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微考点6-3 圆锥曲线中的定点定值问题(三大题型)
求解直线过定点问题常用方法如下:
①“特殊探路,一般证明”:即先通过特殊情况确定定点,再转化为有方向、有目的的一般性证明;
②“一般推理,特殊求解”:即设出定点坐标,根据题设条件选择参数,建立一个直线系或曲线的方程,
再根据参数的任意性得到一个关于定点坐标的方程组,以这个方程组的解为坐标的点即为所求点;
③求证直线过定点
,常利用直线的点斜式方程
.
④设直线为y=kx +m,根据题目给出的条件,转化为坐标之间的关系,利用韦达定理找出k 与m 之间的
关系,即可求出定点。
题型一:圆锥曲线中直线过定点问题
【精选例题】
【例1】已知
为椭圆C:
上一点,点P 与椭圆C 的两个焦点构成的三角形面积
为
.
(1)求椭圆C 的标准方程;
(2)不经过点P 的直线l 与椭圆C 相交于A,B 两点,若直线PA 与PB 斜率的乘积为-1,证明:直线必过
定点,并求出这个定点坐标.
【答案】(1)
;(2)证明见解析.
【分析】(1)根据题意求出
即可得解;
(2)设
,分情况讨论,联立方程,利用韦达定理求出
,再根据直线
与
的斜率之积为
即可得出结论.
【详解】(1)由点
与椭圆
的两个焦点构成的三角形面积为
可知
,
解得:
,
,
椭圆
的标准方程:
;
(2)设
,
当直线不平行于
轴时,设方程为:
,由不经过点
知
由
得
,
,
,
,
,
,
,
,过定点
当直线平行于
轴时,
,设
由
和
的方程联立解得
,
方程为:
,过定点
综上,直线必过定点
.
【例2】已知椭圆
的离心率
,且椭圆
经过点
.
(1)求椭圆
的标准方程;
(2)过点
且斜率不为零的直线与椭圆
交于
两点,
关于
轴的对称点为
,求证:直线
与
轴交于定点
.
【答案】(1)
;(2)证明见解析
【分析】(1)利用离心率以及椭圆经过点的坐标联立解方程组,即可求得椭圆
的标准方程;
(2)设直线
的方程为
并于椭圆联立,利用韦达定理写出直线
的方程,求出点
横坐标表
达式即可得
.
【详解】(1)由离心率可得
,
将点
代入椭圆方程可得
,又
;
解得
,
所以椭圆C 的方程为
(2)设点
,
,则
,直线
的方程为
,
直线
与椭圆
联立,消去
,得
,
则可得
,
,
易知
,得
由题意,直线
的方程为
,
令
,所以点
的横坐标
,
所以直线
与
轴交于定点
【跟踪训练】
1.“工艺折纸”是一种把纸张折成各种不同形状物品的艺术活动,在我国源远流长,某些折纸活动蕴含
丰富的数学知识,例如:用一张圆形纸片,按如下步骤折纸(如图):
步骤1:设圆心是
,在圆内异于圆心处取一定点,记为
;
步骤2:把纸片折叠,使圆周正好通过点
(即折叠后图中的点
与点
重合);
步骤3:把纸片展开,并留下一道折痕,记折痕与
的交点为
;
步骤4:不停重复步骤2 和3,就能得到越来越多的折痕.
现取半径为4 的圆形纸片,设点
到圆心
的距离为
,按上述方法折纸.以线段
的中点为原点,线
段
所在直线为
轴建立平面直角坐标系
,记动点
的轨迹为曲线
.
(1)求
的方程;
(2)设轨迹
与
轴从左到右的交点为点
,
,点
为轨迹
上异于
,
,的动点,设
交直线
于
点
,连结
交轨迹
于点
.直线
、
的斜率分别为
、
.
(i)求证:
为定值;
(ii)证明直线
经过
轴上的定点,并求出该定点的坐标.
【答案】(1)
(2)(i)证明见解析(ii)证明见解析,该定点的坐标为
【分析】(1)由折纸的对称性,可知
,从而确定点
的轨迹;
(2)(i)设点
,
,
,根据斜率公式分别求出
、
,结合椭圆方程证明;
(ii)设直线
的方程为
,直曲联立,结合韦达定理和(i)的结论求出
,根据直线方程即可求
出定点.
【详解】(1)由题意可知,
,
故点
的轨迹是以
,
为焦点,且长轴长
的椭圆,
焦距
,所以
,
因此轨迹
方程为
.
(2)证明:(i)设
,
,
,
由题可知
,
如下图所示:
则
,
,
而
,于是
,
所以
,
又
,则
,
因此
为定值.
(ii)设直线
的方程为
,
,
,
由
,得
,
所以
.
由(i)可知,
,
即
,
化简得
,解得
或
(舍去),
所以直线
的方程为
,
因此直线
经过定点
.
【点睛】本题第二问(ii)解题关键是设出直线方程联立椭圆方程,利用韦达定理结合(i)的结论列方程
可得.
2.已知椭圆
的中心为坐标原点,对称轴为坐标轴,且过点
,
,
,
为椭圆
上关于
轴对称的两点(不与点B 重合),
,直线
与椭圆
交于另一点
,直线
垂直于直线
,
为垂足.
(1)求
的方程;
(2)证明:(i)直线
过定点,(ii)存在定点
,使
为定值.
【答案】(1)
;
(2)(i)证明见解析;(ii)证明见解析.
【分析】(1)设方程为
,代入
点的坐标,得出方程组,求解即得.
(2)(i)设
的方程为
,与椭圆方程联立,根据韦达定理表示出坐标关系,得出
的
方程为
,令
,整理可得
,即可得出定点;(ii)由已知可得
,即
可得出
的轨迹,得出答案.
【详解】(1)设
的方程为
,则
,解得
,
所以
的方程为
.
(2)(i)依题意,直线
的斜率存在且不为0,设
的方程为
,
设点
,
,则
,
由
消去
并整理得
,则
,
,
,显然
,
直线
的斜率
,直线
的方程为
,
令
,则
,
所以直线
恒过定点
.
(ii)令直线
过的定点
为点
,由
,
在
上,得
,
则点
在以
为直径的圆上,从而
的中点
为定点,使
为定值
.
【点睛】思路点睛:设
的方程为
,与椭圆联立得出方程,根据韦达定理得出坐标关系.
进而整理化简,即可得出定点坐标.
题型二:圆锥曲线中圆过定点问题
【精选例题】
【例1】已知椭圆
:
(
)的离心率为
,其左、右焦点分别为
,
,
为椭圆
上任意一点,
面积的最大值为1.
(1)求椭圆
的标准方程;
(2)已知
,过点
的直线与椭圆
交于不同的两点
,
,直线
,
与
轴的交点分别
为
,
,证明:以
为直径的圆过定点.
【答案】(1)
,(2)证明见解析
(1)解:因为椭圆
的离心率为
,所以
.又当
位于上顶点或者下顶点时,
面积最大,即
.
又
,所以
,
.所以椭圆
的标准方程为
.
(2)解:由题知,直线的斜率存在,所以设直线的方程为
,设
,
,将直线
代入椭圆
的方程得:
,由韦达定理得:
,
,
直线
的方程为
,直线
的方程为
,所以
,
,
所以以
为直径的圆为
,整理得:
.①因为
,
令①中的
,可得
,所以,以
为直径的圆过定点
.
【例2】在平面直角坐标系xOy 中,已知椭圆
:
过点
,离心率为
,其左右
焦点分别为
,
.
(1)若点P 与
,
的距离之比为
,求直线
被点P 所在的曲线
截得的弦长;
(2)设
,
分别为椭圆
的左、右顶点,Q 为
上异于
,
的任意一点,直线
,
分别与椭圆
的右准线交于点M,N,求证:以
为直径的圆经过x 轴上的定点.
【答案】(1)
;(2)证明见解析
【分析】根据题意,利用
上的点
和离心率得
及
;
(1)由点
与
,
的距离之比化简整理得到点
的轨迹方程是一个圆,利用利用勾股定理可得弦长;
(2)根据题意,写出直线
,
的直线方程并求其右准线交于点M,N 的坐标,假设
轴上存在点
在以
为直径的圆上,利用
求出的值,从而得证以
为直径的圆经过x 轴上的定点.
【详解】(1)因为椭圆
:
过点
,所以
.
又因为离心率
,即
,故
,
所以
,即
,所以
,则
,
.
设
,则
,即
,
所以点
的轨迹为圆心
,半径
的圆.
其圆心
到直线
的距离为
,
所以弦长
.
故直线
被点P 所在的曲线
截得的弦长为
.
(2)证明:由(1)知
,所以
,
,右准线
.
设
,
,
由
:
,则
,
同理
.
假设
轴上存在点
在以
为直径的圆上,则
因为
,
因为Q 点在椭圆上,所以
,即
,
所以
,即
,解得
或
,
点
和
都满足题意.
所以以MN 为直径的圆经过x 轴上的定点
和
.
【跟踪训练】
1.设椭圆
的离心率为
,点
为椭圆上一点,
的周长为.
(1)求椭圆
的方程;
(2)设动直线
与椭圆
有且只有一个公共点
,且与直线
相交于点
.问:
轴上是否存在
定点
,使得以
为直径的圆恒过定点
?若存在,求出点
的坐标;若不存在,说明理由.
【答案】(1)
;(2)存在,
.
(1)由
可得
,①
的周长为
,所以
,即
② 联立
①②得:
,
,
,∴椭圆的方程为
;
(2)设点
.由
,得
,
,化简得
,∴
,
∴
.由
,得
,假设存在点
,则
,
, ∵以
为直径的圆恒过
点,∴
,
即
,∴
对任意
都成立.
则
,解得
,故存在定点
符合题意.
2.在平面直角坐标系xOy 中,已知椭圆C:
的长轴长为4,且经过点
,其中e
为椭圆C 的离心率.
(1)求椭圆C 的方程;
(2)过点
的直线l 交椭圆C 于A,B 两点,点B 关于x 轴的对称点为
,直线
交x 轴于点Q,过点
Q 作l 的垂线
,垂足为H,求证:点H 在定圆上.
【答案】(1)
;(2)证明见解析
【分析】(1)根据椭圆的长轴长,以及椭圆过的点,求出b 的值,即可求得答案;
(2)设l 的方程为
,联立椭圆方程,可得根与系数的关系式,结合
的方程可求得Q 点坐标,
从而可得
的方程,并求出其过定点,结合垂直关系,即可证明结论.
【详解】(1)因为椭圆C:
的长轴长为
,所以
,
因为椭圆
经过点
,所以
,
又
,所以
,
整理得
,解得
或
(舍).
所以椭圆C 的方程为
(2)证明:由题意可知,l 的斜率存在,
设l 的方程为
,
,则
.
由
,得
,
,
所以
,
因为
的方程为
,
令
,得
,
即
,
因为
,
①当
时,
的斜率为
,则
的方程为
,即
,
所以
恒过点
.
②当
时,l 的方程为
,
,则
的方程为
,
此时
也过点
.
综上,
恒过定点
,
由题意可知
,故点H 在以PM 为直径的定圆上.
【点睛】:关键点睛:本题第二问证明点H 在定圆上,关键在于推出直线
过定点
,从而结合
,即可证明结论.
题型三:圆锥曲线中圆过定值问题
【精选例题】
【例1】在平面直角坐标系
中,已知椭圆
的离心率为
,且右焦点
到直线
的距离为
.
(1)求椭圆的标准方程;
(2)设椭圆
上的任一点
,从原点
向圆
引两条切线,设两条切线的斜
率分别为
,
(i)求证:
为定值;
(ii)当两条切线分别交椭圆于
时,求证:
为定值.
【答案】(1)
(2)(i)证明见解析;(ii)证明见解析
【分析】(1)直接列出关于
的方程组求解;
(2)(i)写出切线方程,由圆心到切线距离等于半径可以得出
与
的关系,从而得出
是某
个一元二次方程的解,利用韦达定理可得;
(ii)设
,利用
及椭圆方程求得
,再求得
后可得
.
【详解】(1)题意,
,解得
,
所以椭圆
的方程为
.
(2)(i)证明:依题意,两条切线方程分别为
,
由
,化简得
,
同理
.
所以
是方程
的两个不相等的实数根,
则
.
又因为
,所以
,
所以
.
(ii)证明:由(
得,
,设
,则
,即
,
因为
,所以
,
得
,即
,
解得
,
所以
,
所以
为定值.
【例2】已知椭圆
:
离心率
,且经点
.
(1)求椭圆
的标准方程;
(2)过椭圆C 右焦点的直线l 交椭圆于A,B 两点,交直线
于点D,且
,设直线
,
,
的斜率分别为
,
,
,若
,证明
为定值.
【答案】(1)
;(2)证明见解析
【分析】(1)由题意可得
,解方程求出
,即可得出答案;
(2)设
,
,设直线
方程为:
,将直线
方程与随圆方程联立,得到关
于
的一元二次方程,根据韦达定理,可得
的表达式,由此表示出
,再
代入
化简即可得出答案.
【详解】(1)由题意知
,解得
,
,
故椭圆
的标准方程为
.
(2)由题意直线
的斜率一定存在,由(1)知,则椭圆的右焦点的坐标为
,
设直线
方程为:
,
坐标为
.所以
,
设
,
,将直线
方程与随圆方程联立,
∴
,又
恒成立,
由韦达定理知,
,
,
∴
∴
【点睛】关键点睛:解题的关键是根据直线
方程得到
坐标为
,则
,直线
方程与
随圆方程联立,化简整理,结合韦达定理表示出
,代入化简即可得出答案.
【例3】已知椭圆
过点
,离心率
.
(1)求椭圆
的标准方程;
(2)设过点
的斜率为
直线交椭圆
于另一点
,若
的面积为2,其中
为坐标原点,求直线的
斜率
的值;
(3)设过点
的直线
交椭圆
于点
,
,直线
,
分别交直线
于点
,
.求证:线
段
的中点
为定点.
【答案】(1)
(2)0
(3)证明见解析
【分析】(1)根据给定条件,列出关于
的方程组并求解即得.
(2)由点斜式写出直线的方程,与椭圆方程联立结合三角形面积求出k 值即得.
(3)设出直线
的方程,与椭圆方程联立,求出点
的坐标,结合韦达定理计算得解.
【详解】(1)令椭圆半焦距为c,依题意,
,
解得
,
,
,所以椭圆
的方程为
.
(2)设直线的方程为
,
,
则原点到直线
的距离为
,
由
消去
并化简得
,
显然
,设
,有
,则
,
于是
,
则
,解得
,
所以直线的方程为
.
(3)依题意,直线
的斜率存在,设直线
的方程为
,
由
,消去
并化简得
,
则
,
,
由
,得
,所以
,
显然直线
,
的斜率存在,直线
的方程为
,
令
,得
,
同理得
,
所以
,
所以线段
的中点
为定点
.
【点睛】结论点睛:过定点
的直线l:y=kx+b 交圆锥曲线于点
,
,则
面积
;
过定点
直线l:x=ty+a 交圆锥曲线于点
,
,则
面积
.
【跟踪训练】
1.如图,D 为圆O:
上一动点,过点D 分别作x 轴,y 轴的垂线,垂足分别为A,B,连接
并
延长至点W,使得
,点W 的轨迹记为曲线
.
(1)求曲线C 的方程;
(2)若过点
的两条直线,
分别交曲线C 于M,N 两点,且
,求证:直线MN 过定点;
(3)若曲线C 交y 轴正半轴于点S,直线
与曲线C 交于不同的两点G,H,直线SH,SG 分别交x 轴于
P,Q 两点.请探究:y 轴上是否存在点R,使得
?若存在,求出点R 坐标;若不存在,
请说明理由.
【答案】(1)
(2)证明见解析,
(3)存在,
【分析】(1)设
,求得D 点并代入
,化简求得曲线C 的方程;
(2)设的方程为
,直线
的方程为
,将直线
的方程与曲线C 的方程联立,求
得M,N 的坐标,对
进行分类讨论,由此证得直线
过定点并求得定点坐标;
(3)假设存在点
使得
,先求得
,设出G,H 的坐标,由直线SH
和直线SG 的方程求得P,Q 两点的坐标,结合G 在曲线C 上求得R 点的坐标.
【详解】(1)设
,
,则
,
由题意知
,所以
,得(
,所以
,
因为
,得
,故曲线C 的方程为
.
(2)由题意可知,直线
不平行坐标轴,
则可设的方程为:
,此时直线
的方程为
.
由
,消去
得:
,
解得:
或
(舍去),所以
,
所以
,同理可得:
.
当
时,直线
的斜率存在,
,
则直线
的方程为
,
所以直线
过定点
.
当
时,直线
斜率不存在,此时直线
方程为:
,也过定点
,
综上所述:直线
过定点
.
(3)假设存在点R 使得
,设
,
因为
,所以
,即
,
所以
,所以
,
直线
与曲线C 交于不同的两点G、H,易知G、H 关于
轴对称,
设
,
易知点
,直线
方程是
,
令
得点P 横坐标
,
直线
方程是
,令
得点Q 横坐标
,
由
,得
,又
在椭圆上,
所以
,所以
,解得
,
所以存在点
,使得
成立.
3.已知椭圆
的长轴长为4,离心率为
,定点
.
(1)求椭圆
的方程;
(2)设直线
与椭圆
分别交于点
(
不在直线
上),若直线
,
与椭圆
分别交于点
,
,且直线
过定点
,问直线
的斜率是否为定值?若是,求出定值;若不是,说明理由.
【答案】(1)
;(2)直线
的斜率为定值1
【分析】(1)由长轴长和离心率可求出
,结合关系式可求出
,进而求出椭圆
的方程;
(2)可设
,
,
,
,由
,
得
,将
,
代入椭圆整理得
,联立
求得
,同理求得
,结合
,化简
求出
,
由
即可求解.
【详解】(1)由椭圆
的长轴长为4 可知
,
又椭圆
的离心率为
,即
,所以
,则
,
因此椭圆
的方程为
;
(2)
直线
的斜率为定值,定值为1,
证明:设
,
,
,
,,
,
,
由
,有
,
因为
,
在椭圆上,
所以
,
,因此
,
整理得
,
即
,因此
,
联立
,
解得
,同理
,
又因为直线
过定点
,所以
,
将
,
,
,
代入,
有
,整理得
,
又
,所以
.
综上,直线
的斜率为定值1.
【点睛】关键点睛:本题涉及的量比较多,关键是设而不求,整体代换的思想的应用.
4.已知椭圆C:
的左、右顶点分别为A,B,其离心率为
,点P 是C 上的一点
(不同于A,B 两点),且
面积的最大值为
.
(1)求C 的方程;
(2)若点O 为坐标原点,直线AP 交直线
于点G,过点O 且与直线BG 垂直的直线记为l,直线BP 交y
轴于点E,直线BP 交直线l 于点F,试判断
是否为定值?若是,则求出该定值;若不是,请说明理由.
【答案】(1)
;(2)是定值,
.
【分析】(1)根据离心率及焦点三角形性质、椭圆参数关系求参数,即可得方程;
(2)设
,且
,求得
,再根据已知可得直线
,而
直线
,进而求出
坐标,过
作
轴,利用等比例关系求
即可得结论.
【详解】(1)由题意
,故
.
(2)由(1)及题设知:
,直线
的斜率存在且不为0,
设
,则
,即
,
所以
,又过点O 且与直线BG 垂直的直线记为l,则
,
故直线
,而直线
,则
,
联立
,而
,可得
,
所以
,故
,过
作
轴,如图,
所以
为定值.
1.设椭圆
:
的左、右顶点分别为C,D,且焦距为2.F 为椭圆的右焦点,点M 在椭
圆上且异于C,D 两点.若直线
与
的斜率之积为
.
(1)求椭圆
的标准方程;
(2)过点
作一条斜率不为0 的直线与椭圆E 相交于A,B 两点(A 在B,P 之间),直线
与椭圆E
的另一个交点为H,求证:点A,H 关于x 轴对称.
【答案】(1)
;(2)证明见解析
【分析】(1)根据直线
与
的斜率之积得到
,故
,结合焦距得到
,
,得到椭圆方程;
(2)设出直线
方程,与椭圆方程联立,得到两根之和,两根之积,表达出
,得到结论.
【详解】(1)由题意有
,
,
设
,
,化简得
,结合
,
可得
,
由椭圆焦距为2,有
,得
,
,
椭圆E 的标准方程为
;
(2)显然直线
方程斜率不存在时,与椭圆方程无交点,
根据椭圆的对称性,欲证
,H 关于
轴对称,
只需证
,即证
,
设
,
,直线
方程为
,
由
消去
得
,
,解得
,
所以
,
.
则
,
因为
,
所以
,即A,H 关于
轴对称.
2.已知椭圆E:
的左、右焦点分别为
,
,左顶点为A,
,P 是椭圆E 上
一点(异于顶点),O 是坐标原点,Q 在线段
上,且
∥
,
.
(1)求椭圆E 的标准方程;
(2)若直线l 与x 轴交于点C、与椭圆E 交于点M,N,B 与N 关于x 轴对称,直线MB 与x 轴交于点D,证
明:
为定值.
【答案】(1)
;(2)证明见解析
【分析】(1)利用三角形中位线定理结合椭圆的定义及已知条件可求出
,再由
可求出,然后
由
可求得
,从而可求出椭圆方程;
(2)由题意知直线MN,MB 的斜率均存在且均不为零,设
,
,
,
,然
后表示出直线MN,MB 的方程,分别与椭圆方程联立,利用根与系数的关系,得到两个
相等,化简
可得结论.
【详解】(1)由题知,O 是线段
的中点,Q 在线段
上,
∥
,
则Q 是线段
的中点,可得
,
,
所以
,即
,
又因为
,则
, 可得
,
所以椭圆E 的标准方程为
.
(2)由题意知直线MN,MB 的斜率均存在且均不为零,
设
,
,
,
,则
,
可得直线MN 的方程为
,直线MB 的方程为
,
联立方程
,
消去y 并整理得
,
则
,
,
联立方程
,
消去y 并整理得
,
则
,
.
因为
,
即
,
整理得
,
当
时,
,即
;
当
时,C,D,M 三点重合或N,B,C,D 四点重合,此时
;
综上所述:
,为定值.
【点睛】关键点睛:求解定值问题的三个步骤
(1)由特例得出一个值,此值一般就是定值;
(2)证明定值,有时可直接证明定值,有时将问题转化为代数式,可证明该代数式与参数(某些变量)无关;
也可令系数等于零,得出定值;
(3)得出结论.
3.已知
为圆
:
上任一点,
,
,
,且满足
.
(1)求动点
的轨迹
的方程;
(2)过点
的直线与轨迹
相交于
,
两点,是否存在与点
不同的定点
,使
恒成立?若
存在,求出点
的坐标;若不存在,请说明理由.
【答案】(1)
(2)存在,R 的坐标为
【分析】(1)由
可得
,根据向量的加法以及数量积运算可
,从而得
到
,结合椭圆的定义即可求出其轨迹方程.
(2)当过点
的直线平行于
轴时和垂直于
轴时,求得
,当不平行于
轴时且不垂直于
轴
时,联立方程,利用韦达定理和点
关于
轴的对称点
,结合
,求得
三点共线,从而满
足
,即可判断存在点
不同的定点
.
【详解】(1)圆
:
,圆心
,半径为
,因为
,则
,
因为
,
,则
在线段
上,即
,
又因为
,所以
,即
,
所以动点
的轨迹
是以
为焦点,长轴长为
的椭圆,
设椭圆方程为
,则
,
,则
,
,
所以
,则动点
的轨迹
的方程为
.
(2)设过点
的直线为,
当平行于
轴时,直线与椭圆相交于
两点,如果存在点
满足条件,
则有
,即
,所以
点在
轴上,可设
的坐标为
;
当垂直于
轴时,直线与椭圆相交于
两点,
如果存在点
满足条件,则有
,即
,解得
或
,
所以若存在不同于点
的定点
满足条件,则点
的坐标为
,
当不平行于
轴时且不垂直于
轴时,设直线方程为
,
,
联立
,得
,
因为直线恒过椭圆内定点
,故
恒成立,
,
又因为点
关于
轴的对称点
的坐标为
,
又
,
,
则
,
所以
,则
三点共线,所以
,
综上,存在与点
不同的定点
,使
恒成立,且
.
4.椭圆
的两个焦点分别为
,
,离心率为
,
为椭圆
上任意一点,
不
在
轴上,
的面积的最大值为
.
(1)求椭圆
的方程;
(2)过点
的直线与椭圆
相交于M,N 两点,设点
,求证:直线
,
的斜率之和
为定值,并求出定值.
【答案】(1)
;(2)定值,
【分析】(1)根据题意列出方程即可;
(2)设出直线方程,联立椭圆方程,列出表达式利用韦达定理计算即可.
【详解】(1)因为椭圆的离心率为
,所以
,
设
到
的距离为
,因为
,
所以
,易得当
时
面积取得最大值,
所以
,因为
,
所以
,
,所以椭圆
的方程为
;
(2)证明:如图,易知点
在椭圆外,
设直线的方程为
,
,
,
由
得
,
所以
,
,
,
因为
,所以
,
所以
,
所以
,
所以
.
【点睛】关键点点睛:本题的第(2)问的化简,这里化简主要是利用了韦达定理和直线的方程,在化简
过程中同时涉及到通分,计算比较复杂,要认真计算.
5.已知
,
,动圆
与圆
外切且与圆
内切. 圆心
的轨迹
为曲线
.
(1)求曲线C 的方程;
(2)是否存在过点
的直线交曲线C 于A,B 两点,使得点Q 为中点时,直线的斜率与直线OQ 的
斜率乘积为定值?如果存在,求出这个定值,如果不存在,说明理由.
【答案】(1)
(2)存在,
【分析】(1)先根据题意得到圆
与圆
的圆心和半径,再根据题意求得
,
,从
而根据椭圆的定义可知,动点
的轨迹是以
,
为焦点,4 为半长轴长的椭圆,进而即可求得曲线C 的
方程;
(2)先根据题意可得过点
的直线的斜率存在,从而设直线为
,再联立曲线C 的
方程,消
整理得到关于
的一元二次方程,再结合点Q 为中点,从而求得
的值,进而即可得到结论.
【详解】(1)依题意可得圆
的圆心为
,半径为1,圆
的圆心为
,半径为7,
设动圆
的半径为,
由动圆
与圆
外切且与圆
内切,
则
,且
,
则由椭圆的定义可知,动点
的轨迹是以
,
为焦点,4 为半长轴长的椭圆,
所以
,
,
,
故曲线C 的方程的方程为
.
(2)依题意可得过点
的直线的斜率存在,
则设直线为
,
联立
,消
整理得
,
当点Q 为中点时,有
,解得
,
又
,所以
(定值),
故直线的斜率与直线OQ 的斜率乘积为定值
.
6.已知椭圆
的长轴为双曲线
的实轴,且椭圆
过点
.
(1)求椭圆
的标准方程;
(2)设点
是椭圆
上异于点
的两个不同的点,直线
与
的斜率均存在,分别记为
,若
,试问直线
是否经过定点,若经过,求出定点坐标;若不经过,请说明理由.
【答案】(1)
;(2)过定点
,理由见解析
【分析】(1)由题意可得
,
,求出
,从而可得椭圆方程,
(2)分直线
的斜率存在和不存在两种情况讨论,设出直线
的方程,与椭圆方程联立,利用根与系
数的关系,求出直线
与
的斜率,再由
列方程可得参数的关系,代入直线方程可求出直线恒
过的定点.
【详解】(1)因为椭圆
的长轴为双曲线
的实轴,
所以
,
因为椭圆
过点
,所以
,
,得
,
所以椭圆方程为
;
(2)①当直线
的斜率存在时,设其方程为
,
由
,得
,
,
所以
,
,
所以
,
,
因为
,所以
,
所以
,
所以
,
所以
,
化简得
,即
,
所以
或
,
当
时,直线
的方程为
,
则直线过定点
(舍去),
当
时,直线
的方程为
,
所以直线过定点
,
②当直线
的斜率不存在时,设直线为
(
),
由
,得
,所以
,
所以
,
解得
(舍去),或
,
所以直线也过定点
,
综上,直线
恒过定点
.
【点睛】处理定点问题的思路:
(1)确定题目中的核心变量(此处设为
),
(2)利用条件找到
与过定点的曲线
的联系,得到有关
与
的等式,
(3)所谓定点,是指存在一个特殊的点
,使得无论
的值如何变化,等式恒成立,此时要将关于
与
的等式进行变形,直至找到
,
①若等式的形式为整式,则考虑将含
的式子归为一组,变形为“
”的形式,让括号中式子等于0,
求出定点;
②若等式的形式是分式,一方面可考虑让分子等于0,一方面考虑分子和分母为倍数关系,可消去
变为
常数.
8.已知椭圆
的离心率为
,且过点
.
(1)求椭圆
的标准方程.
(2)已知过右焦点
的直线与
交于
两点,在
轴上是否存在一个定点
,使
?若存在,
求出定点
的坐标;若不存在,请说明理由.
【答案】(1)
;(2)存在,
【分析】(1)由离心率
与定点
代入椭圆方程,建立方程组
待定系数即可;
(2)由
条件转化为
,设直线的方程为
,将斜率坐
标化,利用韦达定理代入,得到
的等式,不论
如何变化,等式恒成立求值即可.
【详解】(1)因为
,所以
.
所以椭圆
的方程为
.
因为点
在椭圆
上,所以
,解得
,
所以
.
所以椭圆
的标准方程为
.
(2)存在定点
,使
.理由如下:
由(1)知,
,则点
.
设在
轴上存在定点
,使
成立.
当直线斜率为时,直线右焦点
的直线即
轴与
交于长轴两端点,
若
,则
,或
.
当直线斜率不为时,设直线的方程为
,.
由
消去
并整理,得
,
则
.
因为
,所以
,
所以
,即
.
所以
,
即
,
恒成立,
即对
,
恒成立,则
,即
.
又点
满足条件
.
综上所述,故存在定点
,使
.
9.已知椭圆
的左、右焦点分别为
,
,上、下顶点分别为
,
,且四边形
是面积为8 的正方形.
(1)求C 的标准方程;
(2)M,N 为C 上且在x 轴上方的两点,
,
与
的交点为P,试问
是否为定值?若
是,求出该定值;若不是,请说明理由.
【答案】(1)
;(2)定值为
.
【分析】(1)根据面积求出
,即可得出椭圆方程;
(2)设
,根据相似三角形表示出
,利用直线与椭圆方程化简可得
的和积,
代入化简即可得解.
【详解】(1)椭圆
的左、右焦点分别为
,
,上、下顶点分别为
,
,因为四边形
是面积为8 的正方形,
所以有
且
,解得
,故
,
所以椭圆的标准方程为
;
(2)由已知
,则
,
设
,因为
,
所以
.
又因为
,所以
,
所以
.
即
.
设
,
的方程分别为:
,
,
设
,
,
则
,
所以
,
因此
,
同理可得:
,因此
,
,
所以
.
所以
为定值,定值为
.
【点睛】关键点点睛:本题的关键在于运算,大量的运算保证了消参的进行,为求证定值的必要条件,运
算能力的培养是解决问题的关键.
10.已知椭圆
的左、右焦点分别为
,点
在椭圆
上,且满足
轴,
.
(1)求椭圆
的标准方程;
(2)设椭圆
的右顶点为
,左顶点为
,是否存在异于点
的定点
,使过定点
的任
一条直线均与椭圆
交于
(异于
两点)两点,且使得直线
的斜率为直线
的斜率的2 倍?若存在,求出
的值;若不存在,请说明理由.
【答案】(1)
;(2)存在定点
满足题意,
.
【分析】(1)由
轴,得到
,从而得到
,
,再利用椭圆定
义求得a 即可;
(2)假设存在满足题意的定点
,设直线的方程为
,联立
,由
,结合韦达定理求解.
【详解】(1)解:因为
轴,所以
,
解得
所以
.
根据椭圆的定义,得
,
解得
.
又
,所以
,
所以椭圆
的标准方程为
.
(2)假设存在满足题意的定点
.依题意,设直线的方程为
,
联立
,消去
并整理,得
,
由
,得
.
由根与系数的关系,得
.
由
,得
,
所以
,
即
,
所以
,
所以
,
所以
,
②-①,得
,
当
时,
解得
,
所以
.
又
,所以
.
因为上式在变化时恒成立,所以
.又
,所以
.
此时点
与点
重合,不合题意,舍去;
所以
,即
,
此时点
在椭圆
的内部,满足直线均与椭圆
交于
两点,
所以存在定点
满足题意,
.
11.已知椭圆C:
(
)的离心率为
,其左、右焦点分别为
,
,点P 是坐标
平面内一点,且
(O 为坐标原点).
(1)求椭圆C 的方程;
(2)过点
且斜率为k 的动直线l 交椭圆于A,B 两点,在y 轴上是否存在定点M,使以AB 为直径的
圆恒过点M?若存在,求出点M 的坐标和
面积的最大值;若不存在,说明理由.
【答案】(1)
;(2)存在定点
,
面积的最大值为
【分析】(1)根据向量的数量积运算求得
,结合离心率求
,即可得方程;
(2)
,
,联立方程,根据
结合韦达定理分析可知
,再利用弦长公式结合基本不等式求面积最大值.
【详解】(1)设椭圆C 的半焦距为
,
因为
,
即
,解得
,
又因为
,则
,可得
,
所以椭圆C 的方程为
.
(2)存在,理由如下:
因为
在椭圆内,则动直线l 与椭圆C 必相交,
由题意可设:
,
,
联立方程
,消去y 得
,
则
,
因为
,
若以AB 为直径的圆恒过点M,
则
整理得
,
可得
,
令
,即
,
整理得
,则
,解得
,
即
,可得
,所以
,
又因为
,
点
到直线
的距离
,
则
面积
,
令
,则
,
可得
,
因为
在
上单调递增,且
,则
,
可得
,则
,
所以当且仅当
时,
面积取到最大值
.
【点睛】方法点睛:存在性问题求解的思路及策略
(1)思路:先假设存在,推证满足条件的结论,若结论正确则存在;若结论不正确则不存在;
(2)策略:①当条件和结论不唯一时要分类讨论;
②当给出结论而要推导出存在的条件时,先假设成立,再推出条件;
③当条件和结论都不知,按常规法解题很难时,可先由特殊情况探究,再推广到一般情况.
12.已知椭圆
经过点
,且右焦点为
(1)求C 的标准方程;
(2)过点
且斜率不为0 的直线l 与C 交于M,N 两点,直线
分别交直线AM,AN 于点E,F,以EF
为直径的圆是否过定点?若是,求出定点坐标;若不是,请说明理由.
【答案】(1)
(2)以EF 为直径的圆过定点
,
【分析】(1)根据条件求出a,b,即可得椭圆方程;
(2)设直线l 的方程为
,联立椭圆方程,利用韦达定理,求出E,F 坐标,通过
,求
出
,即可求得定点坐标
【详解】(1)由题意,
,
,
所以
,
故C 的标准方程为
(2)以EF 为直径的圆过定点,理由如下:
设直线l 的方程为
,联立椭圆方程
,
消去x,整理可得
,
则
,且
,
由直线AM 方程为
,令
,求得点
由直线AN 方程为
,令
,求得点
由对称性可知,若以EF 为直径的圆过定点,则该定点一定在x 轴上,
设该定点为
,则
,
,
可得
由
,解得
,
故以EF 为直径的圆过定点
,
13.已知椭圆
过点
,离心率为
.
(1)求椭圆
的方程;
(2)已知
的下顶点为
,不过
的直线与
交于点
,线段
的中点为
,若
,试
问直线是否经过定点?若经过定点,请求出定点坐标;若不过定点,请说明理由.
【答案】(1)
(2)过定点,
【分析】(1)根据题意,列出关于
的方程,代入计算,即可得到结果;
(2)根据题意,设的方程为
,联立直线与椭圆方程,结合韦达定理,由
,代入计算,即可得到结果.
【详解】(1)依题意,得
又
,解得
所以椭圆方程为
.
(2)
因为
,所以
,
又
为线段
的中点,所以
,因此
.
根据题意可知直线的斜率一定存在,设的方程为
,
联立
消去
,
得
,
根据韦达定理可得
,
因为
,
所以
,
所以
,
整理得
,解得
或
.
又直线不经过点
,所以
舍去,
于是直线的方程为
,恒过定点
,该点在椭圆
内,满足
,
所以直线恒过定点,定点坐标为
.