《(浙江專用)2020版高考數(shù)學(xué)新增分大一輪復(fù)習(xí) 第九章 平面解析幾何 9.5 橢圓(第2課時)直線與橢圓講義(含解析).docx》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(浙江專用)2020版高考數(shù)學(xué)新增分大一輪復(fù)習(xí) 第九章 平面解析幾何 9.5 橢圓(第2課時)直線與橢圓講義(含解析).docx(6頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第2課時 直線與橢圓
題型一 直線與橢圓的位置關(guān)系
1.若直線y=kx+1與橢圓+=1總有公共點(diǎn),則m的取值范圍是( )
A.m>1 B.m>0
C.0
0且m≠5,∴m≥1且m≠5.
2.已知直線l:y=2x+m,橢圓C:+=1.試問當(dāng)m取何值時,直線l與橢圓C:
(1)有兩個不重合的公共點(diǎn);
(2)有且只有一個公共點(diǎn);
(3)沒有公共點(diǎn).
解 將直線l的方程與橢圓C的方程聯(lián)立,
得方程組
將①代入②,整理得9x2+8mx+2m2-4=0.③
方程③根的判別式Δ=(8m)2-49(2m2-4)=-8m2+144.
(1)當(dāng)Δ>0,即-33時,方程③沒有實(shí)數(shù)根,可知原方程組沒有實(shí)數(shù)解.這時直線l與橢圓C沒有公共點(diǎn).
思維升華研究直線與橢圓位置關(guān)系的方法
(1)研究直線和橢圓的位置關(guān)系,一般轉(zhuǎn)化為研究其直線方程與橢圓方程組成的方程組解的個數(shù).
(2)對于過定點(diǎn)的直線,也可以通過定點(diǎn)在橢圓內(nèi)部或橢圓上判定直線和橢圓有交點(diǎn).
題型二 弦長及中點(diǎn)弦問題
命題點(diǎn)1 弦長問題
例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,|AB|max=.
命題點(diǎn)2 中點(diǎn)弦問題
例2 已知P(1,1)為橢圓+=1內(nèi)一定點(diǎn),經(jīng)過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________________.
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),設(shè)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.
思維升華 (1)解決直線與橢圓的位置關(guān)系的相關(guān)問題,其常規(guī)思路是先把直線方程與橢圓方程聯(lián)立,應(yīng)用根與系數(shù)的關(guān)系,解決相關(guān)問題.涉及中點(diǎn)弦的問題時用“點(diǎn)差法”解決,往往會更簡單.
(2)設(shè)直線與橢圓的交點(diǎn)坐標(biāo)為A(x1,y1),B(x2,y2),
則|AB|==(k為直線斜率).
(3)利用公式計算直線被橢圓截得的弦長是在方程有解的情況下進(jìn)行的,不要忽略判別式.
跟蹤訓(xùn)練1已知橢圓E:+=1(a>b>0)的半焦距為c,原點(diǎn)O到經(jīng)過兩點(diǎn)(c,0),(0,b)的直線的距離為c.
(1)求橢圓E的離心率;
(2)如圖,AB是圓M:(x+2)2+(y-1)2=的一條直徑,若橢圓E經(jīng)過A,B兩點(diǎn),求橢圓E的方程.
解 (1)過點(diǎn)(c,0),(0,b)的直線方程為bx+cy-bc=0,
則原點(diǎn)O到該直線的距離d==,
由d=c,得a=2b=2,解得離心率e==.
(2)方法一 由(1)知,橢圓E的方程為x2+4y2=4b2.①
依題意,圓心M(-2,1)是線段AB的中點(diǎn),且|AB|=.
易知,AB與x軸不垂直,設(shè)其方程為y=k(x+2)+1,代入①得(1+4k2)x2+8k(2k+1)x+4(2k+1)2-4b2=0,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),則x1+x2=-,
x1x2=,
由x1+x2=-4,得-=-4,解得k=,
從而x1x2=8-2b2.
于是|AB|=|x1-x2|==,
由|AB|=,得=,解得b2=3,
故橢圓E的方程為+=1.
方法二 由(1)知,橢圓E的方程為x2+4y2=4b2,②
依題意,點(diǎn)A,B關(guān)于圓心M(-2,1)對稱,且|AB|=,設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x+4y=4b2,x+4y=4b2,
兩式相減并結(jié)合x1+x2=-4,y1+y2=2,得-4(x1-x2)+8(y1-y2)=0,
易知AB與x軸不垂直,則x1≠x2,
所以AB的斜率kAB==,
因此直線AB的方程為y=(x+2)+1,
代入②得x2+4x+8-2b2=0,
所以x1+x2=-4,x1x2=8-2b2,
于是|AB|=|x1-x2|==.
由|AB|=,得=,解得b2=3,
故橢圓E的方程為+=1.
題型三 橢圓與向量等知識的綜合
例3 (2019杭州質(zhì)檢)已知橢圓C:+=1(a>b>0),e=,其中F是橢圓的右焦點(diǎn),焦距為2,直線l與橢圓C交于點(diǎn)A,B,線段AB的中點(diǎn)的橫坐標(biāo)為,且=λ(其中λ>1).
(1)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)求實(shí)數(shù)λ的值.
解 (1)由橢圓的焦距為2,知c=1,又e=,∴a=2,
故b2=a2-c2=3,
∴橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
(2)由=λ,可知A,B,F(xiàn)三點(diǎn)共線,
設(shè)點(diǎn)A(x1,y1),點(diǎn)B(x2,y2).
若直線AB⊥x軸,則x1=x2=1,不符合題意;
當(dāng)AB所在直線l的斜率k存在時,
設(shè)l的方程為y=k(x-1).
由消去y得
(3+4k2)x2-8k2x+4k2-12=0.①
①的判別式Δ=64k4-4(4k2+3)(4k2-12)
=144(k2+1)>0.
∵
∴x1+x2==2=,∴k2=.
將k2=代入方程①,得4x2-2x-11=0,
解得x=.
又=(1-x1,-y1),=(x2-1,y2),=λ,
即1-x1=λ(x2-1),λ=,又λ>1,∴λ=.
思維升華一般地,在橢圓與向量等知識的綜合問題中,平面向量只起“背景”或“結(jié)論”的作用,幾乎都不會在向量的知識上設(shè)置障礙,所考查的核心內(nèi)容仍然是解析幾何的基本方法和基本思想.
跟蹤訓(xùn)練2(2018浙江名校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,橢圓C:+=1(a>b>0)的離心率為,焦距為2.
(1)求橢圓C的方程;
(2)記斜率為k的直線l交橢圓C于A,B兩點(diǎn),橢圓C上存在點(diǎn)P滿足=+,求四邊形OAPB的面積.
解 (1)由題意得c=1,a=2,b=,
故橢圓C的方程是+=1.
(2)設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),P(x0,y0),
直線AB:y=kx+m,由
消去y,可得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0,
故Δ=48(4k2+3-m2)>0且
由=+,可得
又點(diǎn)P在橢圓C上,
所以+=1,
其中x1+x2=,
y1+y2=k(x1+x2)+2m=,
代入+=1中,可得4m2=3+4k2.
|AB|=|x1-x2|=,
設(shè)點(diǎn)O到直線l的距離為d,則d=.
所以四邊形AOBP的面積
S=|AB|d===3.
1.若直線mx+ny=4與⊙O:x2+y2=4沒有交點(diǎn),則過點(diǎn)P(m,n)的直線與橢圓+=1的交點(diǎn)個數(shù)是( )
A.至多為1 B.2
C.1 D.0
答案 B
解析 由題意知,>2,即<2,
∴點(diǎn)P(m,n)在橢圓+=1的內(nèi)部,故所求交點(diǎn)個數(shù)是2.
2.過橢圓+=1的右焦點(diǎn)作一條斜率為2的直線與橢圓交于A,B兩點(diǎn),O為坐標(biāo)原點(diǎn),則△OAB的面積為( )
A.B.C.D.
答案 B
解析 由題意知橢圓的右焦點(diǎn)F的坐標(biāo)為(1,0),則直線AB的方程為y=2x-2.
聯(lián)立解得交點(diǎn)坐標(biāo)為(0,-2),,
不妨設(shè)A點(diǎn)的縱坐標(biāo)yA=-2,B點(diǎn)的縱坐標(biāo)yB=,
∴S△OAB=|OF||yA-yB|
=1=,
故選B.
3.已知橢圓+=1以及橢圓內(nèi)一點(diǎn)P(4,2),則以P為中點(diǎn)的弦所在直線的斜率為( )
A.B.-C.2D.-2
答案 B
解析 設(shè)弦的端點(diǎn)A(x1,y1),B(x2,y2),
則x1+x2=8,y1+y2=4,
兩式相減,得+=0,
所以=-,
所以k==-.故選B.
4.已知F1(-1,0),F(xiàn)2(1,0)是橢圓C的兩個焦點(diǎn),過F2且垂直于x軸的直線與橢圓C交于A,B兩點(diǎn),且|AB|=3,則C的方程為( )
A.+y2=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 C
解析 設(shè)橢圓C的方程為+=1(a>b>0),則c=1.因?yàn)檫^F2且垂直于x軸的直線與橢圓交于A,B兩點(diǎn),且|AB|=3,所以=,b2=a2-c2,所以a2=4,b2=a2-c2=4-1=3,橢圓的方程為+=1.
5.經(jīng)過橢圓+y2=1的一個焦點(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.
答案 B
解析 依題意,當(dāng)直線l經(jīng)過橢圓的右焦點(diǎn)(1,0)時,其方程為y-0=tan45(x-1),即y=x-1.代入橢圓方程+y2=1并整理得3x2-4x=0,解得x=0或x=.所以兩個交點(diǎn)坐標(biāo)為
A(0,-1),B,所以=(0,-1)=-.同理,直線l經(jīng)過橢圓的左焦點(diǎn)時,也可得=-.
6.設(shè)F1,F(xiàn)2分別是橢圓+y2=1的左、右焦點(diǎn),若橢圓上存在一點(diǎn)P,使(+)=0(O為坐標(biāo)原點(diǎn)),則△F1PF2的面積是( )
A.4B.3C.2D.1
答案 D
解析 ∵(+)=(+)==0,
∴PF1⊥PF2,∠F1PF2=90.
設(shè)|PF1|=m,|PF2|=n,
則m+n=4,m2+n2=12,2mn=4,mn=2,
∴=mn=1.
7.直線y=kx+k+1與橢圓+=1的位置關(guān)系是________.
答案 相交
解析 由于直線y=kx+k+1=k(x+1)+1過定點(diǎn)(-1,1),而(-1,1)在橢圓內(nèi),故直線與橢圓必相交.
8.(2018浙江余姚中學(xué)質(zhì)檢)若橢圓C:+=1的弦被點(diǎn)P(2,1)平分,則這條弦所在的直線l的方程是______________,若點(diǎn)M是直線l上一點(diǎn),則M到橢圓C的兩個焦點(diǎn)的距離之和的最小值為________.
答案 x+2y-4=0
解析 當(dāng)直線l的斜率不存在時不滿足題意,所以設(shè)l的斜率為k,橢圓C:+=1的弦被點(diǎn)P(2,1)平分,由點(diǎn)差法得k=-,代入已知的中點(diǎn)P的坐標(biāo)得到直線方程為x+2y-4=0.設(shè)點(diǎn)M(x,y),點(diǎn)F2(3,0)關(guān)于x+2y-4=0的對稱點(diǎn)為F2′,連接F2′F1,交直線于點(diǎn)M,此時距離之和最小,最小值為|F2′F1|==.
9.已知橢圓C:+=1(a>b>0)的左焦點(diǎn)為F,橢圓C與過原點(diǎn)的直線相交于A,B兩點(diǎn),連接AF,BF,若|AB|=10,|AF|=6,cos∠ABF=,則橢圓C的離心率e=________.
答案
解析 設(shè)橢圓的右焦點(diǎn)為F1,在△ABF中,由余弦定理可解得|BF|=8,所以△ABF為直角三角形,且∠AFB=90,又因?yàn)樾边匒B的中點(diǎn)為O,所以|OF|=c=5,連接AF1,因?yàn)锳,B關(guān)于原點(diǎn)對稱,所以|BF|=|AF1|=8,所以2a=14,a=7,所以離心率e=.
10.已知直線MN過橢圓+y2=1的左焦點(diǎn)F,與橢圓交于M,N兩點(diǎn).直線PQ過原點(diǎn)O與MN平行,且PQ與橢圓交于P,Q兩點(diǎn),則=________.
答案 2
解析 不妨取直線MN⊥x軸,橢圓+y2=1的左焦點(diǎn)F(-1,0),令x=-1,得y2=,
所以y=,所以|MN|=,此時|PQ|=2b=2,
則==2.
11.設(shè)F1,F(xiàn)2分別是橢圓E:+=1(a>b>0)的左、右焦點(diǎn),E的離心率為,點(diǎn)(0,1)是E上一點(diǎn).
(1)求橢圓E的方程;
(2)過點(diǎn)F1的直線交橢圓E于A,B兩點(diǎn),且=2,求直線BF2的方程.
解 (1)由題意知,b=1,且e2===,
解得a2=2,所以橢圓E的方程為+y2=1.
(2)由題意知,直線AB的斜率存在且不為0,故可設(shè)直線AB的方程為x=my-1,
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2).
由得(m2+2)y2-2my-1=0,
則y1+y2=,①
y1y2=-,②
因?yàn)镕1(-1,0),
所以=(-1-x2,-y2),=(x1+1,y1),
由=2可得-y2=2y1,③
由①②③可得B,
則=或-,
所以直線BF2的方程為
y=x-或y=-x+.
12.(2019紹興質(zhì)檢)已知橢圓C:+=1(a>b>0)的離心率為,且經(jīng)過點(diǎn)(3,1).
(1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)過點(diǎn)P(6,0)的直線l交橢圓于A,B兩點(diǎn),Q是x軸上的點(diǎn),若△ABQ是以AB為斜邊的等腰直角三角形,求l的方程.
解 (1)設(shè)橢圓C的焦距為2c,
由離心率e==及a2=b2+c2,得a2=3b2,
則橢圓的方程為+=1,
代入點(diǎn)(3,1)得+=1,解得b2=4,則a2=12,
所以橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+=1.
(2)設(shè)AB的中點(diǎn)坐標(biāo)為(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),
直線l:x=ty+6,則由
得(t2+3)y2+12ty+24=0,
由Δ>0,得t2>6,y0=,x0=ty0+6=,
則AB的中垂線方程為y+=-t,
所以Q.
易知點(diǎn)Q到直線l的距離為d==,
|AB|==,
所以6=2,解得t2=9,滿足t2>6,則t=3,
所以直線l的方程為x3y-6=0.
13.(2018臺州模擬)已知橢圓C:+=1(a>b>0)的右焦點(diǎn)為F2,O為坐標(biāo)原點(diǎn),M為y軸上一點(diǎn),點(diǎn)A是直線MF2與橢圓C的一個交點(diǎn),且|OA|=|OF2|=2|OM|,則橢圓C的離心率為( )
A.B.C.D.
答案 D
解析 方法一 ∵|OA|=|OF2|=2|OM|,M在橢圓C的短軸上,設(shè)橢圓C的左焦點(diǎn)為F1,連接AF1,
∵|OA|=|OF2|,∴|OA|=|F1F2|,∴AF1⊥AF2,
從而△AF1F2∽△OMF2,∴==,
又|AF1|2+|AF2|2=(2c)2,
∴|AF1|=c,|AF2|=c,
又∵|AF1|+|AF2|=2a,∴c=2a,即=.
故選D.
方法二 ∵|OA|=|OF2|=2|OM|,M在橢圓C的短軸上,在Rt△MOF2中,tan∠MF2O==,
設(shè)橢圓C的左焦點(diǎn)為F1,連接AF1,
∵|OA|=|OF2|,∴|OA|=|F1F2|,
∴AF1⊥AF2,∴tan∠AF2F1==,
設(shè)|AF1|=x(x>0),則|AF2|=2x,∴|F1F2|=x,
∴e====,故選D.
14.已知橢圓+=1(a>b>0)短軸的端點(diǎn)為P(0,b),Q(0,-b),長軸的一個端點(diǎn)為M,AB為經(jīng)過橢圓中心且不在坐標(biāo)軸上的一條弦,若PA,PB的斜率之積等于-,則點(diǎn)P到直線QM的距離為__________.
答案 b
解析 設(shè)A(x0,y0),則B點(diǎn)坐標(biāo)為(-x0,-y0),
則=-,即=-,
由于+=1,則=-,
故-=-,則=,不妨取M(a,0),則直線QM的方程為bx-ay-ab=0,
則點(diǎn)P到直線QM的距離為d===b.
15.平行四邊形ABCD內(nèi)接于橢圓+=1,直線AB的斜率k1=2,則直線AD的斜率k2等于( )
A.B.-C.-D.-2
答案 C
解析 設(shè)AB的中點(diǎn)為G,則由橢圓的對稱性知,O為平行四邊形ABCD的對角線的交點(diǎn),則GO∥AD.
設(shè)A(x1,y1),B(x2,y2),
則有兩式相減得=-,
整理得=-=-k1=-2,
即=-.又G,
所以kOG==-,即k2=-,故選C.
16.過橢圓+=1(a>b>0)上的動點(diǎn)M作圓x2+y2=的兩條切線,切點(diǎn)分別為P和Q,直線PQ與x軸和y軸的交點(diǎn)分別為E和F,求△EOF面積的最小值.
解 設(shè)M(x0,y0),P(x1,y1),Q(x2,y2),
由題意知PQ的斜率存在,且不為0,所以x0y0≠0,
則直線MP和MQ的方程分別為x1x+y1y=,x2x+y2y=.因?yàn)辄c(diǎn)M在MP和MQ上,所以有x1x0+y1y0=,x2x0+y2y0=,則P,Q兩點(diǎn)的坐標(biāo)滿足方程x0x+y0y=,所以直線PQ的方程為x0x+y0y=,可得E和F,
所以S△EOF=|OE||OF|=,
因?yàn)閎2y+a2x=a2b2,b2y+a2x≥2ab|x0y0|,
所以|x0y0|≤,
所以S△EOF=≥,
當(dāng)且僅當(dāng)b2y=a2x=時取“=”,
故△EOF面積的最小值為.
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