(2022高考数学一轮复习(步步高))第9节 第二课时 定点、定值、探索性问题.doc
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1、第二课时第二课时定点、定值、探索性问题定点、定值、探索性问题 考点一定点问题 【例 1】 【例 1】 (2020广州一模)设 M 点为圆 C:x2y24 上的动点,点 M 在 x 轴上的 投影为 N.动点 P 满足 2PN 3MN ,动点 P 的轨迹为 E. (1)求 E 的方程; (2)设 E 的左顶点为 D,若直线 l:ykxm 与曲线 E 交于 A,B 两点(A,B 不是 左、右顶点),且满足|DA DB |DA DB |,求证:直线 l 恒过定点,并求出该 定点的坐标. 解(1)设点 M(x0,y0),P(x,y),由题意可知 N(x0,0), 2PN 3MN ,2(x0 x,y) 3
2、(0,y0), 即 x0 x,y0 2 3y, 又点 M 在圆 C:x2y24 上,x20y204, 将 x0 x,y0 2 3y 代入得 x2 4 y 2 3 1, 即轨迹 E 的方程为x 2 4 y 2 3 1. (2)由(1)可知 D(2,0),设 A(x1,y1),B(x2,y2), 联立得 ykxm, x2 4 y 2 3 1,得(34k 2)x28mkx4(m23)0, (8mk)24(34k2)(4m212)16(12k23m29)0, 即 34k2m20,x1x28mk 34k2,x 1x24(m 23) 34k2 . y1y2(kx1m)(kx2m)k2x1x2mk(x1x2
3、)m23m 212k2 34k2 . |DA DB |DA DB |,DA DB , 即DA DB 0, 即(x12,y1)(x22,y2)x1x22(x1x2)4y1y20, 4m 212 34k2 28mk 34k24 3m212k2 34k2 0, 7m216mk4k20, 解得 m12k,m22 7k,且均满足 34k 2m0. 当 m2k 时,l 的方程为 ykx2kk(x2), 直线恒过点(2,0),与已知矛盾; 当 m2 7k 时,l 的方程为 ykx 2 7kk x2 7 ,直线恒过点 2 7,0. 直线 l 过定点,定点坐标为 2 7,0. 规律方法圆锥曲线中定点问题的两种解
4、法 (1)引进参数法:引进动点的坐标或动线中系数为参数表示变化量,再研究变化 的量与参数何时没有关系,找到定点. (2)特殊到一般法,根据动点或动线的特殊情况探索出定点,再证明该定点与变 量无关. 【训练 1】 (2020湖南三湘名校联考)已知椭圆 C:y 2 a2 x2 b21(ab1)的离心率 为 2 2 ,其上焦点到直线 bx2ay 20 的距离为 2 3 . (1)求椭圆 C 的方程; (2)过点 P 1 3,0的直线 l 交椭圆 C 于 A,B 两点.试探究以线段 AB 为直径的圆是 否过定点.若过,求出定点坐标;若不过,请说明理由. 解(1)由题意得,ec a 2 2 ,又 a2b
5、2c2, 所以 a 2b,cb. 又|2ac 2| 4a2b2 2 3 ,ab1,所以 b1,a22, 故椭圆 C 的方程为y 2 2 x21. (2)当 ABx 轴时,以线段 AB 为直径的圆的方程为 x1 3 2 y216 9 . 当 ABy 轴时,以线段 AB 为直径的圆的方程为 x2y21. 可得两圆交点为 Q(1,0). 由此可知, 若以线段 AB 为直径的圆恒过定点,则该定点为 Q(1,0). 下证 Q(1,0)符合题意. 设直线 l 的斜率存在,且不为 0, 其方程为 yk x1 3 ,代入y 2 2 x21, 并整理得(k22)x22 3k 2x1 9k 220, 设 A(x1
6、,y1),B(x2,y2), 则 x1x2 2k2 3(k22),x 1x2 k218 9(k22), 所以QA QB (x11)(x21)y1y2x1x2x1x21k2 x11 3 x21 3 (1k2)x1x2 11 3k 2 (x1x2)11 9k 2 (1k2) k218 9(k22) 11 3k 2 2k2 3(k22)1 1 9k 20, 故QA QB ,即 Q(1,0)在以线段 AB 为直径的圆上. 综上,以线段 AB 为直径的圆恒过定点(1,0). 考点二定值问题 【例 2】 (2019洛阳高三统考)已知抛物线 C:y22px(p0),其焦点为 F,O 为 坐标原点,直线 l
7、与抛物线 C 相交于不同的两点 A,B,M 为 AB 的中点. (1)若 p2,M 的坐标为(1,1),求直线 l 的方程. (2)若直线 l 过焦点 F,AB 的垂直平分线交 x 轴于点 N,求证:2|MN| 2 |FN| 为定值. (1)解由题意知直线 l 的斜率存在且不为 0, 故设直线 l 的方程为 x1t(y1) 即 xty1t,设 A(x1,y1),B(x2,y2). 由 xty1t, y24x, 得 y24ty44t0, 16t21616t16(t2t1)0,y1y24t, 4t2,即 t1 2. 直线 l 的方程为 2xy10. (2)证明抛物线 C:y22px(p0),焦点
8、F 的坐标为 p 2,0. 由题意知直线 l 的斜率存在且不为 0, 直线 l 过焦点 F,故设直线 l 的方程为 xtyp 2(t0),设 A(x 1,y1),B(x2,y2). 由 xtyp 2 y22px ,得 y22ptyp20, y1y22pt,4p2t24p20. x1x2t(y1y2)p2pt2p,M pt2p 2,pt. MN 的方程为 yptt xpt2p 2 . 令 y0,解得 xpt23p 2 ,N pt23p 2 ,0 , |MN|2p2p2t2,|FN|pt23p 2 p 2pt 2p, 2|MN| 2 |FN| 2(p 2p2t2) pt2p 2p,为定值. 规律方
9、法圆锥曲线中定值问题的特点及两大解法 (1)特点:待证几何量不受动点或动线的影响而有固定的值. (2)两大解法: 从特殊入手,求出定值,再证明这个值与变量无关; 引起变量法:其解题流程为 变量 选择适当的动点坐标或动线中系数为变量 函数 把要证明为定值的量表示成上述变量的函数 定值 把得到的函数化简,消去变量得到定值 【训练 2】 (2020福州模拟)已知椭圆 C:x 2 a2 y2 b21(ab0)的离心率为 1 3,左、 右焦点分别为 F1,F2,A 为椭圆 C 上一点,AF2F1F2,且|AF2|8 3. (1)求椭圆 C 的方程; (2)设椭圆 C 的左、右顶点分别为 A1,A2,过
10、A1,A2分别作 x 轴的垂线 l1,l2, 椭圆 C 的一条切线 l:ykxm 与 l1,l2分别交于 M,N 两点,求证:MF1N 为定值. (1)解由 AF2F1F2,|AF2|8 3,得 b2 a 8 3. 又 ec a 1 3,a 2b2c2,所以 a29,b28, 故椭圆 C 的标准方程为x 2 9 y 2 8 1. (2)证明由题意可知,l1的方程为 x3,l2的方程为 x3. 直线 l 分别与直线 l1,l2的方程联立得 M(3,3km),N(3,3km), 所以F1M (2,3km),F1N (4,3km), 所以F1M F1N 8m29k2. 联立得 x2 9 y 2 8
11、1, ykxm, 得(9k28)x218kmx9m2720. 因为直线 l 与椭圆 C 相切, 所以(18km)24(9k28)(9m272)0, 化简得 m29k28. 所以F1M F1N 8m29k20, 所以F1M F1N ,故MF1N 为定值 2. 考点三探索性问题 【例 3】 (2019广州调研)已知椭圆 C:x 2 a2 y2 b21(ab0)的两个焦点分别为 F 1, F2,短轴的一个端点为 P,PF1F2内切圆的半径为b 3,设过点 F 2的直线 l 与被椭 圆 C 截得的线段为 RS,当 lx 轴时,|RS|3. (1)求椭圆 C 的标准方程; (2)在 x 轴上是否存在一点
12、 T,使得当 l 变化时,总有 TS 与 TR 所在直线关于 x 轴 对称?若存在,请求出点 T 的坐标;若不存在,请说明理由. 解(1)由内切圆的性质,得1 22cb 1 2(2a2c) b 3,得 c a 1 2. 将 xc 代入x 2 a2 y2 b21,得 y b2 a ,所以2b 2 a 3. 又 a2b2c2,所以 a2,b 3, 故椭圆 C 的标准方程为x 2 4 y 2 3 1. (2)当直线 l 垂直于 x 轴时,显然 x 轴上任意一点 T 都满足 TS 与 TR 所在直线关 于 x 轴对称. 当直线 l 不垂直于 x 轴时,假设存在 T(t,0)满足条件,设 l 的方程为
13、yk(x1), R(x1,y1),S(x2,y2). 联立方程 yk(x1), x2 4 y 2 3 1, 得 (34k2)x28k2x4k2120, 由根与系数的关系得 x1x2 8k2 34k2, x1x24k 212 34k2 , 其中0 恒成立, 由 TS 与 TR 所在直线关于 x 轴对称,得 kTSkTR0(显然 TS,TR 的斜率存在), 即 y1 x1t y2 x2t0. 因为 R,S 两点在直线 yk(x1)上, 所以 y1k(x11),y2k(x21),代入得 k(x11)(x2t)k(x21)(x1t) (x1t)(x2t) k2x1x2(t1)(x1x2)2t (x1t
14、)(x2t) 0, 即 2x1x2(t1)(x1x2)2t0, 将代入得 8k224(t1)8k22t(34k2) 34k2 6t24 34k20, 则 t4, 综上所述,存在 T(4,0),使得当 l 变化时,总有 TS 与 TR 所在直线关于 x 轴对 称. 规律方法此类问题一般分为探究条件、探究结论两种.若探究条件,则可先假 设条件成立,再验证结论是否成立,成立则存在,否则不存在;若探究结论,则 应先求出结论的表达式,再针对其表达式进行讨论,往往涉及对参数的讨论. 【训练 3】 (2020济南调研)如图,已知椭圆 C:x 2 a2 y2 b21(ab0),其左、右 焦点分别为 F1(2,
15、0)及 F2(2,0),过点 F1的直线交椭圆 C 于 A,B 两点,线段 AB 的中点为 G,AB 的中垂线与 x 轴和 y 轴分别交于 D,E 两点,且|AF1|,|F1F2|, |AF2|构成等差数列. (1)求椭圆 C 的方程. (2)记GF1D 的面积为 S1,OED(O 为坐标原点)的面积为 S2.试问:是否存在直 线 AB,使得 S1S2?请说明理由. 解(1)|AF1|,|F1F2|,|AF2|构成等差数列, 2a|AF1|AF2|2|F1F2|8,a4. 又 c2,b212, 椭圆 C 的方程为x 2 16 y2 121. (2)假设存在直线 AB,使得 S1S2,显然直线
16、AB 不能与 x,y 轴垂直. 设 AB 的方程为 yk(x2)(k0), 将其代入x 2 16 y2 121,整理得(4k 23)x216k2x16k2480, 设 A(x1,y1),B(x2,y2),x1x216k 2 34k2, 点 G 的横坐标为x1x2 2 8k2 34k2, G 8k2 34k2, 6k 34k2. DGAB, 6k 34k2 8k2 34k2x D k1, 解得 xD 2k2 34k2,即 D 2k2 34k2,0. RtGDF1和 RtODE 相似,若 S1S2, 则|GD|OD|, 8k2 34k2 2k2 34k2 2 6k 34k2 2 | 2k2 34k
17、2|,整理得 8k290. 方程 8k290 无解,不存在直线 AB,使得 S1S2. A 级基础巩固 一、选择题 1.(2019石家庄模拟)已知 P 为双曲线 C:x 2 9 y 2 161 上的点,点 M 满足|OM |1, 且OM PM 0,则当|PM |取得最小值时点 P 到双曲线 C 的渐近线的距离为() A.9 5 B.12 5 C.4D.5 解析由OM PM 0,得 OMPM,根据勾股定理,求|MP|的最小值可以转化为 求|OP|的最小值,当|OP|取得最小值时,点 P 的位置为双曲线的顶点(3,0), 而双曲线的渐近线为 4x3y0,所求的距离 d12 5 . 答案B 2.直线
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