文档内容
第八节 解析几何压轴大题的解题策略指导
第1课时 审题上——4大策略找到解题突破口
解析几何研究的问题是几何问题,研究的方法是代数法(坐标法).因此,求解解析几何问题最
大的思维难点是转化,即几何条件代数化.如何在解析几何问题中实现代数式的转化,找到
常见问题的求解途径,是突破解析几何问题难点的关键所在.突破解析几何难题,先从找解
题突破口入手.
策略一 垂直关系的转化
[典例] 如图所示,已知圆C:x2+y2-2x+4y-4=0,问:是否存在斜
率为1的直线l,使l与圆C交于A,B两点,且以AB为直径的圆过原
点?若存在,求出直线l的方程;若不存在,请说明理由.
[解题观摩] 假设存在斜率为1的直线l,使l与圆C交于A,B两点,
且以AB为直径的圆过原点.
设直线l的方程为y=x+b,点A(x,y),B(x,y).
1 1 2 2
联立
消去y并整理得2x2+2(b+1)x+b2+4b-4=0,
所以x+x=-(b+1),xx=.①
1 2 1 2
因为以AB为直径的圆过原点,所以OA⊥OB,
即xx+yy=0.又y=x+b,y=x+b,
1 2 1 2 1 1 2 2
则xx+yy=xx+(x+b)(x+b)=2xx+b(x+x)+b2=0.由①知,b2+4b-4-b(b+1)+
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
b2=0,
即b2+3b-4=0,解得b=-4或b=1.
当b=-4或b=1时,均有Δ=4(b+1)2-8(b2+4b-4)=-4b2-24b+36>0,即直线l与圆C
有两个交点.
所以存在直线l,其方程为x-y+1=0或x-y-4=0.
[名师微点]
(1)以AB为直径的圆过原点等价于OA⊥OB,而OA⊥OB又可以“直译”为xx+yy=0,可以
1 2 1 2
看出,解此类解析几何问题的总体思路为“直译”,然后对个别难以“直译”的条件先进行
“转化”,将“困难、难翻译”的条件通过平面几何知识“转化”为“简单、易翻译”的条件
后再进行“直译”,最后联立“直译”的结果解决问题.
(2)几何关系“直角”坐标化的转化方式
①点B在以线段F F 为直径的圆上;
1 2
②F1B·F2B=0;
③k ·k =-1;
F1B F2B
④勾股定理.
以上关系可相互转化.[针对训练]
1.已知椭圆C:+=1(a>b>0)过点,且其离心率为,过坐标原点O作两条互相垂直的射线与
椭圆C分别相交于M,N两点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)是否存在圆心在原点的定圆与直线MN总相切?若存在,求定圆的方程;若不存在,请说
明理由.
解:(1)∵椭圆C经过点,∴+=1,
又∵=,解得a2=4,b2=3.
∴椭圆C的方程为+=1.
(2)当直线MN的斜率不存在时,由对称性,
设M(x,x),N(x,-x).
0 0 0 0
∵M,N在椭圆C上,∴+=1,∴x=.
∴O到直线MN的距离为d=|x|=,∴x2+y2=.
0
当直线MN的斜率存在时,
设MN的方程为y=kx+m,
由得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0.
设M(x,y),N(x,y),
1 1 2 2
则x+x=-,xx=.
1 2 1 2
∵OM⊥ON,∴xx+yy=0,
1 2 1 2
∴xx+(kx+m)(kx+m)
1 2 1 2
=(k2+1)xx+km(x+x)+m2=0.
1 2 1 2
∴(k2+1)·-+m2=0,
即7m2=12(k2+1).
∴O到直线MN的距离为d== =,
故存在定圆x2+y2=与直线MN总相切.策略二 角平分线条件的转化
[典例] 已知动圆过定点A(4,0),且在y轴上截得的弦MN的长为8.
(1)求动圆圆心的轨迹C的方程;
(2)已知点B(-1,0),设不垂直于x轴的直线l与轨迹C交于不同的两点P,Q,若x轴是
∠PBQ的角平分线,求证:直线l过定点.
[解题观摩] (1)设动圆圆心为点P(x,y),则由勾股定理得x2+42=(x-4)2+y2,化简即得圆心
的轨迹C的方程为y2=8x.
(2)证明:法一:由题意可设直线l的方程为y=kx+b(k≠0).联立得k2x2+2(kb-4)x+b2=0.
由Δ=4(kb-4)2-4k2b2>0,得kb<2.
设点P(x,y),Q(x,y),
1 1 2 2
则x+x=-,xx=.
1 2 1 2
因为x轴是∠PBQ的角平分线,所以k +k =0,
PB QB
即k +k =+=
PB QB
==0,
所以k+b=0,即b=-k,所以l的方程为y=k(x-1).
故直线l恒过定点(1,0).
法二:设直线PB的方程为x=my-1,它与抛物线C的另一个交点为Q′,设点P(x,y),
1 1
Q′(x,y),由条件可得,Q与Q′关于x轴对称,故Q(x,-y).
2 2 2 2
联立消去x得y2-8my+8=0,
其中Δ=64m2-32>0,y+y=8m,yy=8.
1 2 1 2
所以k ==,
PQ
因而直线PQ的方程为y-y=(x-x).
1 1
又yy=8,y=8x,
1 2 1
将PQ的方程化简得(y-y)y=8(x-1),
1 2
故直线l过定点(1,0).
法三:由抛物线的对称性可知,如果定点存在,
则它一定在x轴上,
所以设定点坐标为(a,0),直线PQ的方程为x=my+a.
联立消去x,整理得y2-8my-8a=0,Δ>0.
设点P(x,y),Q(x,y),则
1 1 2 2
由条件可知k +k =0,
PB QB
即k +k =+
PB QB
=
==0,
所以-8ma+8m=0.
由m的任意性可知a=1,所以直线l恒过定点(1,0).法四:设P,Q,
因为x轴是∠PBQ的角平分线,
所以k +k =+=0,
PB QB
整理得(y+y)=0.
1 2
因为直线l不垂直于x轴,所以y+y≠0,可得yy=-8.因为k ==,所以直线PQ的方程
1 2 1 2 PQ
为y-y=,即y=(x-1).
1
故直线l恒过定点(1,0).
[名师微点]
本题前面的三种解法属于比较常规的解法,主要是设点,设直线方程,联立方程,并借助判别
式、根与系数的关系等知识解题,计算量较大.解法四巧妙地运用了抛物线的参数方程进行
设点,避免了联立方程组,计算相对简单,但是解法二和解法四中含有两个参数y,y,因此
1 2
判定直线过定点时,要注意将直线的方程变为特殊的形式.
[针对训练]
2.椭圆C:+=1(a>b>0)经过点(,0),左、右焦点分别是F ,F ,P点在
1 2
椭圆上,且满足∠F PF =90°的P点只有两个.
1 2
(1)求椭圆C的方程;
(2)过F 且不垂直于坐标轴的直线l交椭圆C于A,B两点,在x轴上
2
是否存在一点N(n,0),使得∠ANB的角平分线是x轴?若存在,求出n;若不存在,请说明理
由.
解:(1)由题设知P点为椭圆的上下顶点,所以a=,
b=c,b2+c2=a2,故a=,b=1,故椭圆C方程为+y2=1.
(2)设直线l的方程为x=my+1(m≠0),联立
消x得y2+2my-1=0.
设A,B坐标为A,B,
则有y+y=-,y·y=-,
1 2 1 2
又x=my +1,x=my +1,
1 1 2 2
假设在x轴上存在这样的点N(n,0),使得x轴是∠ANB的平分线,则有k +k =0,
AN BN
而k +k =+=
AN BN
=
==0.
将y+y=-,y·y=-代入2my y+(1-n)=0,
1 2 1 2 1 2有2m+(1-n)==0,
即2m(n-2)=0.因为m≠0,故n=2.所以存在点N(2,0),使得∠ANB的平分线是x轴.策略三 弦长条件的转化
[典例] 如图所示,已知椭圆G:+y2=1,与x轴不重合的直线l经
过左焦点F ,且与椭圆G相交于A,B两点,弦AB的中点为M,直
1
线OM与椭圆G相交于C,D两点.
(1)若直线l的斜率为1,求直线OM的斜率;
(2)是否存在直线l,使得|AM|2=|CM||DM|成立?若存在,求出直线l
的方程;若不存在,请说明理由.
[解题观摩] (1)由题意可知点F (-1,0),又直线l的斜率为1,
1
故直线l的方程为y=x+1.设点A(x,y),B(x,y),
1 1 2 2
由消去y并整理得3x2+4x=0,
则x+x=-,y+y=,
1 2 1 2
因此中点M的坐标为.
故直线OM的斜率为=-.
(2)假设存在直线l,使得|AM|2=|CM||DM|成立.
由题意,直线l不与x轴重合,
设直线l的方程为x=my-1.
由消去x并整理得(m2+2)y2-2my-1=0.
设点A(x,y),B(x,y),则
1 1 2 2
可得|AB|=|y-y|
1 2
= =,
x+x=m(y+y)-2=-2=,
1 2 1 2
所以弦AB的中点M的坐标为,
故直线CD的方程为y=-x.
联立消去y并整理得x2=2,
解得x2==.
由对称性,设C(x,y),D(-x,-y),则x=,
0 0 0 0
可得|CD|=·|2x|==2 .
0
因为|AM|2=|CM||DM|=(|OC|-|OM|)(|OD|+|OM|),且|OC|=|OD|,
所以|AM|2=|OC|2-|OM|2,
故=-|OM|2,
即|AB|2=|CD|2-4|OM|2,代入|AB|,|CD|和|OM|,
得=-4,
解得m2=2,故m=±.
所以直线l的方程为x=y-1或x=-y-1.
[名师微点]
本题(2)的核心在于转化|AM|2=|CM||DM|中弦长的关系.由|CM|=|OC|-|OM|,|DM|=|OD|+|OM|,又|OC|=|OD|,则|AM|2=|OC|2-|OM|2.又|AM|=|AB|,|OC|=|CD|,因此|AB|2=|CD|2
-4|OM|2,转化为弦长|AB|,|CD|和|OM|三者之间的数量关系,易计算.
[针对训练]
3.(2021·福建宁德质量检查)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F,Q在抛物线C上,且|
QF|=.
(1)求抛物线C的方程及t的值;
(2)若过点M(0,t)的直线l与抛物线C相交于A,B两点,N为AB的中点,O是坐标原点,且
S =S ,求直线l的方程.
△AOB △MON
解:(1)∵|QF|=,∴+=,
解得p=2,
∴抛物线C的方程为y2=4x.
将Q的坐标代入y2=4x,得t=2.
(2)设A(x,y),B(x,y),N(x,y),由(1)知M(0,2).
1 1 2 2 0 0
显然直线l的斜率存在,设直线l:y=kx+2(k≠0),
联立
消去y得k2x2-4(1-k)x+4=0.
∵Δ=16(1-k)2-16k2>0,得k<且k≠0,
∴x+x=,xx=.
1 2 1 2
∵S =S ,∴|AB|=|MN|,
△AOB △MON
∴|x-x|=·|x-0|,即|x-x|=|x|.
1 2 0 1 2 0
∵N是AB的中点,∴x=,
0
∴(x+x)2-4xx=3·,整理得(x+x)2=16xx,
1 2 1 2 1 2 1 2
∴2=,解得k=-1或,满足题意.
直线l的方程为y=-x+2或y=x+2.
策略四 面积条件的转化
[典例] 设椭圆的中心在坐标原点,A(2,0),B(0,1)是它的两个顶点,直线y=kx(k>0)与椭圆
交于E,F两点,求四边形AEBF的面积的最大值.
[解题观摩] 法一:如图所示,依题意得椭圆的方程为+y2=1,
直线AB,EF的方程分别为x+2y=2,y=kx(k>0).
设点E(x,kx),F(x,kx),其中x<x,
1 1 2 2 1 2
且x,x 满足方程(1+4k2)x2=4,
1 2
故x=-x= .①
2 1
根据点到直线的距离公式和①,得点E,F到直线AB的距离分别为h==,
1
h==.
2
又|AB|==,所以四边形AEBF的面积为
S=|AB|·(h+h)=··==2=2=2≤2,
1 2
当且仅当=4k,即k=时取等号.
因此四边形AEBF的面积的最大值为2.
法二:依题意得椭圆的方程为+y2=1.
直线EF的方程为y=kx(k>0).
设点E(x,kx),F(x,kx),其中x<x.
1 1 2 2 1 2
联立消去y,(1+4k2)x2=4.
故x=,x=,
1 2
|EF|=·|x-x|= .
1 2
根据点到直线的距离公式,得点A,B到直线EF的距离分别为d==,d= .
1 2
因此四边形AEBF的面积为S=|EF|·(d+d)=··==2=2=2≤2,
1 2
当且仅当=4k,即k=时取等号.
因此四边形AEBF的面积的最大值为2.
[名师微点]
如果利用常规方法理解为S =S +S =|EF|·(d+d)(其中d,d 分别表示点A,
四边形AEBF △AEF △BEF 1 2 1 2
B到直线EF的距离),则需要通过联立直线与椭圆的方程,先由根与系数的关系求出|EF|的
弦长,再表示出两个点线距,其过程很复杂.而通过分析,若把四边形AEBF的面积拆成两个
小三角形——△ABE和△ABF的面积之和,则更为简单.因为直线AB的方程及其长度易求
出,故只需表示出点E与点F到直线AB的距离即可.
[针对训练]
4.已知椭圆+=1(a>b>0)右焦点F(1,0),离心率为,过F作两条互相垂直的弦AB.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)求以A,B,C,D为顶点的四边形的面积的取值范围.
解:(1)由题意得c=1,=,∴a=,则b=c=1,
∴椭圆的标准方程为+y2=1.
(2)①当两直线一条斜率不存在一条斜率为0时,
S=|AB|·|CD|=×2×=2.
②当两直线斜率存在且都不为0时,
设直线AB的方程为y=k(x-1),A(x,y),B(x,y),
1 1 2 2
将其代入椭圆方程整理得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0,
则x+x=,xx=,
1 2 1 2
则|AB|=|x-x|=.
1 2
同理,|CD|=,
则S=|AB|·|CD|=··===2-∈,
当k=±1时,S=.综上所述,四边形面积的取值范围是.[总结规律·快速转化]
做数学,就是要学会翻译,把文字语言、符号语言、图形语言、表格语言相互转换,我们要学会
对解析几何问题中涉及的所有对象逐个理解、表示、整理,在理解题意的同时,牢记解析几何
的核心方法是“用代数方法研究几何问题”,核心思想是“数形结合”,牢固树立“转化”意
识,那么就能顺利破解解析几何的有关问题.附几种常见几何条件的转化,以供参考:
1.平行四边形条件的转化
几何性质 代数实现
(1)对边平行 斜率相等,或向量平行
(2)对边相等 长度相等,横(纵)坐标差相等
(3)对角线互相平分 中点重合
2.直角三角形条件的转化
几何性质 代数实现
(1)两边垂直 斜率乘积为-1,或向量数量积为0
(2)勾股定理 两点间的距离公式
(3)斜边中线性质(中线等于斜边一半) 两点间的距离公式
3.等腰三角形条件的转化
几何性质 代数实现
(1)两边相等 两点间的距离公式
(2)两角相等 底边水平或竖直时,两腰斜率相反
垂直:斜率或向量
(3)三线合一(垂直且平分)
平分:中点坐标公式
4.菱形条件的转化
几何性质 代数实现
(1)对边平行 斜率相等,或向量平行
(2)对边相等 长度相等,横(纵)坐标差相等
垂直:斜率或向量
(3)对角线互相垂直平分
平分:中点坐标公式、中点重合
5.圆条件的转化
几何性质 代数实现
(1)点在圆上 点与直径端点向量数量积为零
(2)点在圆外 点与直径端点向量数量积为正数
(3)点在圆内 点与直径端点向量数量积为负数
6.角条件的转化几何性质 代数实现
(1)锐角、直角、钝角 角的余弦(向量数量积)的符号
(2)倍角、半角、平分角 角平分线性质,定理(夹角、到角公式)
(3)等角(相等或相似) 比例线段或斜率
1.在直角坐标系xOy中,抛物线C:x2=6y与直线l:y=kx+3交于M,N两点.
(1)设M,N到y轴的距离分别为d,d,证明:d 与d 的乘积为定值;
1 2 1 2
(2)y轴上是否存在点P,当k变化时,总有∠OPM=∠OPN?若存在,求点P的坐标;若不存
在,请说明理由.
解:(1)证明:将y=kx+3代入x2=6y,得x2-6kx-18=0.
设M(x,y),N(x,y),则xx=-18,
1 1 2 2 1 2
从而dd=|x|·|x|=|xx|=18为定值.
1 2 1 2 1 2
(2)存在符合题意的点,证明如下:
设P(0,b)为符合题意的点,直线PM,PN的斜率分别为k,k.
1 2
从而k+k=+==.
1 2
当b=-3时,有k+k=0对任意k恒成立,则直线PM的倾斜角与直线PN的倾斜角互补,
1 2
故∠OPM=∠OPN,所以点P(0,-3)符合题意.
2.已知椭圆C:+=1(a>b>0)的短轴长为2,离心率为,点A(3,0),P是C上的动点,F为C
的左焦点.
(1)求椭圆C的方程;
(2)若点P在y轴的右侧,以AP为底边的等腰△ABP的顶点B在y轴上,求四边形FPAB面
积的最小值.
解:(1)依题意得解得
∴椭圆C的方程是+=1.
(2)设P(x,y)(-<y<,y≠0,x>0),
0 0 0 0 0
设线段AP中点为M,又A(3,0),
∴AP中点M,直线AP的斜率为,
由△ABP是以AP为底边的等腰三角形,可得BM⊥AP,
∴直线AP的垂直平分线方程为
y-=-,
令x=0得B,
∵+=1,∴B,
由F(-2,0),∴四边形FPAB的面积S=(|y|+)=≥5,
0
当且仅当2|y|=,即y=±时等号成立,
0 0
四边形FPAB面积的最小值为5.3.(2021年1月新高考八省联考卷)双曲线C:-=1(a>0,b>0)的左顶点为A,右焦点为F,动
点B在C上.当BF⊥AF时,|AF|=|BF|.
(1)求C的离心率;
(2)若B在第一象限,证明:∠BFA=2∠BAF.
解:(1)当|BF|=|AF|,且BF⊥AF时,
有c+a==,所以a=c-a,解得e=2.
(2)证明:由(1)知双曲线方程为-=1,
设B(x,y)(x>0,y>0)易知渐近线方程为y=±x,
所以∠BAF∈,∠BFA∈,当x>a,x≠2a时,则k =,k =.
AB BF
设∠BAF=θ,则tan θ=,tan 2θ========-k =tan∠BFA.
BF
因为2∠BAF∈,所以∠BFA=2∠BAF.
当x=2a时,由(1)可得∠BFA=,∠BAF=,
故∠BFA=2∠BAF.综上,∠BFA=2∠BAF.
4.已知椭圆W: +=1的长轴长为4,左、右顶点分别为A,B,经过点P(n,0)的直线与椭圆W
相交于不同的两点C,D(不与点A,B重合).
(1)当n=0,且直线CD⊥x轴时, 求四边形ACBD的面积;
(2)设n=1,直线CB与直线x=4相交于点M,求证:A,D,M三点共线.
解:(1)由题意,得a2=4m=4, 解得m=1.
所以椭圆W方程为+y2=1.
当n=0及直线CD⊥ x轴时,易得C(0,1),D(0,-1).
且A(-2,0),B(2,0).
所以|AB|=4,|CD|=2,显然此时四边形ACBD为菱形,
所以四边形ACBD的面积为×4×2=4.
(2)证明:当直线CD的斜率k不存在时,由题意,得CD的方程为x=1,
代入椭圆W的方程,得C,D,
易得CB的方程为y=-(x-2).
则M(4,-),AM=(6,-),AD=,
所以AM=2AD,即A,D,M三点共线.
当直线CD的斜率k存在时,设CD的方程为y=k(x-1)(k≠0),C(x,y),D(x,y),
1 1 2 2
联立方程 消去y,
得(4k2+1)x2-8k2x+4k2-4=0.
由题意,得Δ>0恒成立,
故x+x=,xx=.
1 2 1 2
直线CB的方程为y=(x-2).
令x=4,得M.
又因为A(-2,0),D(x,y),
2 2则直线AD,AM的斜率分别为k =,
AD
k =,所以k -k =-=.
AM AD AM
上式中的分子 3y(x-2)-y(x+2)=3k(x-1)(x-2)-k(x-1)(x+2)=2kxx-5k(x+x)
2 1 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2
+8k=2k×-5k×+8k=0,
所以k -k =0.所以A,D,M三点共线.
AD AM
5.(2021·福州一模)已知椭圆C:+=1(a>b>0)的左焦点为F(-1,0),过F且垂直于x轴的直
线被椭圆截得的弦长为3.
(1)求椭圆C的方程;
(2)已知点M(-4,0),过F作直线l交椭圆于A,B两点,证明:∠FMA=∠FMB.
解:(1)由题意可知c=1,把x=-1代入椭圆方程可得+=1,解得y=±,
∴=,又a2=b2+1,可得a=2,b=,
∴椭圆C的方程为+=1.
(2)证明:当直线l的斜率不存在时,由对称性可知:∠FMA=∠FMB.
当直线l的斜率存在时,设直线l的方程为y=k(x+1),
代入椭圆方程可得(3+4k2)x2+8k2x+4k2-12=0,
设A(x,y),B(x,y),
1 1 2 2
则x+x=,xx=,
1 2 1 2
∴k +k =+
AM BM
=
=.
∵2xx+5(x+x)+8=-+8=0,
1 2 1 2
∴k +k =0,∴∠FMA=∠FMB.
AM BM
综上,∠FMA=∠FMB.
6.(2021·青岛质检)已知椭圆+=1(a>b>0)的左焦点为F,A,B是椭圆上关于原点O对称的两
个动点,当点A的坐标为时,△ABF的周长恰为7.
(1)求椭圆的方程;
(2)过点F作直线l交椭圆于C,D两点,且CD=λAB(λ∈R),求△ACD面积的取值范围.
解:(1)当点A的坐标为时,= =,所以=3.
由对称性,得+=2a,
所以2a=7-3=4,得a=2.
将点代入椭圆方程中,解得b2=4,
所以椭圆方程为+=1.
(2)当直线AB的斜率不存在时,=2,
此时S =×2×2=2.
△ACD
当直线AB的斜率存在时,设直线CD的方程为y=k(x+2)(k≠0).
由消去y整理得(1+2k2)x2+8k2x+8k2-8=0.显然Δ>0,设C(x,y),D(x,y),
1 1 2 2则
故=·=
·=
·=.
因为CD=λAB (λ∈R),所以CD∥AB,
所以点A到直线CD的距离即为点O到直线CD的距离d=,
所以S =××d =×
△ACD
==4
=2 =2 ,
因为1+2k2>1,所以0<<1,
所以0