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第 2 讲 圆锥曲线的方程与性质
[考情分析] 高考对这部分知识的考查侧重三个方面:一是求圆锥曲线的标准方程;二是求
椭圆的离心率、双曲线的离心率以及渐近线问题;三是抛物线的性质及应用问题.
考点一 圆锥曲线的定义与标准方程
核心提炼
1.圆锥曲线的定义
(1)椭圆:|PF|+|PF|=2a(2a>|FF|).
1 2 1 2
(2)双曲线:||PF|-|PF||=2a(0<2a<|FF|).
1 2 1 2
(3)抛物线:|PF|=|PM|,l为抛物线的准线,点F不在定直线l上,PM⊥l于点M.
2.求圆锥曲线标准方程“先定型,后计算”
“定型”:确定曲线焦点所在的坐标轴的位置;“计算”:利用待定系数法求出方程中的
a2,b2,p的值.
例1 (1)(2022·衡水中学模拟)已知椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F ,F ,右顶点为
1 2
A,上顶点为B,以线段FA为直径的圆交线段FB的延长线于点P,若FB∥AP且线段AP
1 1 2
的长为2+,则该椭圆方程为( )
A.+=1 B.+=1
C.+=1 D.+=1
答案 D
解析 设椭圆的半焦距为c,因为点P在以线段FA为直径的圆上,所以AP⊥PF.
1 1
又因为FB∥AP,所以FB⊥BF.
2 2 1
又因为|FB|=|BF|,
2 1
所以△FFB是等腰直角三角形,于是△FAP也是等腰直角三角形,
1 2 1
因为|AP|=2+,所以|FA|=(2+),
1得a+c=(2+),又b=c,所以a=c,
解得a=2,c=2,得b2=a2-c2=4,
所以椭圆方程为+=1.
(2)(2022·荆州模拟)已知双曲线C:-=1的左、右焦点分别是F ,F ,点P是C右支上的一
1 2
点(不是顶点),过 F 作∠FPF 的角平分线的垂线,垂足是 M,O 是原点,则|MO|=
2 1 2
________.
答案 4
解析 延长FM交PF 于点Q,
2 1
由于PM是∠FPF 的角平分线,FM⊥PM,
1 2 2
所以△QPF 是等腰三角形,
2
所以|PQ|=|PF|,且M是QF 的中点.
2 2
根据双曲线的定义可知|PF|-|PF|=2a,
1 2
即|QF|=2a,
1
由于O是FF 的中点,
1 2
所以MO是△QFF 的中位线,
1 2
所以|MO|=|QF|=a=4.
1
易错提醒 求圆锥曲线的标准方程时的常见错误
双曲线的定义中忽略“绝对值”致错;椭圆与双曲线中参数的关系式弄混,椭圆中的关系式
为a2=b2+c2,双曲线中的关系式为c2=a2+b2;圆锥曲线方程确定时还要注意焦点位置.
跟踪演练1 (1)已知双曲线的渐近线方程为y=±x,实轴长为4,则该双曲线的方程为( )
A.-=1
B.-=1或-=1
C.-=1
D.-=1或-=1
答案 D
解析 设双曲线方程为-=1(m≠0),
∵2a=4,∴a2=4,
当m>0时,2m=4,m=2;
当m<0时,-m=4,m=-4.
故所求双曲线的方程为-=1或-=1.
(2)已知A,B是抛物线y2=8x上两点,当线段AB的中点到y轴的距离为3时,|AB|的最大值为( )
A.5 B.5
C.10 D.10
答案 C
解析 设抛物线y2=8x的焦点为F,准线为l,线段AB的中点为M.如图,分别过点A,B,
M作准线l的垂线,垂足分别为C,D,N,连接AF,BF.因为线段AB的中点到y轴的距离
为3,抛物线y2=8x的准线l:x=-2,所以|MN|=5.
因为|AB|≤|AF|+|BF|=|AC|+|BD|=2|MN|=10,当且仅当A,B,F三点共线时取等号,所
以|AB| =10.
max
考点二 椭圆、双曲线的几何性质
核心提炼
1.求离心率通常有两种方法
(1)求出a,c,代入公式e=.
(2)根据条件建立关于a,b,c的齐次式,消去b后,转化为关于e的方程或不等式,即可求
得e的值或取值范围.
2.与双曲线-=1(a>0,b>0)共渐近线bx±ay=0的双曲线方程为-=λ(λ≠0).
考向1 椭圆、双曲线的几何性质
例2 (2022·河南五市联考)设双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F,F,以F
1 2 2
为圆心的圆恰好与双曲线C的两条渐近线相切,且该圆恰好经过线段OF 的中点,则双曲线
2
C的渐近线方程为( )
A.y=±x B.y=±x
C.y=±x D.y=±2x
答案 B
解析 由题意知,渐近线方程为y=±x,
焦点F(c,0),c2=a2+b2,
2因为以F 为圆心的圆恰好与双曲线C的两渐近线相切,则圆的半径r等于圆心到切线的距
2
离,
即r==b,
又该圆过线段OF 的中点,故=r=b,
2
所以===.
所以渐近线方程为y=±x.
考向2 离心率问题
例3 (多选)(2022·全国乙卷)双曲线C的两个焦点为F ,F ,以C的实轴为直径的圆记为
1 2
D,过F 作D的切线与C交于M,N两点,且cos∠FNF =,则C的离心率为( )
1 1 2
A. B.
C. D.
答案 AC
解析 不妨设双曲线的标准方程为-=1(a>0,b>0),F(-c,0),F(c,0).
1 2
当两个交点M,N在双曲线两支上时,如图1所示,
图1
设过F 的直线与圆D相切于点P,连接OP,
1
由题意知|OP|=a,又|OF|=c,
1
所以|FP|=b.
1
过点F 作FQ⊥FN,交FN于点Q.
2 2 1 1
由中位线的性质,
可得|FQ|=2|OP|=2a,|PQ|=b.
2
因为cos∠FNF =,
1 2
所以sin∠FNF =,
1 2
故|NF |=a,|QN|=a,
2
所以|NF |=|FQ|+|QN|=2b+a.
1 1
由双曲线的定义可知
|NF |-|NF |=2a,
1 2
所以2b+a-a=2a,所以2b=3a.
两边平方得4b2=9a2,即4(c2-a2)=9a2,整理得4c2=13a2,所以=,
故=,即e=.
当两个交点M,N都在双曲线上的左支上时,如图2所示,
图2
同理可得|FQ|=2|OP|=2a,|PQ|=b.
2
因为cos∠FNF =,
1 2
所以sin∠FNF =,
1 2
可得|NF |=a,|NQ|=a,
2
所以|NF |=|NQ|-|QF|=a-2b,
1 1
所以|NF |=|NF |+2a=a-2b,
2 1
又|NF |=a,所以a-2b=a,
2
即a=2b,故e==.故选AC.
规律方法 (1)在“焦点三角形”中,常利用正弦定理、余弦定理,结合椭圆(或双曲线)的定
义,运用平方的方法,建立与|PF|·|PF|的联系.
1 2
(2)求双曲线渐近线方程的关键在于求或的值,也可将双曲线方程中等号右边的“1”变为
“0”,然后因式分解得到.
跟踪演练2 (1)(2022·全国甲卷)椭圆C:+=1(a>b>0)的左顶点为A,点P,Q均在C上,
且关于y轴对称.若直线AP,AQ的斜率之积为,则C的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 A
解析 设P(m,n)(n≠0),
则Q(-m,n),易知A(-a,0),
所以k ·k =·==.(*)
AP AQ
因为点P在椭圆C上,
所以+=1,得n2=(a2-m2),
代入(*)式,得=,
所以e===.故选A.
(2)(多选)(2022·衡水中学模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F,F,
1 2
过点F 的直线与双曲线的右支交于A,B两点,若|AF|=|BF|=2|AF|,则( )
2 1 2 2A.∠AFB=∠FAB
1 1
B.双曲线的离心率e=
C.双曲线的渐近线方程为y=±x
D.原点O在以F 为圆心,|AF|为半径的圆上
2 2
答案 AB
解析 设|AF|=|BF|=2|AF|=2m,
1 2 2
则|AB|=|AF|+|BF|=3m,
2 2
由双曲线的定义知,
|AF|-|AF|=2m-m=2a,
1 2
即m=2a,|BF|-|BF|=2a,
1 2
即|BF|-2m=2a,
1
∴|BF|=3m=|AB|,∠AFB=∠FAB,
1 1 1
故选项A正确;
由余弦定理知,在△ABF 中,
1
cos∠AFB=
1
==,
在△AFF 中,
1 2
cos∠FAB=
1
==cos∠AFB=,
1
化简整理得12c2=11m2=44a2,
∴离心率e===,故选项B正确;
双曲线的渐近线方程为y=±x=±x=±x=±x,
故选项C错误;
若原点O在以F 为圆心,|AF|为半径的圆上,
2 2
则c=m=2a,与=相矛盾,故选项D错误.考点三 抛物线的几何性质
核心提炼
抛物线的焦点弦的几个常见结论
设AB是过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的弦,若A(x,y),B(x,y),则
1 1 2 2
(1)xx=,yy=-p2.
1 2 1 2
(2)|AB|=x+x+p.
1 2
(3)当AB⊥x轴时,弦AB的长最短为2p.
例4 (1)(2022·泰安模拟)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,点M在抛物线C上,射
线FM与y轴交于点A(0,2),与抛物线C的准线交于点N,FM=MN,则p的值等于( )
A. B.2 C. D.4
答案 B
解析 设点M到抛物线的准线的距离为|MM′|,抛物线的准线与x轴的交点记为点B.
由抛物线的定义知,
|MM′|=|FM|.
因为=,
所以=,
即cos∠NMM′==,
所以cos∠OFA=cos∠NMM′=,
而cos∠OFA===,解得p=2.
(2)(多选)(2022·新高考全国Ⅱ)已知O为坐标原点,过抛物线C:y2=2px(p>0)焦点F的直线
与C交于A,B两点,其中A在第一象限,点M(p,0).若|AF|=|AM|,则( )
A.直线AB的斜率为2
B.|OB|=|OF|
C.|AB|>4|OF|
D.∠OAM+∠OBM<180°
答案 ACD解析 对于A,由题意,得F.
因为|AF|=|AM|,且M(p,0),
所以x ==p,
A
将其代入抛物线方程y2=2px,得y =p,
A
所以A,
所以直线AB的斜率k =k ==2,
AB AF
故A正确;
对于B,由选项A的分析,知直线AB的方程为y=2,代入y2=2px,得12x2-13px+3p2=
0,解得x=p或x=p,所以x =p,所以y =-p,所以|OB|==p≠|OF|,故B不正确;
B B
对于C,由抛物线的定义及选项A,B的分析,
得|AB|=x +x +p=p+p=p>2p,
A B
即|AB|>4|OF|,故C正确;
对于D,易知|OA|=p,|AM|=p,
|OB|=p,|BM|=p,
则cos∠OAM=
==>0,
cos∠OBM=
==>0,
所以∠OAM<90°,∠OBM<90°,所以∠OAM+∠OBM<180°,故D正确.综上所述,选ACD.
规律方法 利用抛物线的几何性质解题时,要注意利用定义构造与焦半径相关的几何图形
(如三角形、直角梯形等)来沟通已知量与p的关系,灵活运用抛物线的焦点弦的特殊结论,
使问题简单化且减少数学运算.
跟踪演练3 (1)(2021·新高考全国Ⅰ)已知O为坐标原点,抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为
F,P为C上一点,PF与x轴垂直,Q为x轴上一点,且PQ⊥OP.若|FQ|=6,则C的准线方
程为________.
答案 x=-
解析 方法一 (解直角三角形法)由题易得|OF|=,|PF|=p,∠OPF=∠PQF,
所以tan∠OPF=tan∠PQF,
所以=,即=,
解得p=3,所以C的准线方程为x=-.
方法二 (应用射影定理法)由题易得|OF|=,|PF|=p,|PF|2=|OF|·|FQ|,即p2=×6,解得p
=3或p=0(舍去),所以C的准线方程为x=-.
(2)(2022·济宁模拟)过抛物线y2=4x的焦点F的直线与该抛物线及其准线都相交,交点从左到右依次为A,B,C.若AB=BF,则线段BC的中点到准线的距离为( )
A.3 B.4
C.5 D.6
答案 B
解析 由抛物线的方程可得焦点F(1,0),渐近线的方程为x=-1,
由AB=BF,可得=,
由于抛物线的对称性,不妨假设直线和抛物线位置关系如图所示,作BE垂直准线于点E,
准线交x轴于点N,则|BF|=|BE| ,
故==,故∠ABE= ,
而BE∥x轴,故∠AFN=,
所以直线AB的倾斜角为,
所以直线AB的方程为y=x-1,
设B(x,y),C(x,y),
1 1 2 2
联立
整理可得x2-6x+1=0,
则x+x=6,所以BC的中点的横坐标为3,
1 2
则线段BC的中点到准线的距离为3-(-1)=4.
专题强化练
一、单项选择题
1.(2022·中山模拟)抛物线C:y2=2px上一点(1,y)到其焦点的距离为3,则抛物线C的方
0
程为( )
A.y2=4x B.y2=8x
C.y2=12x D.y2=16x
答案 B
解析 因抛物线C:y2=2px上一点(1,y)到其焦点的距离为3,则p>0,抛物线准线方程为
0
x=-,由抛物线定义得1-=3,解得p=4,
所以抛物线C的方程为y2=8x.2.已知双曲线-y2=1(m>0)的一个焦点为F(3,0),则其渐近线方程为( )
A.y=±x B.y=±2x
C.y=±2x D.y=±x
答案 A
解析 因为双曲线-y2=1(m>0)的一个焦点为F(3,0),
所以由m+1=32,得m=8,
所以双曲线方程为-y2=1,
所以双曲线的渐近线方程为y=±x.
3.(2022·全国乙卷)设F为抛物线C:y2=4x的焦点,点A在C上,点B(3,0),若|AF|=|
BF|,则|AB|等于( )
A.2 B.2
C.3 D.3
答案 B
解析 方法一 由题意可知F(1,0),抛物线的准线方程为x=-1.设A,
则由抛物线的定义可知|AF|=+1.
因为|BF|=3-1=2,
所以由|AF|=|BF|,可得+1=2,
解得y=±2,所以A(1,2)或A(1,-2).
0
不妨取A(1,2),
则|AB|===2,故选B.
方法二 由题意可知F(1,0),故|BF|=2,
所以|AF|=2.
因为抛物线的通径长为2p=4,
所以AF的长为通径长的一半,
所以AF⊥x轴,
所以|AB|===2.故选B.
4.(2022·潍坊模拟)如图,某建筑物白色的波浪形屋顶像翅膀一样漂浮,建筑师通过双曲线的
设计元素赋予了这座建筑以轻盈、极简和雕塑般的气质,该建筑物外形弧线的一段可以近似
看成焦点在y轴上的双曲线-=1(a>0,b>0)上支的一部分.已知该双曲线的上焦点F到下
顶点的距离为36,F到渐近线的距离为12,则该双曲线的离心率为( )
A. B.C. D.
答案 B
解析 点F(0,c)到渐近线y=±x,
即ax±by=0的距离d==b=12,
又由题意知
解得所以e===.
5.(2022·福州质检)已知点F ,F 分别是椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点,过点F 的直线交
1 2 2
椭圆于A,B两点,且满足AF⊥AB,=,则该椭圆的离心率是( )
1
A. B. C. D.
答案 B
解析 如图所示,设|AF|=4x,则|AB|=3x,
1
因为AF⊥AB,
1
则|BF|==5x,
1
由椭圆的定义可得
|AF|+|AB|+|BF|=(|AF|+|AF|)+(|BF|+|BF|)=4a=12x,则x=,
1 1 1 2 2 1
所以|AF|=4x=,
1
则|AF|=2a-=,
2
由勾股定理可得|AF|2+|AF|2=|FF|2,
1 2 1 2
则2+2=4c2,则c=a,
因此该椭圆的离心率为e==.
6.如图,圆O与离心率为的椭圆T:+=1(a>b>0)相切于点M(0,1),过点M引两条互相垂直
的直线l ,l ,两直线与两曲线分别交于点A,C与点B,D(均不重合).若P为椭圆上任意
1 2
一点,记点P到两直线的距离分别为d,d,则d+d的最大值是( )
1 2
A.4 B.5 C. D.
答案 C
解析 易知椭圆C的方程为+y2=1,圆O的方程为x2+y2=1,
设P(x,y),
0 0
因为l⊥l,
1 2
则d+d=|PM|2=x+(y-1)2,
0
因为+y=1,
所以d+d=4-4y+(y-1)2
0
=-32+,
因为-1≤y≤1,
0
所以当y=-,即点P时,d+d取得最大值.
0
二、多项选择题
7.(2022·临沂模拟)2022年4月16日9时56分,神舟十三号返回舱成功着陆,返回舱是宇
航员返回地球的座舱,返回舱的轴截面可近似看作是由半圆和半椭圆组成的“曲圆”,如图
在平面直角坐标系中半圆的圆心在坐标原点,半圆所在的圆过椭圆的焦点 F(0,2),椭圆的短
轴与半圆的直径重合,下半圆与y轴交于点G.若过原点O的直线与上半椭圆交于点A,与下
半圆交于点B,则( )
A.椭圆的长轴长为4
B.|AB|的取值范围是[4,2+2]
C.△ABF面积的最小值是4
D.△AFG的周长为4+4
答案 ABD
解析 由题意知,椭圆中的几何量b=c=2,
得a=2,
则2a=4,A正确;
|AB|=|OB|+|OA|=2+|OA|,
由椭圆性质可知2≤|OA|≤2,
所以4≤|AB|≤2+2,B正确;
记∠AOF=θ,
则S =S +S
△ABF △AOF △OBF
=|OA|·|OF|sin θ+|OB|·|OF|sin(π-θ)
=|OA|sin θ+2sin θ
=(|OA|+2)sin θ,取θ=,
则S =1+|OA|≤1+×2<4,C错误;
△ABF
由椭圆定义知|AF|+|AG|=2a=4,
所以△AFG的周长L=|FG|+4=4+4,
D正确.
8.(2022·济宁模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左、右焦点分别为F ,F ,左、右顶
1 2
点分别为A,A,点P是双曲线C上异于顶点的一点,则( )
1 2
A.||PA|-|PA||=2a
1 2
B.若焦点F 关于双曲线C的渐近线的对称点在C上,则C的离心率为
2
C.若双曲线C为等轴双曲线,则直线PA 的斜率与直线PA 的斜率之积为1
1 2
D.若双曲线C为等轴双曲线,且∠APA=3∠PAA,则∠PAA=
1 2 1 2 1 2
答案 BCD
解析 对于A,在△PAA 中,根据三角形两边之差小于第三边,
1 2
可知||PA|-|PA||<|AA|=2a,故A错误;
1 2 1 2
对于B,焦点F(c,0),
2
渐近线不妨取y=x,即bx-ay=0,
设F 关于双曲线C的渐近线的对称点为(m,n),
2
则
得
即F 关于双曲线C的渐近线的对称点为,
2
由题意知该点在双曲线上,
故-=1,将c2=a2+b2 代入,
化简整理得b4-3a2b2-4a4=0,即b2=4a2,
∴e2===1+=5,
得e=,故B正确;
对于C,双曲线C为等轴双曲线,
即C:x2-y2=a2(a>0),
设P(x,y)(y≠0),
0 0 0
则x-y=a2,
则x-a2=y,
故 =·
==1,故C正确;
对于D,双曲线C为等轴双曲线,
即C:x2-y2=a2(a>0),且∠APA=3∠PAA,
1 2 1 2
设∠PAA=θ,∠APA=3θ,
1 2 1 2
则∠PAx=4θ,
2
根据C的结论 =1,
即有tan θ·tan 4θ=1,
∴·=1,
∴cos 5θ=0,
∵θ+3θ∈(0,π),
∴θ∈,
∴5θ=,
∴∠PAA=θ=.
1 2
三、填空题
9.写出一个满足以下三个条件的椭圆的方程:______________.①中心为坐标原点;②焦点
在坐标轴上;③离心率为.
答案 +=1(答案不唯一)
解析 只要椭圆方程形如+=1(m>0)或+=1(m>0)即可.
10.(2022·淄博模拟)已知P ,P ,…,P 是抛物线x2=4y上不同的点,且F(0,1).若FP1+
1 2 8
FP2+…+FP8=0,则|FP1|+|FP2|+…+|FP8|=________.
答案 16
解析 设P(x,y),P(x,y),
1 1 1 2 2 2
P(x,y),…,P(x,y),
3 3 3 8 8 8
P,P,P,…,P 是抛物线x2=4y上不同的点,点F(0,1),准线为y=-1,
1 2 3 8
则FPi=(x,y-1)(i=1,2,…,8),
i i
所以FP1+FP2+…+FP8
=(x+x+…+x,(y-1)+(y-1)+…+(y-1))=0,
1 2 8 1 2 8
所以(y-1)+(y-1)+…+(y-1)=0,
1 2 8
即y+y+y+…+y=8,
1 2 3 8
∴|FP|+|FP2|+…+|FP8|
1
=(y+1)+(y+1)+…+(y+1)
1 2 8
=y+y+…+y+8=16.
1 2 8
11.(2022·济南模拟)已知椭圆C :+=1(b>0)的焦点分别为F,F,且F 是抛物线C :y2=
1 1 2 2 2
2px(p>0)的焦点,若P是C 与C 的交点,且|PF|=7,则cos∠PFF 的值为________.
1 2 1 1 2
答案
解析 依题意,由椭圆定义得|PF|+|PF|=12,而|PF|=7,则|PF|=5,
1 2 1 2因为点F 是抛物线C :y2=2px(p>0)的焦点,则该抛物线的准线l过点F,如图,
2 2 1
过点P作PQ⊥l于点Q,
由抛物线定义知|PQ|=|PF|=5,
2
而FF∥PQ,
1 2
则∠PFF=∠FPQ,
1 2 1
所以cos∠PFF=cos∠FPQ==.
1 2 1
12.(2022·福州质检)已知O为坐标原点,F是双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左焦点,A为C
的右顶点,过F作C的渐近线的垂线,垂足为M,且与y轴交于点P.若直线AM经过OP的
中点,则C的离心率是________.
答案 2
解析 由题意可知,F(-c,0),A(a,0),
渐近线不妨设为y=-x,
则k =,
FM
直线FM的方程为y=(x+c),
令x=0,可得y=,
则P,
则OP的中点坐标为,
联立
解得M,
因为直线AM经过OP的中点,
所以=,
则2b2=ac+c2,2(c2-a2)=ac+c2,
即c2-ac-2a2=0,
则e2-e-2=0,
解得e=-1 (舍)或e=2.
四、解答题
13.(2022·衡水中学模拟)双曲线x2-=1(b>0)的左、右焦点分别为F ,F ,直线l过F 且与
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双曲线交于A,B两点.
(1)若l的倾斜角为,△FAB是等边三角形,求双曲线的渐近线方程;
1(2)设b=,若l的斜率存在,且(F1A+F1B)·AB=0,求l的斜率.
解 (1)设A(x ,y ).
A A
由题意知,F(c,0),c=,
2
y=b2(c2-1)=b4,
因为△FAB是等边三角形,
1
所以2c=|y |,
A
即4(1+b2)=3b4,
解得b2=2.
故双曲线的渐近线方程为y=±x.
(2)由已知,F(-2,0),F(2,0).
1 2
设A(x,y),B(x,y),
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直线l:y=k(x-2).显然k≠0.
由
得(k2-3)x2-4k2x+4k2+3=0.
因为l与双曲线交于两点,
所以k2-3≠0,且Δ=36(1+k2)>0.
设AB的中点为M(x ,y ).
M M
由(F1A+F1B)·AB=0,即F1M·AB=0,
知FM⊥AB,故
1
而x ==,
M
y =k(x -2)=, =,
M M
所以·k=-1,得k2=,
故l的斜率为±.