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§8.9 圆锥曲线压轴小题突破练
题型一 离心率范围问题
例1 (1)已知F是椭圆+=1(a>b>0)的右焦点,若直线x=与x轴的交点为A,在椭圆上存在
点P满足线段AP的垂直平分线过点F,则椭圆的离心率的取值范围是( )
A. B.
C.[-1,1] D.
答案 D
解析 由题意,椭圆上存在点P,使得线段AP的垂直平分线过点F,即F点到P点与A点
的距离相等,
又|FA|=-c=,|PF|∈[a-c,a+c],
∴∈[a-c,a+c],
∴ac-c2≤b2≤ac+c2,
∴
∴又∵e∈(0,1),
∴e∈.
(2)(2022·哈尔滨模拟)已知双曲线的方程是-=1(a>0,b>0),点F ,F 为双曲线的两个焦点,
1 2
以FF 为直径的圆与双曲线相交于点P(点P在第一象限),若∠PFF≤,则双曲线离心率的
1 2 1 2
取值范围是( )
A. B.[+1,+∞)
C. D.(1,+1]
答案 D
解析 由题意=sin∠PFF≤sin =,
1 2
所以0<|PF|≤c,
2
又|PF|2+|PF|2=4c2,
1 2
即(|PF|+2a)2+|PF|2=4c2,
2 2
所以4c2≤(c+2a)2+c2,整理得2a2+2ac-c2≥0,
所以e2-2e-2≤0,又e>1,故解得1|PF|,
1 2 1 2
由椭圆和双曲线的定义可得
得
设|FF|=2c,
1 2
因为∠FPF=,
1 2
由余弦定理得
|FF|2=|PF|2+|PF|2-2|PF||PF|cos∠FPF,
1 2 1 2 1 2 1 2
即4c2=(a+a)2+(a-a)2-2(a+a)(a-a)cos ,
1 2 1 2 1 2 1 2
整理得a+3a=4c2,
故+=4.
又4=+≥2=,
即2≥,所以ee≥,
1 2
即ee 的最小值为,
1 2
当且仅当=,
即e=,e=时,等号成立.
1 2
(2)已知椭圆C:+=1(a>b>0),点P是C上任意一点,若圆O:x2+y2=b2上存在点M,N,
使得∠MPN=120°,则C的离心率的取值范围是( )
A. B. C. D.
答案 C
解析 连接OP,当P不为椭圆的上、下顶点时,
设直线PA,PB分别与圆O切于点A,B,∠OPA=α,
∵存在M,N使得∠MPN=120°,
∴∠APB≥120°,即α≥60°,又α<90°,
∴sin α≥sin 60°,
连接OA,则sin α==≥,
∴|OP|≤.
又P是C上任意一点,
则|OP| ≤,
max
又|OP| =a,∴a≤,
max
则由a2=b2+c2,得e2≤,
又0b>0),其左、右焦点分别为F ,F ,其离心
1 2
率e=,点P为该椭圆上一点,且满足∠FPF =,已知△FPF 的内切圆半径为r=,则该
1 2 1 2
椭圆的长轴长为( )
A.2 B.4 C.6 D.12
答案 D
解析 由e=,
得=,即a=2c.①
在△FPF 中,根据椭圆的定义及焦点三角形的面积公式,
1 2
得 =b2tan =r(2a+2c),
即b2=(a+c),②
由a2=b2+c2,③
联立①②③,得c=3,a=6,b=3,
所以该椭圆的长轴长为2a=2×6=12.
(2)(2022·石家庄模拟)已知双曲线C:-=1(a>0,b>0),过原点O的直线交C于A,B两点
(点B在右支上),双曲线右支上一点P(异于点B)满足BA·BP=0,直线PA交x轴于点D,若
∠ADO=∠AOD,则双曲线C的离心率为( )
A. B.2 C. D.3
答案 A
解析 如图,BA·BP=0,∴BA⊥BP,令k =k,
AB
∵∠ADO=∠AOD,
∴k =-k =-k,
AP AB
又BA⊥BP,∴k =-,
PB
依题意,k ·k =,
PB PA
∴-·(-k)=,
∴=1,即e=.
思维升华 焦点三角形的面积公式:P为椭圆(或双曲线)上异于长轴端点的一点,且∠FPF
1 2
=θ,
则椭圆中 =b2·tan ,
双曲线中 =.
周角定理:已知A,B为椭圆(或双曲线)上关于原点对称的两点,点P为椭圆(或双曲线)上异
于A,B的任一点,
则椭圆中k ·k =-,
PA PB
双曲线中k ·k =.
PA PB
跟踪训练2 (1)如图,F ,F 是椭圆C :+y2=1与双曲线C 的公共焦点,A,B分别是
1 2 1 2
C ,C 在第二、四象限的公共点.若四边形AFBF 为矩形,则C 的离心率是( )
1 2 1 2 2
A. B.
C. D.
答案 D
解析 设双曲线C 的方程为-=1,
2
则有a+b=c=c=4-1=3.
又四边形AFBF 为矩形,
1 2
所以△AFF 的面积为btan 45°=,
1 2
即b=b=1.
所以a=c-b=3-1=2.
故双曲线的离心率e===.
(2)设椭圆+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F ,F ,上、下顶点分别为A,B,直线AF 与
1 2 2
该椭圆交于A,M两点,若∠FAF=90°,则直线BM的斜率为( )
1 2
A. B. C.-1 D.-答案 B
解析 ∵∠FAF=90°,
1 2
∴△FAF 为等腰直角三角形,
1 2
∴b=c,∴a2=2b2=2c2,
∴=,且∠AFO=45°,
2
∴k =-1,
MA
又k ·k =-=-,
MA MB
∴k =.
MB
命题点2 抛物线中二级结论的应用
例3 (1)(2022·“四省八校”联考)已知抛物线y2=4x过焦点F的直线与抛物线交于A,B两
点,则2|AF|+|BF|的最小值为( )
A.2 B.2+3 C.4 D.3+2
答案 D
解析 因为p=2,
所以+==1,
所以2|AF|+|BF|=(2|AF|+|BF|)
=3++
≥3+2
=3+2,
当且仅当|BF|=|AF|时,等号成立,
因此2|AF|+|BF|的最小值为3+2.
(2)(2023·长沙模拟)已知抛物线C:y2=16x,倾斜角为的直线l过焦点F交抛物线于A,B两
点,O为坐标原点,则△ABO的面积为________.
答案 64
解析 方法一 (常规解法)
依题意,抛物线C:y2=16x的焦点为F(4,0),
直线l的方程为x=y+4.
由
消去x,整理得y2-16y-64=0.
设A(x,y),B(x,y),
1 1 2 2
则y+y=16,yy=-64.
1 2 1 2S =|y-y|·|OF|=2
△OAB 1 2
=2=64.
方法二 (活用结论)
依题意,抛物线y2=16x,p=8.
又l的倾斜角α=.
所以S ===64.
△OAB
思维升华 与抛物线的焦点弦有关的二级结论:
若倾斜角为α的直线l经过抛物线y2=2px(p>0)的焦点,且与抛物线相交于A(x ,y),B(x ,
1 1 2
y)(y>y)两点,则
2 1 2
①焦半径|AF|=x+=,
1
|BF|=x+=,
2
②焦点弦长|AB|=x+x+p=,
1 2
③S =(O为坐标原点),
△OAB
④xx=,yy=-p2,
1 2 1 2
⑤+=,
⑥以AB为直径的圆与准线相切,以FA为直径的圆与y轴相切.
跟踪训练3 已知A,B是过抛物线y2=2px(p>0)焦点F的直线与抛物线的交点,O是坐标原
点,且满足AB=3FB,S =|AB|,则|AB|的值为( )
△OAB
A. B. C.4 D.2
答案 A
解析 如图,不妨令直线AB的倾斜角为α,α∈,
∵AB=3FB,
∴F为AB的三等分点,
令|BF|=t,则|AF|=2t,
由+=,
得+=⇒t=p,
∴|AB|=3t=p,
又|AB|=,
∴=p⇒sin α=,又S =|AB|,
△OAB
∴=|AB|,
即=·p⇒p=2,
∴|AB|=.
题型三 圆锥曲线与其他知识的综合
例4 (多选)油纸伞是中国传统工艺品,至今已有1 000多年的历史,为宣传和推广这一传
统工艺,某市文化宫于春分时节开展油纸伞文化艺术节.活动中,某油纸伞撑开后摆放在户
外展览场地上,如图所示,该伞的伞沿是一个半径为1的圆,圆心到伞柄底端的距离为1,
阳光照射油纸伞在地面上形成了一个椭圆形的影子(春分时,该市的阳光照射方向与地面的
夹角为60°),若伞柄底端正好位于该椭圆的左焦点位置,则( )
A.该椭圆的离心率为
B.该椭圆的离心率为2-
C.该椭圆的焦距为
D.该椭圆的焦距为2-1
答案 BC
解析 sin(60°+45°)=sin 60°cos 45°+cos 60°sin 45°=,
如图,A,B分别是椭圆的左、右顶点,F 是椭圆的左焦点,BC是圆的直径,D为圆的圆心.
1
因为|BD|=|DF|=1,DF⊥BC,所以|BF|=,
1 1 1
设椭圆的长轴长为2a,焦距为2c,则a+c=.
因为∠A=60°,∠B=45°,|BC|=2,|AB|=2a,
由正弦定理得=,
解得a=,
所以c=-a=,
所以==2-,2c=.
思维升华 高考对圆锥曲线的考查,经常出现一些与其他知识交汇的题目,如与平面向量交
汇、与三角函数交汇、与不等式交汇、与导数交汇等等,这些问题的实质是圆锥曲线问题,
体现出数学的应用性.
跟踪训练4 (多选)(2022·福州质检)如图为陕西博物馆收藏的国宝——唐·金筐宝钿团花纹金杯,杯身曲线内收,巧夺天工,是唐代金银细作的典范.该杯的主体部分可以近似看作是双
曲线C:-=1(a>0,b>0)的右支与直线x=0,y=4,y=-2围成的曲边四边形ABMN绕y
轴旋转一周得到的几何体,若该金杯主体部分的上口外直径为,下底外直径为,双曲线 C
与坐标轴交于D,E两点,则( )
A.双曲线C的方程为-=1
B.双曲线-x2=1与双曲线C共渐近线
C.存在一点,使过该点的任意直线与双曲线C有两个交点
D.存在无数个点,使它与D,E两点的连线的斜率之积为3
答案 ABD
解析 依题意可知M,N,
对于A,将M,N的坐标分别代入-=1,
得解得a2=3,b2=9,
所以双曲线C的方程为-=1,
其渐近线为y=±x,故A正确;
对于B,由-x2=1,
可知其渐近线为y=±x,故B正确;
对于C,由双曲线的性质可知,渐近线与双曲线没有交点,与渐近线平行的直线与双曲线有
一个交点,故不存在点,使过该点的任意直线与双曲线C有两个交点,故C错误;
对于D,设双曲线上一点P(x,y),y≠0,
0 0 0
则-=1,即y=3x-9,
由题可知D(-,0),E(,0),
则k =,
PD
k =,
PE
k ·k =·==3,
PD PE
即存在无数个点,使它与D,E两点的连线的斜率之积为3,故D正确.课时精练
1.已知F ,F 是椭圆的两个焦点,满足MF1·MF2=0的点M总在椭圆内部,则椭圆离心率
1 2
的取值范围是( )
A.(0,1) B.
C. D.
答案 C
解析 ∵MF1·MF2=0,
∴点M的轨迹是以FF 为直径的圆,其半径r=c,
1 2
依题意,该圆总在椭圆内部,
∴c0,b>0)的左、右焦点分别为F ,F ,直线l:y
1 2
=kx(k≠0)与C交于M,N两点,且四边形MF NF 的面积为8a2.若点M关于点F 的对称点
1 2 2
为M′,且|M′N|=|MN|,则C的离心率是( )
A. B. C.3 D.5
答案 B
解析 如图,由对称性知MN与FF 互相平分,
1 2
∴四边形MF NF 为平行四边形,
2 1
∵F 为MM′的中点,且|MN|=|M′N|,
2
∴NF ⊥MF ,
2 2
∴MF NF 为矩形,
2 1
∴ =4a2,
又 ==4a2,
即b2=4a2,∴c2-a2=4a2,
即c2=5a2,∴e==.
3.已知双曲线C的中心在坐标原点,其中一个焦点为F(-2,0),过F的直线l与双曲线C
交于A,B两点,且AB的中点为N(-3,-1),则C的离心率为( )
A. B. C. D.
答案 B解析 由F,N两点的坐标得直线l的斜率k=1.
∵双曲线一个焦点为(-2,0),∴c=2.
设双曲线C的方程为-=1(a>0,b>0),
则a2+b2=4.
∵k =k =1,且k =,
AB NF ON
∴k ·k ==,
AB ON
即a2=3b2,
易得a2=3,b2=1,c2=4,
∴双曲线C的离心率e==.
4.已知F是抛物线C:y2=4x的焦点,过点F作两条相互垂直的直线l ,l ,直线l 与C相
1 2 1
交于A,B两点,直线l 与C相交于D,E两点,则|AB|+|DE|的最小值为( )
2
A.16 B.14 C.12 D.10
答案 A
解析 如图,设直线l 的倾斜角为θ,θ∈,
1
则直线l 的倾斜角为+θ,
2
由抛物线的焦点弦弦长公式知
|AB|==,
|DE|==,
∴|AB|+|DE|=+==≥16,
当且仅当sin 2θ=1,即θ=时,等号成立,即|AB|+|DE|的最小值为16.
5.(多选)已知双曲线C:x2-=1的左、右焦点分别为F ,F ,点P在双曲线C的右支上,
1 2
若∠FPF=θ,△PFF 的面积为S,则下列命题正确的是( )
1 2 1 2
A.若θ=60°,则S=4
B.若S=4,则|PF|=2
2
C.若△PFF 为锐角三角形,则S∈(4,4)
1 2
D.若△PFF 的重心为G,随着点P的运动,点G的轨迹方程为9x2-=1
1 2
答案 ACD
解析 由x2-=1,得a2=1,b2=4,则a=1,b=2,c=,
焦点△PFF 的面积公式S==,将θ=60°代入可知S=4,故A正确;
1 2
当S=4时,θ=90°,由可得|PF|=2,故B错误;
2当∠FPF =90°时,S=4,当∠PFF =90°时,S=4,因为△PFF 为锐角三角形,所以
1 2 2 1 1 2
S∈(4,4),故C正确;
设G(x,y),P(x ,y)(x>1),则x-=1(x>1),由题设知F(-,0),F(,0),则所以点G的
0 0 0 0 1 2
轨迹方程为9x2-=1,故D正确.
6.(多选)(2022·济宁模拟)设椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F ,F ,上、下顶点
1 2
分别为A,A,点P是C上异于A,A 的一点,则下列结论正确的是( )
1 2 1 2
A.若C的离心率为,则直线PA 与PA 的斜率之积为-
1 2
B.若PF⊥PF,则△PFF 的面积为b2
1 2 1 2
C.若C上存在四个点P使得PF⊥PF,则C的离心率的取值范围是
1 2
D.若|PF|≤2b恒成立,则C的离心率的取值范围是
1
答案 BD
解析 设P(x,y),
0 0
所以+=1,
因为e==,
所以a=2c,
所以a2=b2,
所以 =-=-,
所以A错误;
若PF⊥PF,△PFF 的面积为b2tan =b2,
1 2 1 2
所以B正确;
若C上存在四个点P使得PF⊥PF,
1 2
即C上存在四个点P使得△PFF 的面积为b2,
1 2
所以·2c·b>b2,
所以c>b,所以c2>a2-c2,
故e∈,
所以C错误;
若|PF|≤2b恒成立,所以a+c≤2b,
1
所以a2+c2+2ac≤4b2=4(a2-c2),
所以5e2+2e-3≤0,
故00)的焦点F(1,0)且与抛物线交于A,B两点,则|AF|-的最小值
为________.
答案 2-2解析 方法一 已知=1,即p=2,
所以抛物线的方程为y2=4x,
若直线l与x轴重合,则该直线与抛物线只有一个交点,不符合题意;
设直线l的方程为x=my+1,A(x,y),B(x,y).
1 1 2 2
联立可得y2-4my-4=0,
则
所以+=+=+
==
==1.
所以=1-,
则|AF|-=|AF|-2=|AF|+-2≥2-2=2-2,
当且仅当|AF|=时,等号成立,故|AF|-的最小值为2-2.
方法二 因为=1,所以p=2,
又+=,
所以+=1,
所以=1-,
因为|AF|-=|AF|-2
=|AF|+-2
≥2-2,
当且仅当|AF|=时,等号成立,
所以|AF|-的最小值为2-2.
8.(2023·苏州模拟)如图,一个酒杯的内壁的轴截面是抛物线的一部分,杯口宽4 cm,杯深
8 cm,称为抛物线酒杯.
(1)在杯口放一个表面积为36π cm2的玻璃球,则球面上的点到杯底的最小距离为_____ cm;
(2)在杯内放入一个小的玻璃球,要使球触及酒杯底部,则玻璃球的半径的取值范围为
____________(单位:cm).
答案 (1)6 (2)
解析 因为杯口放一个表面积为36π cm2的玻璃球,所以球的半径为3 cm,
又因为杯口宽4 cm,所以|AB|=4,|C A|=|C B|=3,C D⊥AB,
1 1 1
所以|AD|=|BD|=2,
所以|C D|===1,
1
所以|DE|=2,
又因为杯深8 cm,即|OD|=8,
故最小距离为|OD|-|DE|=6,
如图1所示,建立直角坐标系,易知B(2,8),设抛物线的方程为y=mx2,
所以将B(2,8)代入,得m=1,
故抛物线方程为y=x2,
图1 图2
当杯内放入一个小的玻璃球,要使球触及酒杯底部,如图2,设玻璃球轴截面所在圆的方程
为x2+(y-r)2=r2,
依题意,需满足抛物线上的点到圆心的距离大于等于半径恒成立,即≥r,
则有x2(x2+1-2r)≥0恒成立,
解得1-2r≥0,可得0