(2022高考数学一轮复习(创新设计))第9节 圆锥曲线中的最值、范围、证明问题.DOCX
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1、本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 第 9 节圆锥曲线中的最值、范围、证明问题 知 识 梳 理 1最值问题的常用方法 几何转化代数法:将常见的几何问题所涉及的结论转化为代数问题求解常见的 几何问题所涉及的结论:(1)两圆相切时半径的关系;(2)三角形三边的关系;(3) 动点与定点构成线段的和或差的最值, 经常在两点共线时取到, 注意同侧与异侧; (4)几何法转化所求目标,常见的有勾股定理、对称、圆锥曲线的定义等 函数最值法:当题目中给出的条件和结论的几何特
2、征不明显,则可以建立目标函 数,再求出这个函数的最值求函数最值的常用方法有(1)配方法;(2)基本不等式 法;(3)判别式法;(4)单调性法;(5)三角换元法;(6)导数法等 2范围问题常用方法 几何转化代数法:若题目的条件和结论能明显体现几何特征和意义,则考虑利用 圆、圆锥曲线的定义、图形、几何性质来解决 用代数法求解范围:代数法求范围问题,常需要根据条件构造关于某个变量的不 等式或函数表达式, 然后利用求解不等式、 基本不等式、 函数值域(导数与不等式、 导数与方程)、法等方法求出范围,要特别注意变量的取值范围 3证明问题常用方法 代数转化法:圆锥曲线中的证明问题多涉及几何量的证明,比如涉
3、及线段或角相 等以及位置关系等等证明时,常把几何量用坐标表示,建立某个变量的函数, 用代数方法证明 1圆锥曲线的弦长问题 设直线与圆锥曲线 C 相交于 A,B 两点,A(x1,y1),B(x2,y2),则弦|AB| (x1x2)2(y1y2)2 1k2|x1x2|11 k2|y 1y2|. 2设直线方程时要考虑斜率不存在的情况 3直线与圆锥曲线相交,联立方程组,消元后需为一元二次方程且不能忽略判别 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 式大于零 诊 断 自
4、测 1 (2020浙江三校三联)已知过原点 O 的射线 l 与圆(x1)2(y1)22 交于点 P, 与椭圆x 2 3 y21 交于点 Q,则|OP|OQ|的最大值为() A4B2 2C2 3D2 答案A 解析由圆的方程易得以原点 O 和点 A(2,2)为端点的线段为圆的一条直径,且 点 O,P,Q 在同一条直线上,又因为点 P 在圆上,则 OPPA,因为点 Q 在椭 圆上,则不妨设点 Q 的坐标为( 3cos ,sin ),则|OP|OQ|OP OQ OP OQ PA OQ OQ OA 2 3cos 2sin 4sin 3 4,所以|OP|OQ|的最大值为 4, 故选 A. 2(一题多解)(
5、2021长沙四校一联)已知点 F1,F2分别是双曲线x 2 a2 y2 b21(a0,b 0)的左、右焦点,在双曲线的右支上存在一点 P,使|PF2|,|PF1|,|F1F2|成等比 数列,则该双曲线的离心率的取值范围是() A2 5,)B4,) C4,2 5D2 3,) 答案A 解析法一令|PF1|m,|PF2|n,则由|PF2|,|PF1|,|F1F2|成等比数列,得 m2 n|F1F2|.又 mn2a,|F1F2|2c,所以 m22(m2a)c,即 m22mc4ac0, 则4c216ac,且 mcc24ac.根据0,得 e4.由 mca,得 c24aca,c24aca2,e24e10,所
6、以 e2 5.故选 A. 法二令|PF1|m,|PF2|n,则由|PF2|,|PF1|,|F1F2|成等比数列,得 m2n|F1F2|. 又 mn2a,|F1F2|2c,所以(n2a)22nc,即 n2(4a2c)n4a20,则 4c216ac, 且nc2a c24ac.根据0, 得e4.由nca, 得 c24aca, c24aca2,e24e10,所以 e2 5.故选 A. 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 3(2021南宁模拟二)已知抛物线 x22p
7、y(p0)的准线方程为 y1,ABC 的 顶点 A 在抛物线上,B,C 两点在直线 y2x5 上,若|AB AC|2 5,则ABC 面积的最小值为() A5B4C.1 2 D1 答案D 解析依题意得抛物线方程 x24y,因为|AB AC|2 5,所以|CB |2 5,将 y 2xb 代入 x24y 得 x28x4b0,由6416b0 得 b4.此时抛物线 的切线为 y2x4,则两条平行线之间距离为 d 1 5,即点 A 到直线 y2x5 的最小距离,故 SABC的最小值为 1 2|BC|d1. 4椭圆x 2 9 y 2 161 的任意点到直线 l:xy7 的最短距离为_ 答案2 解析设直线 x
8、yk 是椭圆的切线,即 yxk,代入椭圆方程x 2 9 (xk) 2 16 1,即 25x218kx9k21440,则(18k)2425(9k2144)0,解得 k5 或5,则直线为 xy5,两直线间的距离为 2 2 2,此为最短距离 5(2021杭州学军中学模拟)已知椭圆 C: x2 4 y21,P(a,0)为 x 轴上一动点若 存在以点 P 为圆心的圆 P,使得椭圆 C 与圆 P 有四个不同的公共点,则 a 的取值 范围是_ 答案 3 2, 3 2 解析因为圆 P 的圆心在 x 轴上, 则由椭圆和圆的对称性得椭圆 C 与圆 P 的四个 不同的公共点两两关于 x 轴对称,设在 x 轴上方的两
9、个交点为 A(x1,y1),B(x2, y2),直线 AB 的方程为 ykxb,与椭圆方程联立消去 y 化简得(4k21)x28kbx 4b240,由64k2b24(4k21)(4b24)0 得 b24k21,此时 x1x2 8kb 4k21 , 则 y1 y2 k(x1 x2) 2b 2b 4k21 , 则 AB 的 中 点 坐 标 为 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 4kb 4k21, b 4k21 ,线段 AB 的垂直平分线方程为 y b 4k2
10、1 1 k x 4kb 4k21 , 令 y0 得点 P 的横坐标 a 3kb 4k21, 则 a 2 9k2b2 (4k21)2 9k2(4k21) (4k21)2 9 4 1 k2 9 4,所以 3 2a 3 2. 6(2021北京顺义区期末)过抛物线 y28x 的焦点 F 的直线交抛物线于 A,B 两 点,交抛物线的准线于点 C,满足:BC FB(0),若|AF|6,则_; 若|AF |6,则的取值范围为_ 答案3(2,) 解析由题意,抛物线 y28x 的准线为 x2,|AF|6,所以 A(4,4 2)(另一 种情况同理) 所以 AF 的斜率为 2 2,方程为 y2 2(x2), 代入抛
11、物线方程可得 x25x40, 所以可得 B(1, 2 2), 因为BC FB(0), 所以12 213, 设 A(x1,y1),B(x2,y2),则直线 AB 的方程为 yk(x2),代入 y28x,可得 k2x2 (4k28)x4k20, x1x24, 由 yk(x2) , x2, 可得 C(2,4k), BC (2x2,4ky2),FB(x22,y2), BC FB(0),2x2(x22), 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 x222 1 ,x14(
12、1) 2 , |AF |x1p 2 4(1) 2 26 12 26, 解得2. 微课一圆锥曲线中的最值、范围问题 题型一圆锥曲线中的最值问题 【例 1】 (2020浙江卷)如图,已知椭圆 C1:x 2 2 y21,抛物线 C2:y22px(p 0),点 A 是椭圆 C1与抛物线 C2的交点,过点 A 的直线 l 交椭圆 C1于点 B,交抛 物线 C2于点 M(B,M 不同于 A) (1)若 p 1 16,求抛物线 C 2的焦点坐标; (2)若存在不过原点的直线 l 使 M 为线段 AB 的中点,求 p 的最大值 解(1)由 p 1 16,得抛物线 C 2的焦点坐标是 1 32,0. (2)由题
13、意可设直线 l:xmyt(m0,t0),点 A(x0,y0) 将直线 l 的方程代入椭圆 C1:x 2 2 y21,得 (m22)y22mtyt220, 所以点 M 的纵坐标 yM mt m22. 将直线 l 的方程代入抛物线 C2: y22px, 得 y22pmy2pt0, 所以 y0yM2pt, 解得 y02p(m 22) m , 因此 x02p(m 22)2 m2 . 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 由x 2 0 2 y201,得 1 p24 m
14、2 m 2 2 m2 m 4 160, 当且仅当 m 2,t 10 5 时,p 取到最大值 10 40 . 感悟升华圆锥曲线中的最值问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两 种方法:一是几何法,即通过利用曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、 性质等进行求解;二是代数法,即把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个 (些)变量的函数,然后利用函数方法、不等式方法等进行求解 【训练 1】 (2021浙江名师预测五)已知抛物线 y22px(p0)的焦点 F2(1,0),椭 圆与抛物线有一个相同的焦点,且长轴长为 2p. (1)求抛物线与椭圆的方程; (2)如图,P 是抛物线上一点,F1为椭圆
15、的左焦点,直线 PF1交椭圆于 A,B 两点, 直线 PF2与抛物线交于另外一点 Q,当|AB| |PQ|取得最大值时,求点 P 的坐标 解(1)由题意可得p 21,则 p2, 所以抛物线的方程为 y24x; 因为 c1,2a2p4,即 a2, 所以 b 3, 所以椭圆的方程是x 2 4 y 2 3 1. (2)设直线 AB:xmy1,直线 PQ:xny1, 点 A(x1,y1),B(x2,y2),P(x3,y3),Q(x4,y4) 联立 x2 4 y 2 3 1, xmy1, 消去 x 得(3m24)y26my90, 显然0,则 y1y2 6m 3m24,y 1y2 9 3m24, 本资料分
16、享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 所以|AB| 1m2|y1y2|1m2 (y1y2)24y1y2 1m212 1m 2 3m24 12(m21) 3m24 . 联立 y24x, xny1,消去 x 得 y 24ny40, 16n2160,则 y3y44n, 所以|PQ|x3x42n(y3y4)44n24. 又 xmy1, xny1, 则 x3mn mn, y3 2 mn, 所以 2 mn 2 4mn mn,则 m 2n21,m21, 所以|PQ|4m2, 所以
17、|AB| |PQ| 3(m21) m2(3m24),m 21. 令 tm21(t2), 则|AB| |PQ| 3t (t1) (3t1) 3 3t1 t 2 6 7, 当 t2 时取最大值,此时 m1,n0, 所以点 P(1,2) 题型二圆锥曲线的范围问题 【例 2】 (2021杭州质检)如图,已知 M(1,2)为抛物线 C:y22px(p0)上一点, 过点 D(2, 2)的直线与抛物线 C 交于 A, B 两点(A, B 两点异于 M), 记直线 AM, BM 的斜率分别为 k1,k2. 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人
18、教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 (1)求 k1k2的值; (2)记AMD,BMD 的面积分别为 S1,S2,当 k11,2时,求S1 S2的取值范围 解(1)将点 M(1,2)代入抛物线 C:y22px 得 p2, 所以抛物线 C 的方程为 y24x, 设直线 AB 的方程为 xm(y2)2, 代入抛物线 C 的方程,消去 x 得 y24my8m80. 设点 A(x1,y1),B(x2,y2), 则 y1y24m,y1y2(8m8), k1k2y12 x11 y22 x21 y12 y21 4 1 y22 y22 4 1 16 (y12) (y22) 1
19、6 y1y22(y1y2)44, 所以 k1k24. (2)由(1)知 k1 4 y121,2,所以 y 122,4 又 k2 4 y22, 4 y12 4 y224, 所以S1 S2 |AD| |BD| |y12| |y22| (y12)2 4 1,4 感悟升华求解范围问题的常见方法: (1)利用判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围 (2)利用已知参数的取值范围,求新参数的取值范围,解这类问题的核心是在两个 参数之间建立等量关系 (3)利用隐含或已知的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围 (4)利用基本不等式求出参数的取值范围 (5)利用函数的值域求范围问题的关键是建立关于某个变
20、量的目标函数,通过求这 个函数的值域确定目标变量的取值范围在建立函数的过程中,要根据题目的其 他已知条件把要求的量都用已知变量表示出来,同时要注意变量的取值范围 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 【训练 2】 (2021宁波适考)已知椭圆 E:x 2 a2 y2 b21(ab0),F 1,F2为其左、右 焦点,B1,B2为其上、下顶点,四边形 F1B1F2B2的面积为 2. (1)求椭圆 E 的长轴 A1A2的最小值,并确定此时椭圆 E 的方程; (2)
21、对于(1)中确定的椭圆 E,设过定点 M(2,0)的直线 l 与椭圆 E 相交于 P,Q 两点,若MP MQ ,当 1 3, 1 2 时,求OPQ 的面积 S 的取值范围 解(1)依题意四边形 F1B1F2B2的面积为 2bc,2bc2, |A1A2|2a2 b2c22 2bc2 2, 当且仅当 bc1 时等号成立,此时 a 2, 长轴 A1A2的最小值为 2 2, 此时椭圆 E 的方程为x 2 2 y21. (2)依题意,可设直线 l:xty2,联立得 xty2, x2 2 y21,得(t 22)y24ty20.由 0,得 t22. 设 P(x1,y1),Q(x2,y2), 由根与系数的关系
22、得 y1y2 4t t22, y1y2 2 t22. 由MP MQ ,得 y1y2, (1)y2 4t t22, y22 2 t22, 由 2 得1 2 8t2 t22, y1 2 在 1 3, 1 2 上单调递减, 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 1 2 9 2, 16 3 , 9 2 8t2 t22 16 3 ,18 7 t24,满足0. OPQ 的面积 SSOMQSOMP 1 2|OM|y 1y2|y1y2| (y1y2)24y1y22 2 t
23、22 t22 . 设 m t22,则 m 2 7 7 , 2 ,t2m22, S2 2m m24 2 2 m4 m , ym4 m在 m 2 7 7 , 2 上单调递减, S 关于 m 单调递增,OPQ 的面积 S 14 8 ,2 3 . 1(2021浙江名师协作体模拟)已知 A,B 是 x 轴正半轴上两点(A 在 B 的左侧), 且|AB|a(a0),过 A,B 分别作 x 轴的垂线,与抛物线 y22px(p0)在第一象 限分别交于 D,C 两点 (1)若 ap,点 A 与抛物线 y22px 的焦点重合,求直线 CD 的斜率; (2)若 O 为坐标原点,记OCD 的面积为 S1,梯形 ABC
24、D 的面积为 S2,求S1 S2的取 值范围 解(1)由题意知 A p 2,0,则 B p 2a,0,D p 2,p,则 C p 2a, p 22pa , 又 ap,所以 kCD 3pp 3p 2 p 2 31. (2)设直线 CD 的方程为 ykxb(k0),C(x1,y1),D(x2,y2), 由 ykxb y22px ,得 ky22py2pb0, 所以4p28pkb0,得 kbp 2, 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 323031380 期待你的加入与分享 本资料分享自新人教版高中数学资源大全 QQ 群 483122854 期待你的加入与分享 又 y1y22p k ,y1
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