当前位置:首页>文档>第32节圆锥曲线中的定点定值问题(解析版)_2.2025数学总复习_赠品通用版(老高考)复习资料_一轮复习_备战2023年高考数学一轮复习考点帮(全国通用)

第32节圆锥曲线中的定点定值问题(解析版)_2.2025数学总复习_赠品通用版(老高考)复习资料_一轮复习_备战2023年高考数学一轮复习考点帮(全国通用)

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第32节圆锥曲线中的定点定值问题(解析版)_2.2025数学总复习_赠品通用版(老高考)复习资料_一轮复习_备战2023年高考数学一轮复习考点帮(全国通用)
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docx
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文档页数
23 页
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文档内容

第 32 节 圆锥曲线中的定点定值问题 基本技能要落实 考点一 直线过定点问题 【例1】(2022·兰州一模)设M点为圆C:x2+y2=4上的动点,点M在x轴上的投影为 N.动点P满足2PN=MN,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:y=kx+m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. 【解析】(1)解 设点M(x ,y ),P(x,y),由题意可知N(x ,0), 0 0 0 ∵2PN=MN,∴2(x -x,-y)=(0,-y ), 0 0 即x =x,y =y, 0 0 又点M在圆C:x2+y2=4上,∴x+y=4, 将x =x,y =y代入得+=1, 0 0 即轨迹E的方程为+=1. (2)证明 由(1)可知D(-2,0),设A(x ,y ),B(x ,y ), 1 1 2 2 联立得得(3+4k2)x2+8mkx+4(m2-3)=0, Δ=(8mk)2-4(3+4k2)(4m2-12)=16(12k2-3m2+9)>0, 即3+4k2-m2>0,∴x +x =,x x =. 1 2 1 2 y y =(kx +m)(kx +m)=k2x x +mk(x +x )+m2=. 1 2 1 2 1 2 1 2 ∵|DA+DB|=|DA-DB|,∴DA⊥DB, 即DA·DB=0, 即(x +2,y )·(x +2,y )=x x +2(x +x )+4+y y =0, 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 ∴+2×+4+=0, ∴7m2-16mk+4k2=0, 解得m =2k,m =k,且均满足3+4k2-m>0. 1 2 当m=2k时,l的方程为y=kx+2k=k(x+2), 直线恒过点(-2,0),与已知矛盾; 当m=k时,l的方程为y=kx+k=k,直线恒过点. ∴直线l过定点,定点坐标为.【方法技巧】 圆锥曲线中定点问题的两种解法 (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. 【跟踪训练】 1.已知点P是椭圆C:+=1(a>b>0)上一点,F ,F 分别是椭圆的左、右焦点,|PF |+| 1 2 1 PF |=4. 2 (1)求椭圆C的标准方程; (2)设直线l不经过P点且与椭圆C相交于A,B两点.若直线PA与直线PB的斜率之和 为1,问:直线l是否过定点?证明你的结论. 【解析】(1)由|PF |+|PF |=4,得a=2, 1 2 又P在椭圆上, 代入椭圆方程有+=1,解得b=, 所以椭圆C的标准方程为+=1. (2)当直线l的斜率不存在时,A(x ,y ),B(x ,-y ), 1 1 1 1 k +k ==1,解得x =-4,不符合题意; 1 2 1 当直线l的斜率存在时,设直线l的方程y=kx+m, A(x ,y ),B(x ,y ), 1 1 2 2 由整理得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0, x +x =,x x =,Δ=48(4k2-m2+3)>0. 1 2 1 2 由k +k =1,整理得(2k-1)x x +(x +x )+2m-4=0, 1 2 1 2 1 2 即(m-4k)(2m-2k-3)=0. 当m=k+时,此时,直线l过P点,不符合题意; 当m=4k时,Δ=4k2-m2+3>0有解,此时直线l:y=k(x+4)过定点(-4,0). 考点二 其他曲线过定点问题 【例2】已知椭圆C :+=1(a>b>0)的左、右顶点分别是双曲线C :-y2=1的左、右 1 2 焦点,且C 与C 相交于点. 1 2 (1)求椭圆C 的标准方程; 1 (2)设直线l:y=kx-与椭圆C 交于A,B两点,以线段AB为直径的圆是否恒过定点? 1若恒过定点,求出该定点;若不恒过定点,请说明理由. 【解析】(1)将代入-y2=1,解得m2=1, ∴a2=m2+1=2, 将代入+=1,解得b2=1, ∴椭圆C 的标准方程为+y2=1. 1 (2)设A(x ,y ),B(x ,y ), 1 1 2 2 由整理得(9+18k2)x2-12kx-16=0, ∴x +x =,x x =, 1 2 1 2 Δ=144k2+64(9+18k2)>0. 由对称性可知,以AB为直径的圆若恒过定点,则定点必在y轴上. 设定点为M(0,y ),则 0 MA=(x ,y -y ),MB=(x ,y -y ), 1 1 0 2 2 0 MA·MB=x x +(y -y )(y -y ) 1 2 1 0 2 0 =x x +y y -y (y +y )+y 1 2 1 2 0 1 2 =x x +k2x x -(x +x )-y++y 1 2 1 2 1 2 0 =(1+k2)x x -k(x +x )+y+y + 1 2 1 2 0 ==0, ∴解得y =1, 0 ∴M(0,1), ∴以线段AB为直径的圆恒过定点(0,1). 【方法技巧】 1.定点问题,先猜后证,可先考虑运动图形是否有对称性及特殊(或极端)位置猜想,如 直线的水平位置、竖直位置,即k=0或k不存在时. 2.以曲线上的点为参数,设点P(x ,y ),利用点在曲线f(x,y)=0上,即f(x ,y )=0消 1 1 1 1 参. 【跟踪训练】 1.(2022·湖南三湘名校联考)已知椭圆C:+=1(a>b≥1)的离心率为,其上焦点到直线 bx+2ay-=0的距离为. (1)求椭圆C的方程; (2)过点P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. 【解析】(1)由题意得,e==, 又a2=b2+c2, 所以a=b,c=b. 又=,a>b≥1, 所以b2=1,a2=2, 故椭圆C的方程为+x2=1. (2)当AB⊥x轴时,以线段AB为直径的圆的方程为+y2=. 当AB⊥y轴时,以线段AB为直径的圆的方程为x2+y2=1. 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y=k,代入+x2=1, 并整理得(k2+2)x2-k2x+k2-2=0, 设A(x ,y ),B(x ,y ), 1 1 2 2 则x +x =,x x =, 1 2 1 2 所以QA·QB=(x +1)(x +1)+y y 1 2 1 2 =x x +x +x +1+k2 1 2 1 2 =(1+k2)x x +(x +x )+1+k2 1 2 1 2 =(1+k2)·+·+1+k2=0, 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). 考点三 长度或距离为定值 【例3】(2020·北京卷)已知椭圆C:+=1过点A(-2,-1),且a=2b. (1)求椭圆C的方程; (2)过点B(-4,0)的直线l交椭圆C于点M,N,直线MA,NA分别交直线x=-4于点 P,Q,求的值. 【解析】(1)由椭圆过点A(-2,-1),得+=1. 又a=2b,∴+=1,解得b2=2,∴a2=4b2=8,∴椭圆C的方程为+=1. (2)当直线l的斜率不存在时,显然不合题意. 设直线l:y=k(x+4), 由得(4k2+1)x2+32k2x+64k2-8=0. 由Δ>0,得-<k<. 设M(x ,y ),N(x ,y ), 1 1 2 2 则x +x =,x x =. 1 2 1 2 又∵直线AM:y+1=(x+2), 令x=-4,得y =-1. P 将y =k(x +4)代入,得y =. 1 1 P 同理y =. Q ∴y +y =-(2k+1) P Q =-(2k+1)· =-(2k+1)· =-(2k+1)·=0. ∴|PB|=|BQ|,∴=1. 【方法技巧】 1.定点问题,先猜后证,可先考虑运动图形是否有对称性及特殊(或极端)位置猜想,如 直线的水平位置、竖直位置,即k=0或k不存在时. 2.以曲线上的点为参数,设点P(x ,y ),利用点在曲线f(x,y)=0上,即f(x ,y )=0消 1 1 1 1 参. 【跟踪训练】 1.在平面直角坐标系xOy中,已知双曲线C :2x2-y2=1.设椭圆C :4x2+y2=1.若M, 1 2 N分别是C ,C 上的动点,且OM⊥ON,求证:O到直线MN的距离是定值. 1 2 【解析】当直线ON垂直于x轴时,|ON|=1,|OM|=,则O到直线MN的距离为, 当直线ON不垂直于x轴时,设直线 ON的方程为y=kx,则直线OM的方程为y=- x, 由得所以|ON|2=, 同理|OM|2=, 设O到直线MN的距离为d,因为(|OM|2+|ON|2)d2=|OM|2|ON|2,所以=+==3,即d=. 综上,O到直线MN的距离是定值. 考点四 斜率或其表达式为定值 【例4】(2022·西安调研)已知点Q是圆M:(x+)2+y2=36上的动点,点N(,0),若线 段QN的垂直平分线交MQ于点P. (1)求动点P的轨迹E的方程; (2)若A是轨迹E的左顶点,过点D(-3,8)的直线l与轨迹E交于B,C两点,求证: 直线AB,AC的斜率之和为定值. 【解析】(1)解 由题意可知,线段QN的垂直平分线交MQ于点P,所以|PN|=|PQ|, 则|PM|+|PN|=|PM|+|PQ|=6>2,所以P的轨迹是以M,N为焦点的椭圆, 设该椭圆方程为+=1(a>b>0),则2a=6,c=,所以b2=4, 可得动点P的轨迹E的方程为+=1. (2)证明 由(1)可得,过点D的直线l斜率存在且不为0, 故可设l的方程为y=kx+m(k≠0),B(x ,y ),C(x ,y ), 1 1 2 2 由得(4+9k2)x2+18kmx+9m2-36=0, Δ=(18km)2-4(4+9k2)(9m2-36)=144(9k2-m2+4)>0, x +x =-,x x =, 1 2 1 2 而k +k =+= AB AC = = = =, 由于直线l过点D(-3,8),所以-3k+m=8, 所以k +k =(即为定值). AB AC 【跟踪训练】 1.(2022·大同模拟)如图,在平面直角坐标系xOy中,椭圆C:+=1(a>b>0)的左、右顶 点分别为A,B,已知|AB|=4,且点在椭圆上,其中e是椭圆的离心率.(1)求椭圆C的方程; (2)设P是椭圆C上异于A,B的点,与x轴垂直的直线l分别交直线AP,BP于点M, N,求证:直线AN与直线BM的斜率之积是定值. 【解析】(1)解 ∵|AB|=4,∴2a=4,∴a=2, 又点在椭圆上, ∴+=1, 又b2+c2=a2=4,联立方程组解得b2=3, ∴椭圆方程为+=1. (2)证明 设点P的坐标为(s,t),点M,N的横坐标为m(m≠±2), 则直线AP的方程为y=(x+2), 故M,故直线BM的斜率k =, 1 同理可得直线AN的斜率k =, 2 故k k =×=, 1 2 又点P在椭圆上,∴+=1, ∴t2=-(s2-4), ∴k k ==-. 1 2 即直线AN与直线BM的斜率之积为定值. 考点五 几何图形面积为定值 【例5】(2021·昆明诊断)已知椭圆E:+=1(a>b>0)的离心率为e,点(1,e)在椭圆E上, 点A(a,0),B(0,b),△AOB的面积为,O为坐标原点. (1)求椭圆E的标准方程; (2)若直线l交椭圆E于M,N两点,直线OM的斜率为k ,直线ON的斜率为k ,且 1 2 k k =-,证明:△OMN的面积是定值,并求此定值. 1 2 【解析】(1)由得b=1. 又S =ab=,得a=3. AOB 所以 △ 椭圆E的标准方程为+y2=1.(2)当直线l的斜率不存在时,设直线l:x=t(-30, x +x =-,x x =, 1 2 1 2 k k =×===-, 1 2 化简得9k2+1=2m2,满足Δ>0. |MN|=|x -x | 1 2 =· =· =. 又原点O到直线l的距离d=, 所以S =×|MN|×d OMN △ =× ==. 综上可知,△OMN的面积为定值. 【方法技巧】 探求圆锥曲线中几何图形的面积的定值问题,一般用直接求解法,即可先利用三角形 面积公式(如果是其他凸多边形,可分割成若干个三角形分别求解)把要探求的几何图形 的面积表示出来,然后利用题中的条件得到几何图形的面积表达式中的相关量之间的 关系式,把这个关系式代入几何图形的面积表达式中,化简即可. 【跟踪训练】 1.已知点F(0,2),过点P(0,-2)且与y轴垂直的直线为l ,l ⊥x轴,交l 于点N,直 1 2 1 线l垂直平分FN,交l 于点M. 2 (1)求点M的轨迹方程; (2)记点M的轨迹为曲线E,直线AB与曲线E交于不同两点A(x ,y ),B(x ,y ),且x 1 1 2 2 2-1=x +m2(m为常数),直线l′与AB平行,且与曲线E相切,切点为C,试问△ABC 1 的面积是否为定值.若为定值,求出△ABC的面积;若不是定值,说明理由. 【解析】(1)由题意得|FM|=|MN|,即动点M到点F(0,2)的距离和到直线y=-2的距 离相等,所以点M的轨迹是以F(0,2)为焦点,直线y=-2为准线的抛物线,根据抛 物线定义可知点M的轨迹方程为x2=8y. (2)由题意知,直线AB的斜率存在,设其方程为 y=kx+b,由消去x整理得x2-8kx- 8b=0. 则x +x =8k,x ·x =-8b. 1 2 1 2 设AB的中点为Q,则点Q的坐标为(4k,4k2+b). 由条件设切线方程为y=kx+t,由消去y整理得x2-8kx-8t=0. ∵直线与抛物线相切,∴Δ=64k2+32t=0,∴t=-2k2, ∴切点C的横坐标为4k,∴点C的坐标为(4k,2k2). ∴CQ⊥x轴,∵x -x =m2+1, 2 1 ∴(x -x )2=(x +x )2-4(-8b) 2 1 1 2 =64k2+32b=(m2+1)2, ∴b=. ∴S =|CQ|·|x -x | ABC 2 1 =·( △ 2k2+b)·(x -x ) 2 1 =, ∵m为常数,∴△ABC的面积为定值. 达标检测要扎实 1.给定椭圆C: ,称圆心在原点O、半径是 的圆为椭圆C的“准 圆”.已知椭圆C的一个焦点为 ,其短轴的一个端点到点F的距离为 . (1)求椭圆C及其“准圆”的方程; (2)若点A是椭圆C的“准圆”与x轴正半轴的交点,B,D是椭圆C上的相异两点,且 轴, 求 的取值范围;(3)在椭圆C的“准圆”上任取一点 ,过点P作两条直线 , ,使得 , 与椭圆C都只有 一个公共点,且 , 分别与椭圆的“准圆”交于M,N两点.证明:直线MN过原点O. 【解析】 (1)解:由题意知 , ,解得 , ∴椭圆C的方程为 ,其“准圆”为 ; (2)由题意,设 , , ,则有 , 又A点坐标为 ,故 , , ∴ , 又 ,∴ , ∴ 的取值范围是 ; (3) 设 ,则 , 当 时, ,则 , 其中之一斜率不存在,另一条斜率为0,∴ ; 当 时,设过 且与有一个公共点的直线l的斜率为k, 则l的方程为: ,代入椭圆C的方程, 得: ,即 , 由 , 得: ,将 代入上式得,其中 , 设 , 的斜率分别为 , ,则 , 分别是上述方程的两个根,∴ , ∴ . 综上所述, ,∴MN是准圆的直径,∴直线MN过原点O; 综上,椭圆方程为 ,“准圆”为 , 的取值范围是 . 2.已知椭圆 : 的左、右焦点分别为 , ,离心率 , 为椭圆上一 动点, 面积的最大值为2. (1)求椭圆 的方程; (2)若 , 分别是椭圆 长轴的左、右端点,动点 满足 ,连接 交椭圆于点 , 为坐标原点.证明: 为定值. 【解析】 (1)当P为短轴端点时, 的面积最大, ,故 解得 ,故椭圆 的方程为 . (2)由(1)知, ,设直线 , , , 联立 整理得 , 由 得 , ,, , 故 为定值4. 3.已知椭圆 ,上顶点和右顶点分别是 、 ,椭圆上有两个动点 、 , 且 ,如图所示,已知 ,且焦距为 . (1)求椭圆的标准方程; (2)求四边形 面积的最大值; (3)若 点在第二象限,求证:直线 与直线 的斜率之积为定值,并求直线 与直线 的交 点 的轨迹方程. 【解析】 (1)因为 ,所以 , 由于焦距为 ,所以 , , 所以 所以椭圆的标准方程为 (2)因为 ,所以 ,所以 , 设直线 的方程为 ,, , , ,由 得 , 由△ 得 , , , 直线 方程为 ,所以 , 直线 与 之间的距离为 , 所以四边形 的面积 , 令 ,则 , 令 ,则 , 所以 ,所以当 时, 即 时,四边形 最大值为16, (3)由第(2)问得 , , , 设直线 方程为 ,直线 方程为 , 解法一:设 ,由 ,得 , 所以 ,所以 , 又因为点 在第二象限,所以 ,即 所以交点 的轨迹方程为 ; 解法二:设 ,则直线 与 交点的轨迹方程为 , 即 ,所以 , 所以 或 , 因为直线 方程为 ,所以 , 又因为点 在第二象限,所以 , 即 所以交点 的轨迹方程为 . 4.在平面直角坐标系xOy中,已知点 , ,点M满足 .记M的 轨迹为C. (1)求C的方程; (2)设点P为x轴上的动点,经过 且不垂直于坐标轴的直线l与C交于A,B两点,且 , 证明: 为定值. 【解析】 (1)由椭圆的定义可知:M的轨迹为以 , 为焦点的椭圆,且 , ,所以 , 所以C的方程为 (2)设直线l为: , 则联立 得: , 设 ,则 , , , 则 ,AB中点坐标为 , 所以AB的垂直平分线为 , 令 得: , 所以 , , 5.动点 与定点 的距离和 到定直线 的距离之比是常数 ,记动点 的轨迹为曲线 . (1)求曲线 的方程; (2)设 是曲线 上的一动点,由原点 向圆 引两条切线,分别交曲线 于点 ,若直线 的斜率均存在,并分别记为 ,试问 是否为定值?若是, 求出该值;若不是,请说明理由. 【解析】 (1)由题意,点 与定点 的距离 ,点 到直线 的距离 ,所以 ,即 , 化简得 ,故曲线 的方程为 ; (2)由题意可得,直线 的方程分别为 ,设 .由直线 与圆 相切可得 . ,同理 , 所以 是方程 的两个根,所以 , 所以 , , 因为 是曲线 上的一动点,所以 , 则有 , 联立方程 ,所以 , 所以 ,同理 所以 , 因为 ,所以 , 所以 . 6.已知 与 外切,与 内切. (1)求点 的轨迹方程; (2)若 是点 的轨迹上的两点, 为坐标原点,直线 的斜率分别为 ,直线 的斜 率存在, 的面积为 ,证明: 为定值. 【解析】 (1)设 的半径为 ,则 ,,故点 的轨迹与椭圆有关, , 又由椭圆定义可知,点 的轨迹方程为 ; (2)证明:设 ,直线 的方程为 , 将 代入 整理得 , 有 , , 原点 到直线 的距离为 , ,即 , . 将 代入得 . 7.已知椭圆C: 的焦点是 、 ,且由椭圆上顶点、右焦点和原点 组成的三角形面积为 . (1)求椭圆C的方程; (2)设 , 、 是椭圆C上关于 轴对称的任意两个不同的点,连接 交椭圆C于另一点 E,证明:直线 与 轴相交于定点.【解析】 (1)设椭圆 : 的上顶点、右顶点和原点分别为 ,半焦距为 , , 所以所求椭圆 的方程为 (2)设 、 、 ,直线 的方程为 ,则 由 得: , 所以直线 与 轴相交于定点 8.已知 是圆 上的动点, 是线段 上一点, ,且 (1)求点 的轨迹 的方程 (2)过 的直线 分别与轨迹 交于点 和点 ,且 ,若 分别为 的中点,求证:直线NH过定点 【解析】 (1)由题意知 , . 因为 ,所以 ,所以点M的轨迹C是以A,B为左、右焦点,长轴长为4的椭圆. 设椭圆C的标准方程为 ,则a=2,c=1, 所以 ,所以点M的轨迹C的方程为 . (2)因为 ,所以 . i.当直线DE的斜率存在且不为0时,可设直线DE的方程为 (m≠0),则直线FG的方程为 . 联立 ,得消去x,可得 . 设 ,则 , , 所以 . 同理可求: . 当 时, , 所以直线NH的方程为: 整理得: , 所以直线NH过定点 . 当 时, ,直线NH: 过定点 . ii.当直线DE的斜率为0时,易得DE的中点N(0,0),FG的中点H(1,0);当直线DE的斜率不存在时,易得DE的中点N(1,0),FG的中点H(0,0). 所以当直线DE的斜率为0或不存在时, 直线NH: 过定点 . 综上所述:直线NH过定点 . 9.已知P为曲线C上一点,M,N为圆 与x轴的两个交点,直线PM,PN的斜率之积为 . (1)求C的轨迹方程; (2)若一动圆的圆心Q在曲线C上运动,半径为 .过原点O作动圆Q的两条切线,分别交椭圆 于E、F两点,当直线OE,OF的斜率存在时, 是否为定值?请证明你的结论. 【解析】 (1)由题意,不妨令 , ,设 ,则PM,PN斜率之积为 , 化简得 ,∴曲线C的轨迹方程为 . (2)设Q点坐标为 ,则 .∵圆Q与直线OE、OF相切,设直线OE: ,则 , 整理可得 , ,设关于k的方程 的两根为 、 ,易得 、 即为直线OE,OF的 斜率,所以 . 10.已知椭圆 的左右顶点是双曲线 的顶点,且椭圆 的上顶 点到双曲线 的渐近线距离为 . (1)求椭圆 的方程; (2)点F为椭圆的左焦点,不垂直于x轴且不过F点的直线l与曲线 相交于A、B两点,若直线 FA、FB的斜率之和为0,则动直线l是否一定经过一定点?若存在这样的定点,则求出该定点的坐 标;若不存在这样的定点,请说明理由. 【解析】 (1)双曲线 的顶点坐标为 ,渐近线方程为 , 依题意, ,椭圆上顶点为 到直线 的距离 ,解得 , 所以椭圆的方程为 . (2)依题意,设直线l的方程为 , 、 ,点 , 由 消去y并整理得 ,则 , ,直线FA、FB的斜率之和为 , 即 ,有 ,整理得 ,此时 , ,否则 ,直线l过F点, 因此当 且 ,即 且 时,直线l与椭圆 交于两点,直线l: ,所以符合条件的动直线l过定点 .