得
或
不妨設(shè)A(0,1),B,
所以|AB|==.
6.經(jīng)過(guò)橢圓+y2=1的一個(gè)焦點(diǎn)作傾斜角為45的直線l,交橢圓于A,B兩點(diǎn).設(shè)O為坐標(biāo)原點(diǎn),則等于( )
A.-3 B.-
C.-或-3 D.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與橢圓相交的其他問(wèn)題
答案 B
解析 由+y2=1,得a2=2,b2=1,c2=a2-b2=1,焦點(diǎn)為(1,0).
不妨設(shè)直線l過(guò)右焦點(diǎn),傾斜角為45,直線l的方程為y=x-1.
代入+y2=1得x2+2(x-1)2-2=0,
即3x2-4x=0.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1x2=0,x1+x2=,y1y2=(x1-1)(x2-1)=x1x2-(x1+x2)+1=1-=-,
所以=x1x2+y1y2=0-=-.
7.設(shè)斜率為的直線l與橢圓+=1(a>b>0)交于不同的兩點(diǎn),且這兩個(gè)交點(diǎn)在x軸上的射影恰好是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn),則該橢圓的離心率為( )
A.B.C.D.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案 C
解析 兩個(gè)交點(diǎn)橫坐標(biāo)是-c,c,
所以兩個(gè)交點(diǎn)分別為,,
代入橢圓方程得+=1,
兩邊乘以2a2b2,則c2(2b2+a2)=2a2b2,
∵b2=a2-c2,
c2(3a2-2c2)=2a4-2a2c2,
2a4-5a2c2+2c4=0,
(2a2-c2)(a2-2c2)=0,
=2或,
∵0b>0)的一條弦所在的直線方程是x-y+5=0,弦的中點(diǎn)是M(-4,1),則橢圓的離心率是________.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
答案
解析 設(shè)直線x-y+5=0與橢圓相交于A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2=-8,y1+y2=2,直線AB的斜率k==1.
由兩式相減得
+=0,
∴=-=1,∴=,
故橢圓的離心率e===.
11.已知P(1,1)為橢圓+=1內(nèi)一定點(diǎn),經(jīng)過(guò)P引一條弦,使此弦被P點(diǎn)平分,則此弦所在的直線方程為_(kāi)_______________.
答案 x+2y-3=0
解析 方法一 易知此弦所在直線的斜率存在,所以設(shè)其方程為y-1=k(x-1),弦所在的直線與橢圓相交于A,B兩點(diǎn),A(x1,y1),B(x2,y2).
由
消去y得,(2k2+1)x2-4k(k-1)x+2(k2-2k-1)=0,
∴x1+x2=,又∵x1+x2=2,
∴=2,解得k=-.
故此弦所在的直線方程為y-1=-(x-1),
即x+2y-3=0.
方法二 易知此弦所在直線的斜率存在,所以設(shè)斜率為k,弦所在的直線與橢圓相交于A,B兩點(diǎn),
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則+=1,①
+=1,②
①-②得+=0,
∵x1+x2=2,y1+y2=2,
∴+y1-y2=0,∴k==-.
∴此弦所在的直線方程為y-1=-(x-1),即x+2y-3=0.
三、解答題
12.已知橢圓+=1的左、右焦點(diǎn)分別為F1,F(xiàn)2,經(jīng)過(guò)點(diǎn)F1的一條直線與橢圓交于A,B兩點(diǎn).
(1)求△ABF2的周長(zhǎng);
(2)若直線AB的傾斜角為,求弦長(zhǎng)|AB|.
考點(diǎn)
題點(diǎn)
解 (1)橢圓+=1,a=2,b=,c=1,
由橢圓的定義,得|AF1|+|AF2|=2a=4,
|BF1|+|BF2|=2a=4,
又|AF1|+|BF1|=|AB|,
∴△ABF2的周長(zhǎng)為|AB|+|AF2|+|BF2|=4a=8.
(2)由(1)可得F1(-1,0),
∵AB的傾斜角為,則AB的斜率為1,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
故直線AB的方程為y=x+1,
由整理得7y2-6y-9=0,
由根與系數(shù)的關(guān)系得y1+y2=,y1y2=-,
則由弦長(zhǎng)公式
|AB|=
==.
13.橢圓ax2+by2=1與直線x+y-1=0相交于A,B兩點(diǎn),C是線段AB的中點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn),若|AB|=2,直線OC的斜率為,求橢圓的方程.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與橢圓相交時(shí)弦中點(diǎn)問(wèn)題
解 易知a>0,b>0,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則由題意得ax+by=1,①
ax+by=1,②
②-①,得
a(x1+x2)(x2-x1)+b(y2+y1)(y2-y1)=0.
∵=kAB=-1,=kOC=,
∴b=a.
又|AB|=|x2-x1|=|x2-x1|=2,
∴|x2-x1|=2.
由得(a+b)x2-2bx+b-1=0,
∴x1+x2=,x1x2=,
∴|x2-x1|2=(x1+x2)2-4x1x2=2-4=4,
將b=a代入上式,得a=,b=,
∴所求橢圓的方程為+y2=1.
14.已知?jiǎng)狱c(diǎn)P(x,y)在橢圓+=1上,若點(diǎn)A的坐標(biāo)為(3,0),||=1,且=0,則||的最小值是________.
考點(diǎn) 直線與橢圓的位置關(guān)系
題點(diǎn) 直線與橢圓相交的其他問(wèn)題
答案
解析 由||=1,A(3,0),
知點(diǎn)M在以A(3,0)為圓心,1為半徑的圓上運(yùn)動(dòng),
∵=0且P在橢圓上運(yùn)動(dòng),
∴PM⊥AM,即PM為⊙A的切線,連接PA(如圖),
則||==,
∴當(dāng)||min=a-c=5-3=2時(shí),||min=.
15.已知點(diǎn)P是圓O:x2+y2=1上任意一點(diǎn),過(guò)點(diǎn)P作PQ⊥y軸于點(diǎn)Q,延長(zhǎng)QP到點(diǎn)M,使=.
(1)求點(diǎn)M的軌跡E的方程;
(2)過(guò)點(diǎn)C(m,0)作圓O的切線l,交(1)中的曲線E于A,B兩點(diǎn),求△AOB面積的最大值.
解 (1)設(shè)M(x,y),∵=,
∴P為QM的中點(diǎn),又有PQ⊥y軸,∴P,
∵點(diǎn)P是圓O:x2+y2=1上的點(diǎn),∴2+y2=1,
即點(diǎn)M的軌跡E的方程為+y2=1.
(2)由題意可知直線l與y軸不垂直,
故可設(shè)l:x=ty+m,t∈R,A(x1,y1),B(x2,y2),
∵l與圓O:x2+y2=1相切,
∴=1,即m2=t2+1,①
由
消去x,并整理得(t2+4)y2+2mty+m2-4=0,
其中Δ=4m2t2-4(t2+4)(m2-4)=48>0,
∴y1+y2=-,y1y2=.②
∴|AB|=
=,
將①②代入上式得
|AB|==,|m|≥1,
∴S△AOB=|AB|1=
=≤=1,
當(dāng)且僅當(dāng)|m|=,即m=時(shí),等號(hào)成立,
∴△AOB面積的最大值為1.
鏈接地址:http://www.3dchina-expo.com/p-3903600.html