高中数学讲义微专题76存在性问题.doc
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1、 微专题 76 圆锥曲线中的存在性问题 一、基础知识 1、在处理圆锥曲线中的存在性问题时,通常先假定所求的要素(点,线,图形或是参数)存 在,并用代数形式进行表示。再结合题目条件进行分析,若能求出相应的要素,则假设成立; 否则即判定不存在 2、存在性问题常见要素的代数形式:未知要素用字母代替 (1)点:坐标 00 ,x y (2)直线:斜截式或点斜式(通常以斜率为未知量) (3)曲线:含有未知参数的曲线标准方程 3、解决存在性问题的一些技巧: (1)特殊值(点)法:对于一些复杂的题目,可通过其中的特殊情况,解得所求要素的必要 条件,然后再证明求得的要素也使得其它情况均成立。 (2)核心变量的选
2、取:因为解决存在性问题的核心在于求出未知要素,所以通常以该要素作 为核心变量,其余变量作为辅助变量,必要的时候消去。 (3)核心变量的求法: 直接法:利用条件与辅助变量直接表示出所求要素,并进行求解 间接法:若无法直接求出要素,则可将核心变量参与到条件中,列出关于该变量与辅助变 量的方程(组) ,运用方程思想求解。 二、典型例题: 例 1:已知椭圆 22 22 :10 xy Cab ab 的离心率为 3 3 ,过右焦点F的直线l与C相交于 ,A B两点,当l的斜率为1时,坐标原点O到l的距离为 2 2 。 (1)求, a b的值 (2)C上是否存在点P, 使得当l绕F旋转到某一位置时, 有OP
3、OA OB成立?若存在, 求出所有的P的坐标和l的方程,若不存在,说明理由 解: (1) 3 :3:2 :1 3 c ea b c a 则3 ,2ac bc,依题意可得:,0F c,当l的斜率为1时 :0lyxcxyc 2 22 O l c d 解得:1c 3,2ab 椭圆方程为: 22 1 32 xy (2)设 00 ,P x y, 1122 ,A x yB x y 当l斜率存在时,设:1l yk x OPOAOB 012 012 xxx yyy 联立直线与椭圆方程: 22 1 236 yk x xy 消去y可得: 2 22 2316xkx,整理可得: 2222 326360kxk xk 2
4、 12 2 6 32 k xx k 3 1212 22 64 22 3232 kk yyk xxkk kk 2 22 64 , 3232 kk P kk 因为P在椭圆上 2 2 2 22 64 236 3232 kk kk 22 422222 72486 3224326 32kkkkkk 22 246 322kkk 当2k 时,:21l yx, 32 , 22 P 当2k 时,:21l yx , 32 , 22 P 当斜率不存在时,可知:1l x , 2 32 3 1,1, 33 AB ,则2,0P不在椭圆上 综上所述::21l yx, 32 , 22 P 或:21l yx , 32 , 22
5、 P 例 2:过椭圆 22 22 :10 xy ab ab 的右焦点 2 F的直线交椭圆于,A B两点, 1 F为其左焦 点,已知 1 AFB的周长为 8,椭圆的离心率为 3 2 (1)求椭圆的方程 (2)是否存在圆心在原点的圆,使得该圆的任意一条切线与椭圆恒有两个交点,P Q,且 OPOQ?若存在,求出该圆的方程;若不存在,请说明理由 解: (1)由 1 AFB的周长可得:482aa 3 3 2 c ec a 222 1bac 椭圆 2 2 :1 4 x y (2)假设满足条件的圆为 222 xyr,依题意,若切线与椭圆相交,则圆应含在椭圆内 01r 若直线PQ斜率存在,设:PQ ykxm,
6、 1122 ,P x yQ x y PQ与圆相切 222 2 1 1 O l m drmrk k 0OPOQOP OQ 即 1 212 0x xy y 联立方程: 22 44 ykxm xy 222 148440kxkmxm 2 1212 22 844 , 4141 kmm xxx x kk 22 12121 212 y ykxmkxmk x xkm xxm 22 12121212 1x xy ykx xkm xxm 2 22 22 448 1 4141 mkm kkmm kk 22 2 544 41 mk k 22 5440mk对任意的,m k均成立 将 222 1mrk代入可得: 222
7、51410rkk 22 5410rk 2 4 5 r 存在符合条件的圆,其方程为: 22 4 5 xy 当PQ斜率不存在时,可知切线PQ为 2 5 5 x 若 2 :5 5 PQ x ,则 2 5 2 52 52 5 , 5555 PQ 0OP OQ 2 :5 5 PQ x符合题意 若 2 :5 5 PQ x ,同理可得也符合条件 综上所述,圆的方程为: 22 4 5 xy 例 3:已知椭圆 22 22 10 xy ab ab 的左右焦点分别为 12 ,F F,短轴两个端点为,A B,且 四边形 12 FAF B是边长为 2 的正方形 (1)求椭圆的方程 (2)若,C D分别是椭圆长轴的左,右
8、端点,动点M满足 MDCD,连接CM,交椭圆于点P,证明OM OP是定 值 (3)在(2)的条件下,试问x轴上是否存在异于点C的定 点Q,使得以MP为直径的圆恒过直线,DP MQ的交点。若 存在,求出点Q的坐标;若不存在,请说明理由 解: (1)四边形 12 FAF B是边长为 2 的正方形 可得:2bc 222 4abc 椭圆方程为 22 1 42 xy (2)由椭圆方程可得:2,0 ,2,0CD,由MDCD可设 0 2,My, 11 ,P x y 00 0 224 CM yy k 0 :2 4 y CMyx,与椭圆方程联立可得: 22 2 222 0 00 0 24 11 140 8222
9、 4 xy y xy xy y yx 由韦达定理可知: 2 2 0 0 112 2 00 1 4 28 2 8 1 8 C y y x xx yy 代入直线CM可得: 0 1 2 0 8 8 y y y 2 0 0 22 00 28 8 , 88 y y P yy 2 2 0 000 2222 0000 28 848 2, 8888 y yyy DP yyyy 设,0Q m 0 2,MQmy 若以MP为直径的圆恒过直线,DP MQ的交点,则0DP MQ 2 00 22 00 48 20 88 yy my yy 2 0 2 0 4 0 8 y m y 恒成立, 0m 存在定点0,0Q 例 4:设
10、F为椭圆 22 22 :10 xy Eab ab 的右焦点,点 3 1, 2 P 在椭圆E上,直线 0: 3 4100lxy与以原点为圆心,以椭圆E的长半轴长为半径的圆相切 (1)求椭圆E的方程 (2)过点F的直线l与椭圆相交于,A B两点,过点P且平行于AB的直线与椭圆交于另一点 Q,问是否存在直线l,使得四边形PABQ的对角线互相平分?若存在,求出l的方程;若不 存在,说明理由 解: (1) 0 l与圆相切 10 2 5 O l dr 2a 将 3 1, 2 P 代入椭圆方程 22 2 1 4 xy b 可得:3b 椭圆方程为: 22 1 43 xy (2)由椭圆方程可得:1,0F 设直线
11、:1l yk x,则 3 :1 2 PQ yk x 联立直线l与椭圆方程: 22 1 3412 yk x xy 消去y可得: 2222 4384120kxk xk 2 2222 1 84 43412144144kkkk 2 122 12 22 121 11 4343 k ABkxxk kk 同理: 联立直线PQ与椭圆方程: 22 3 1 2 3412 yk x xy 消去y可得: 2222 4381241230kxkk xkk 2 2222 2 1 8124 412343144 4 kkkkkkk 2 222 22 1 144 4 11 4343 kk PQkk kk 因为四边形PABQ的对角
12、线互相平分 四边形PABQ为平行四边形 ABPQ 2 2 2 22 1 144 121 4 1 4343 kk k k kk 解得: 3 4 k 存在直线:3430lxy时,四边形PABQ的对角线互相平分 例 5: 椭圆 22 22 :10 xy Cab ab 的左右焦点分别为 12 ,F F, 右顶点为A,P为椭圆 1 C上 任意一点,且 12 PF PF的最大值的取值范围是 22 ,3cc ,其中 22 cab (1)求椭圆 1 C的离心率e的取值范围 (2)设双曲线 2 C以椭圆 1 C的焦点为顶点,顶点为焦点,B是双曲线 2 C在第一象限上任意一 点,当e取得最小值时,试问是否存在常数
13、0 ,使得 11 BAFBFA 恒成立?若存 在,求出的值;若不存在,请说明理由 解: (1)设 12 ,0 ,0P x yFcF c 12 ,PFcxyPFcxy 222 12 PF PFxyc 由 22 22 1 xy ab 可得: 2 222 2 b ybx a 代入可得: 22 222222222 12 22 1 bc PF PFxycxbcxbc aa ,xa a 2 12 max PF PFb 22 2222222 22 2 33 4 ca cbccacc ca 2 1112 4222 ee (2)当 1 2 e 时,可得:2 ,3ac bc 双曲线方程为 22 22 1 3 xy
14、 cc , 1 2 ,0 ,0AcFc,设 00 ,B x y, 00 0,0xy 当ABx轴时, 00 2 ,3xc yc 1 3 tan1 3 c BF A c 1 4 B F A 因为 1 2 BAF 11 2BAFBFA 所以2,下面证明2对任意B点均使得 11 BAFBFA 成立 考虑 1 00 11 00 tan,tan 2 ABBF yy BAFkBF Ak xcxc 0 00 10 122 2 2 1 00 0 0 2 22tan tan2 1tan 1 y yxcBF Axc BF A BF A xcy y xc 由双曲线方程 22 22 1 3 xy cc ,可得: 222
15、 00 33yxc 22 22222 00000000 3322422xcyxcxcxcxcxccx 00 0 11 000 2 tan2tan 222 yxcy BF ABAF xccxcx 11 2BAFBFA 结论得证 2时, 11 BAFBFA 恒成立 例 6:如图,椭圆 22 22 :10 xy Eab ab 的离心率是 2 2 ,过点0,1P的动直线l与椭圆 相交于,A B两点,当直线l平行于x轴时,直线l被椭圆E截得的线段长为2 2 (1)求椭圆E的方程 (2)在平面直角坐标系xOy中,是否存在与点P不同的定点Q,使得对于任意直线l, QAPA QBPB 恒成立?若存在,求出点Q
16、的坐标;若不存在,请说明理由 解: (1) 2 2 c e a :2 : 1 : 1a b c 椭圆方程为 22 22 1 2 xy bb 由直线l被椭圆E截得的线段长为2 2及椭圆的对称性可得: 点 2,1在椭圆上 2 22 21 12 2 b bb 2 4a 椭圆方程为 22 1 42 xy (2)当l与x轴平行时,由对称性可得:PAPB 1 QAPA QBPB 即QAQB Q在AB的中垂线上,即Q位于y轴上,设 0 0,Qy 当l与x轴垂直时,则 0, 2 ,0,2AB 21,21PAPB 00 2 ,2QAyQBy 0 0 2 21 212 y QAPA QBPB y 可解得 0 1y
17、 或 0 2y ,P Q不重合 0 2y 0,2Q 下面判断0,2Q能否对任意直线均成立 若 直 线l的 斜 率 存 在 , 设:1l ykx, 1122 ,A x yB x y 22 22 24 12420 1 xy kxkx ykx 联立方程可得: 由 QAPA QBPB 可想到角平分线公式,即只需证明QP平分BQA 只需证明0 QAQBQAQB kkkk 1122 ,A x yB x y 12 12 22 , QAQB yy kk xx 2112211212 12 121212 22222 QAQB xyxyx yx yxxyy kk xxx xx x 因为 1122 ,A x yB x
18、 y在直线1ykx上, 11 22 1 1 ykx ykx 代入可得: 2112121212 1212 1122 QAQB xkxx kxxxkx xxx kk x xx x 联立方程可得: 22 22 24 12420 1 xy kxkx ykx 1212 22 42 , 1212 k xxx x kk 22 2 24 2 1212 0 2 12 QAQB k k kk kk k 0 QAQB kk成立 QP平分BQA 由角平分线公式可得: QAPA QBPB 例 7:椭圆 22 22 :10 xy Cab ab 的上顶点为A, 4 , 3 3 b P 是C上的一点,以AP为直 径的圆经过椭
19、圆C的右焦点F (1)求椭圆C的方程 (2)动直线l与椭圆C有且只有一个公共点,问:在x轴上是否存在两个定点,它们到直线l 的距离之积等于 1?若存在,求出这两个定点的坐标;如果不存在,请说明理由 解:由椭圆可知:0,0AbF c AP为直径的圆经过F F AF P 0FA FP 4 , 33 b FAc bFPc 22 2 44 00 3333 bb cccc 由 4 , 3 3 b P 在椭圆上,代入椭圆方程可得: 2 2 22 1161 12 99 b a ab 2 2 222 4 0 133 2 b cc bc bca 椭圆方程为 2 2 1 2 x y (2)假设存在x轴上两定点 1
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