2018年高考數(shù)學(xué) 專題42 巧解圓錐曲線中的定點和定值問題解題模板
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1、 專題42 巧解圓錐曲線中的定點和定值問題 【高考地位】 圓錐曲線是解析幾何的重要內(nèi)容之一,也是高考重點考查的內(nèi)容和熱點,知識綜合性較強,對學(xué)生邏輯思維能力計算能力等要求很高,這些問題重點考查學(xué)生方程思想、函數(shù)思想、轉(zhuǎn)化與化歸思想的應(yīng)用.定值問題與定點問題是這類題目的典型代表,為了提高同學(xué)們解題效率,特別是高考備考效率,本文列舉了一些典型的定點和定值問題,以起到拋磚引乇的作用. 【方法點評】 方法一 定點問題 求解直線和曲線過定點問題的基本解題模板是:把直線或曲線方程中的變量x,y當(dāng)作常數(shù)看待,把方程一端化為零,既然是過定點,那么這個方程就要對任意參數(shù)都成立,這時參數(shù)的系數(shù)就要全
2、部等于零,這樣就得到一個關(guān)于x,y的方程組,這個方程組的解所確定的點就是直線或曲線所過的定點,或者可以通過特例探求,再用一般化方法證明. 【例1】已知橢圓的左右焦點分別為,橢圓過點,直線 交軸于,且為坐標(biāo)原點. (1)求橢圓的方程; (2)設(shè)是橢圓上的頂點,過點分別作出直線交橢圓于兩點,設(shè)這兩條直線的斜率 分別為,且,證明:直線過定點. 【答案】(1);(2)證明見解析. 考點:直線與圓錐曲線位置關(guān)系. 【方法點晴】求曲線方程主要方法是方程的思想,將向量的條件轉(zhuǎn)化為垂直.直線和圓錐曲線的位置關(guān)系一方面要體現(xiàn)方程思想,另一方面要結(jié)合已知條件,從圖形角度求解.聯(lián)立直線與圓錐曲
3、線的方程得到方程組,化為一元二次方程后由根與系數(shù)的關(guān)系求解是一個常用的方法. 涉及弦長的問題中,應(yīng)熟練地利用根與系數(shù)關(guān)系、設(shè)而不求法計算弦長;涉及垂直關(guān)系時也往往利用根與系數(shù)關(guān)系、設(shè)而不求法簡化運算;涉及過焦點的弦的問題,可考慮用圓錐曲線的定義求解. 【變式演練1】【2018貴州省遵義市模擬】已知點P是圓F1:(x﹣1)2+y2=8上任意一點,點F2與點F1關(guān)于原點對稱,線段PF2的垂直平分線分別與PF1,PF2交于M,N兩點. (1)求點M的軌跡C的方程; (2)過點G(0, )的動直線l與點的軌跡C交于A,B兩點,在y軸上是否存在定點Q,使以AB為直徑的圓恒過這個點?若存在,求出點Q
4、的坐標(biāo);若不存在,請說明理由. 【解析】(1)由圓F1:(x﹣1)2+y2=8,得F1(1,0),則F2(﹣1,0), 由題意得 , ∴點M的軌跡C為以F1,F(xiàn)2為焦點的橢圓, ∵ ∴點M的軌跡C的方程為; 方法二 定值問題 解析幾何中的定值問題是指某些幾何量(線段的長度、圖形的面積、角的度數(shù)、直線的斜率等)的大小或某些代數(shù)表達(dá)式的值等和題目中的參數(shù)無關(guān),不依參數(shù)的變化而變化,而始終是一個確定的值,求定值問題常見的解題模板有兩種: ①從特殊入手,求出定值,再證明這個值與變量無關(guān); ②直接推理、計算,并在計算推理的過程中消去變量,從而得到定值. 【例2】已知拋物線,
5、直線與交于,兩點,且,其中為坐標(biāo)原點. (1)求拋物線的方程; (2)已知點的坐標(biāo)為(-3,0),記直線、的斜率分別為,,證明:為定值. 【答案】(1);(2)詳見解析 考點:1.拋物線方程;2.直線與拋物線的位置關(guān)系. 【變式演練2】【2018河南鄭州市第一中學(xué)模擬】設(shè), 是橢圓上的兩點,橢圓的離心率為,短軸長為2,已知向量, ,且, 為坐標(biāo)原點. (1)若直線過橢圓的焦點,( 為半焦距),求直線的斜率的值; (2)試問: 的面積是否為定值?如果是,請給予證明;如果不是,請說明理由. 【解析】(1)由題可得: , ,所以,橢圓的方程為 設(shè)的方程為: ,代入得:
6、∴, , ∵,∴,即: 即,解得: 點睛:本題主要考查直線與圓錐曲線的位置關(guān)系、圓錐曲線的定值問題,解題時要注意解題技巧的運用,如常用的設(shè)而不求,整體代換的方法;探索圓錐曲線的定值問題常見方法有兩種:①從特殊入手,先根據(jù)特殊位置和數(shù)值求出定值,再證明這個這個值與變量無關(guān);②直接推理、計算,借助韋達(dá)定理,結(jié)合向量所提供的坐標(biāo)關(guān)系,然后經(jīng)過計算推理過程中消去變量,從而得到定值. 【高考再現(xiàn)】 1. 【2017課標(biāo)1,理20】已知橢圓C:(a>b>0),四點P1(1,1),P2(0,1),P3(–1,),P4(1,)中恰有三點在橢圓C上. (1)求C的方程; (2)設(shè)直
7、線l不經(jīng)過P2點且與C相交于A,B兩點.若直線P2A與直線P2B的斜率的和為–1,證明:l過定點. 【考點】橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程,直線與圓錐曲線的位置關(guān)系. 【名師點睛】橢圓的對稱性是橢圓的一個重要性質(zhì),判斷點是否在橢圓上,可以通過這一方法進行判斷;證明直線過定點的關(guān)鍵是設(shè)出直線方程,通過一定關(guān)系轉(zhuǎn)化,找出兩個參數(shù)之間的關(guān)系式,從而可以判斷過定點情況.另外,在設(shè)直線方程之前,若題設(shè)中為告知,則一定要討論直線斜率不存在和存在情況,接著通法是聯(lián)立方程組,求判別式、韋達(dá)定理,根據(jù)題設(shè)關(guān)系進行化簡. 2.【2017課標(biāo)3,文20】在直角坐標(biāo)系xOy中,曲線與x軸交于A,B兩點,點C的坐標(biāo)為.當(dāng)m
8、變化時,解答下列問題: (1)能否出現(xiàn)AC⊥BC的情況?說明理由; (2)證明過A,B,C三點的圓在y軸上截得的弦長為定值. 【答案】(1)不會;(2)詳見解析 【解析】試題分析:(1)設(shè),由AC⊥BC得;由韋達(dá)定理得,矛盾,所以不存在(2)可設(shè)圓方程為,因為過,所以 ,令 得,即弦長為3. 試題解析:(1)設(shè),則是方程的根, 所以, 則, 所以不會能否出現(xiàn)AC⊥BC的情況。 【考點】圓一般方程,圓弦長 【名師點睛】:直線與圓綜合問題的常見類型及解題策略 (1)處理直線與圓的弦長問題時多用幾何法,即弦長的一半、弦心距、半徑構(gòu)成直角三角形.代數(shù)方法:運用根與系數(shù)的關(guān)系及弦長
9、公式: (2)圓的切線問題的處理要抓住圓心到直線的距離等于半徑,從而建立關(guān)系解決問題. 3.【2017北京,文19】已知橢圓C的兩個頂點分別為A(?2,0),B(2,0),焦點在x軸上,離心率為. (Ⅰ)求橢圓C的方程; (Ⅱ)點D為x軸上一點,過D作x軸的垂線交橢圓C于不同的兩點M,N,過D作AM的垂線交BN于點E.求證:△BDE與△BDN的面積之比為4:5. 【答案】(Ⅰ) ;(Ⅱ)詳見解析. (Ⅱ)設(shè),則. 由題設(shè)知,且. 直線的斜率,故直線的斜率. 所以直線的方程為. 直線的方程為. 聯(lián)立解得點的縱坐標(biāo). 由點在橢圓上,得. 所以. 又, , 所以與的面
10、積之比為. 【考點】1.橢圓方程;2.直線與橢圓的位置關(guān)系. 4.【2016高考北京文數(shù)】(本小題14分) 已知橢圓C:過點A(2,0),B(0,1)兩點. (I)求橢圓C的方程及離心率; (Ⅱ)設(shè)P為第三象限內(nèi)一點且在橢圓C上,直線PA與y軸交于點M,直線PB與x軸交于點N,求證:四邊形ABNM的面積為定值. 【答案】(Ⅰ);(Ⅱ)見解析. 【解析】 考點:橢圓方程,直線和橢圓的關(guān)系,運算求解能力. 【名師點睛】解決定值定點方法一般有兩種:(1)從特殊入手,求出定點、定值、定線,再證明定點、定值、定線與變量無關(guān);(2)直接計算、推理,并在計算、推理的過程中消去變量
11、,從而得到定點、定值、定線.應(yīng)注意到繁難的代數(shù)運算是此類問題的特點,設(shè)而不求方法、整體思想和消元的思想的運用可有效地簡化運算. 5. 【2016高考山東文數(shù)】(本小題滿分14分) 已知橢圓C:(a>b>0)的長軸長為4,焦距為2. (I)求橢圓C的方程; (Ⅱ)過動點M(0,m)(m>0)的直線交x軸與點N,交C于點A,P(P在第一象限),且M是線段PN的中點.過點P作x軸的垂線交C于另一點Q,延長線QM交C于點B. (i)設(shè)直線PM、QM的斜率分別為k、k',證明為定值. (ii)求直線AB的斜率的最小值. 【答案】(Ⅰ) .(Ⅱ)(i)見解析;(ii)直線AB 的斜率
12、的最小值為 . 【解析】 此時,所以為定值. 所以直線AB 的斜率的最小值為 . 考點:1.橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程及其幾何性質(zhì);2.直線與橢圓的位置關(guān)系;3.基本不等式. 【名師點睛】本題對考生計算能力要求較高,是一道難題.解答此類題目,利用的關(guān)系,確定橢圓(圓錐曲線)方程是基礎(chǔ),通過聯(lián)立直線方程與橢圓(圓錐曲線)方程的方程組,應(yīng)用一元二次方程根與系數(shù)的關(guān)系,得到參數(shù)的解析式或方程是關(guān)鍵,易錯點是復(fù)雜式子的變形能力不足,導(dǎo)致錯漏百出..本題能較好的考查考生的邏輯思維能力、基本計算能力、分析問題解決問題的能力等. 6. 【2016高考四川文科】(本小題滿分13分) 已知橢圓E:的
13、一個焦點與短軸的兩個端點是正三角形的三個頂點,點在橢圓E上. (Ⅰ)求橢圓E的方程; (Ⅱ)設(shè)不過原點O且斜率為2(1)的直線l與橢圓E交于不同的兩點A,B,線段AB的中點為M,直線OM與橢圓E交于C,D,證明:. 【答案】(1);(2)證明詳見解析. 【解析】 所以. 又 . 所以. 考點:橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程及其幾何性質(zhì). 【名師點睛】本題考查橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程及其幾何性質(zhì),考查學(xué)生的分析問題解決問題的能力和數(shù)形結(jié)合的思想.在涉及到直線與橢圓(圓錐曲線)的交點問題時,一般都設(shè)交點坐標(biāo)為,同時把直線方程與橢圓方程聯(lián)立,消元后,可得,再把用表示出來,并代入剛才的,這種方法是解析幾何
14、中的“設(shè)而不求”法.可減少計算量,簡化解題過程. 7. 【2016年高考北京理數(shù)】(本小題14分) 已知橢圓C: ()的離心率為 ,,,,的面積為1. (1)求橢圓C的方程; (2)設(shè)的橢圓上一點,直線與軸交于點M,直線PB與軸交于點N. 求證:為定值. 【答案】(1);(2)詳見解析. 考點:1.橢圓方程及其性質(zhì);2.直線與橢圓的位置關(guān)系. 【名師點睛】解決定值定點方法一般有兩種:(1)從特殊入手,求出定點、定值、定線,再證明定點、定值、定線與變量無關(guān);(2)直接計算、推理,并在計算、推理的過程中消去變量,從而得到定點、定值、定線.應(yīng)注意到繁難的代數(shù)運算是此類問題的特點
15、,設(shè)而不求方法、整體思想和消元的思想的運用可有效地簡化運算. 8. 【2016年高考四川理數(shù)】(本小題滿分13分) 已知橢圓E:的兩個焦點與短軸的一個端點是直角三角形的三個頂點,直線與橢圓E有且只有一個公共點T. (Ⅰ)求橢圓E的方程及點T的坐標(biāo); (Ⅱ)設(shè)O是坐標(biāo)原點,直線l’平行于OT,與橢圓E交于不同的兩點A、B,且與直線l交于點P.證明:存在常數(shù),使得,并求的值. 【答案】(Ⅰ),點T坐標(biāo)為(2,1);(Ⅱ). (II)由已知可設(shè)直線 的方程為, 有方程組 可得 所以P點坐標(biāo)為( ),. 考點:橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程及其幾何性質(zhì). 【名師點睛】本題考查橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程
16、及其幾何性質(zhì),考查學(xué)生的分析問題解決問題的能力和數(shù)形結(jié)合的思想.在涉及到直線與橢圓(圓錐曲線)的交點問題時,一般都設(shè)交點坐標(biāo)為,同時把直線方程與橢圓方程聯(lián)立,消元后,可得,再把用表示出來,并代入剛才的,這種方法是解析幾何中的“設(shè)而不求”法.可減少計算量,簡化解題過程. 9.【2017北京,文19】已知橢圓C的兩個頂點分別為A(?2,0),B(2,0),焦點在x軸上,離心率為. (Ⅰ)求橢圓C的方程; (Ⅱ)點D為x軸上一點,過D作x軸的垂線交橢圓C于不同的兩點M,N,過D作AM的垂線交BN于點E.求證:△BDE與△BDN的面積之比為4:5. 【答案】(Ⅰ) ;(Ⅱ)詳見解析. (Ⅱ)
17、設(shè),則. 由題設(shè)知,且. 直線的斜率,故直線的斜率. 所以直線的方程為. 直線的方程為. 聯(lián)立解得點的縱坐標(biāo). 【反饋練習(xí)】 1. 【2018黑龍江齊齊哈爾八中三?!恳阎獧E圓: ()的離心率為,過右焦點且垂直于軸的直線與橢圓交于, 兩點,且,直線: 與橢圓交于, 兩點. (1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程; (2)已知點,若是一個與無關(guān)的常數(shù),求實數(shù)的值. 【答案】(1);(2)1 【解析】試題分析:(1)由題意, ,又,求得橢圓方程;(2)聯(lián)立方程組,得到韋達(dá)定理, ,所以所以,解得. (2)設(shè), ,聯(lián)立方程消元得, , ∴, , 又是一個與無關(guān)的常數(shù),∴,
18、即, ∴, .∵,∴. 當(dāng)時, ,直線與橢圓交于兩點,滿足題意. 2. 【2018北京大興聯(lián)考】已知橢圓的短軸端點到右焦點的距離為2. (Ⅰ)求橢圓的方程; (Ⅱ)過點的直線交橢圓于兩點,交直線于點,若, ,求證: 為定值. 【答案】(1) ;(2)詳見解析. 方法一:因為,所以. 同理,且與異號, 所以 .
19、 所以, 為定值. 方法三:由題意直線過點,設(shè)方程為 , 將代人得點坐標(biāo)為, 由 消元得, 設(shè), ,則且, 因為,所以. 同理,且與異號, 所以 . 又當(dāng)直線與軸重合時, , 所以, 為定值. 【點睛】本題考查直線和橢圓的位置關(guān)系,其主要思路是聯(lián)立直線和橢圓的方程,整理成關(guān)于或的一元二次方程,利用根與系數(shù)的
20、關(guān)系進行求解,因為直線過點,在設(shè)方程時,往往設(shè)為 ,可減少討論該直線是否存在斜率. 3. 【2018云南昆明一中一模】已知動點滿足: . (1)求動點的軌跡的方程; (2)設(shè)過點的直線與曲線交于兩點,點關(guān)于軸的對稱點為(點與點不重合),證明:直線恒過定點,并求該定點的坐標(biāo). 【答案】(1);(2)直線過定點 ,證明見解析. 4. 【2018廣西柳州摸底聯(lián)考】已知過拋物線的焦點,斜率為的直線交拋物線于兩點,且. (1)求該拋物線的方程; (2)已知拋物線上一點,過點作拋物線的兩條弦和,且,判斷直線是否過定點?并說明理由. 【答案】(1);(2)定點 【解析】試題分析:(1)利
21、用點斜式設(shè)直線直線的方程,與拋物線聯(lián)立方程組,結(jié)合韋達(dá)定理與弦長公式求,再根據(jù)解得.(2)先設(shè)直線方程, 與拋物線聯(lián)立方程組,結(jié)合韋達(dá)定理化簡,得或,代入方程可得直線過定點 (2)由(1)可得點,可得直線的斜率不為0, 設(shè)直線的方程為: , 聯(lián)立,得, 則①. 設(shè),則. ∵ 即,得: , ∴,即或, 代人①式檢驗均滿足, ∴直線的方程為: 或. ∴直線過定點(定點不滿足題意,故舍去). 點睛:定點、定值問題通常是通過設(shè)參數(shù)或取特殊值來確定“定點”是什么、“定值”是多少,或者將該問題涉及的幾何式轉(zhuǎn)化為代數(shù)式或三角問題,證明該式是恒定的. 定點、
22、定值問題同證明問題類似,在求定點、定值之前已知該值的結(jié)果,因此求解時應(yīng)設(shè)參數(shù),運用推理,到最后必定參數(shù)統(tǒng)消,定點、定值顯現(xiàn). 5. 【2018河南洛陽聯(lián)考】如圖,點是拋物線: ()的焦點,點是拋物線上的定點,且,點, 是拋物線上的動點,直線, 斜率分別為, . (1)求拋物線的方程; (2)若,點是拋物線在點, 處切線的交點,記的面積為,證明為定值. 【答案】(1)(2) 試題解析: (1)設(shè),由題知,所以 , 所以代入()中得,即, 所以拋物線的方程是. 點睛:定點、定值問題通常是通過設(shè)參數(shù)或取特殊值來確定“定點”是什么、“定值”是多少,或者將該問題涉及的幾何式
23、轉(zhuǎn)化為代數(shù)式或三角問題,證明該式是恒定的. 定點、定值問題同證明問題類似,在求定點、定值之前已知該值的結(jié)果,因此求解時應(yīng)設(shè)參數(shù),運用推理,到最后必定參數(shù)統(tǒng)消,定點、定值顯現(xiàn). 6. 【2018湖北八校聯(lián)考】已知拋物線在第一象限內(nèi)的點到焦點的距離為. (1)若,過點, 的直線與拋物線相交于另一點,求的值; (2)若直線與拋物線相交于兩點,與圓相交于兩點, 為坐標(biāo)原點, ,試問:是否存在實數(shù),使得的長為定值?若存在,求出的值;若不存在,請說明理由. 【答案】(1);(2)時, , 的長為定值. (2)設(shè)直線的方程為,代入拋物線方程可得, 設(shè) ,則, ,① 由得: , 整理得,②
24、 將①代入②解得,∴直線, ∵圓心到直線l的距離,∴, 顯然當(dāng)時, , 的長為定值. 點睛:本題主要考查了拋物線的性質(zhì),直線與拋物線的位置關(guān)系,直線與圓的位置關(guān)系,難度中檔;拋物線上點的特征,拋物線上任意一點到焦點的距離和到準(zhǔn)線的距離相等,即為,兩直線垂直即可轉(zhuǎn)化為斜率也可轉(zhuǎn)化為數(shù)量積為0,直線與圓相交截得的弦長的一半,圓的半徑以及圓心到直線的距離可構(gòu)成直角三角形. 7. 【2018黑龍江齊齊哈爾八中二?!恳赃呴L為的正三角形的頂點為坐標(biāo)原點,另外兩個頂點在拋物線上,過拋物線的焦點的直線過交拋物線于兩點. (1)求拋物線的方程; (2)求證: 為定值; (3)求線段的中點的軌跡方程
25、. 【答案】(1);(2)證明見解析;(3) 試題解析: (1)因為正三角形和拋物線都是軸對稱圖形,且三角形的一個頂點扣拋物線的頂點重合,所以,三角形的頂點關(guān)于軸對稱,如圖所示. 由可得, ∵,∴. ∴拋物線的方程為. 8. 【2018湖南株洲兩校聯(lián)考】已知橢圓E: 經(jīng)過點P(2,1),且離心率為. (Ⅰ)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程; (Ⅱ)設(shè)O為坐標(biāo)原點,在橢圓短軸上有兩點M,N滿足,直線PM、PN分別交橢圓于A,B.探求直線AB是否過定點,如果經(jīng)過定點請求出定點的坐標(biāo),如果不經(jīng)過定點,請說明理由. 【答案】(1);(2)直線AB過定點Q(0,﹣2). 【解析】試題分
26、析:(1)根據(jù)橢圓的幾何性質(zhì)得到橢圓方程;(2)先由特殊情況得到結(jié)果,再考慮一般情況,聯(lián)立直線和橢圓得到二次函數(shù),根據(jù)韋達(dá)定理,和向量坐標(biāo)化的方法,得到結(jié)果。 (Ⅱ)當(dāng)M,N分別是短軸的端點時,顯然直線AB為y軸,所以若直線過定點,這個定點一點在y軸上, 當(dāng)M,N不是短軸的端點時,設(shè)直線AB的方程為y=kx+t,設(shè)A(x1,y1)、B(x2,y2), 由消去y得(1+4k2)x2+8ktx+4t2﹣8=0,·則△=16(8k2﹣t2+2)>0, x1+x2=,x1x2=, 又直線PA的方程為y﹣1=(x﹣2),即y﹣1=(x﹣2), 因此M點坐標(biāo)為(0
27、, ),同理可知:N(0, ), 由,則+=0, 化簡整理得:(2﹣4k)x1x2﹣(2﹣4k+2t)(x1+x2)+8t=0, 則(2﹣4k)×﹣(2﹣4k+2t)()+8t=0, 當(dāng)且僅當(dāng)t=﹣2時,對任意的k都成立,直線AB過定點Q(0,﹣2). 9. 【2018廣西南寧聯(lián)考】已知拋物線上一點到焦點的距離為. (l)求拋物線的方程; (2)拋物線上一點的縱坐標(biāo)為1,過點的直線與拋物線交于兩個不同的點(均與點不重合),設(shè)直線的斜率分別為,求證:為定值. 【答案】(1);(2)證明見解析. 【解析】試題分析:(1)由焦半徑定義和點在拋物線上建立兩個方程,兩個未知數(shù),可求得
28、拋物線方程。(2)由(1)知拋物線的方程,及,,設(shè)過點的直線的方程為, 10. 【2018重慶市第一中學(xué)模擬】已知橢圓的短軸端點和焦點組成的四邊形為正方形,且橢圓過點. (1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程; (2)四邊形的頂點都在橢圓上,且對角線、過原點,若,求證:四邊形的面積為定值. 【解析】(1)由題意, ,又,解得, , 所以橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為. (2)設(shè)直線的方程為,設(shè), , 聯(lián)立得, , , , ∵,∴,∴ , , ∴,∴,∴, 設(shè)原點到直線的距離為,則 , ∴,即四邊形的面積為定值. 11. 【2018黑龍江齊齊哈爾市第八中學(xué)模擬】已
29、知拋物線的焦點為,傾斜角為的直線過點與拋物線交于兩點, 為坐標(biāo)原點, 的面積為. (1)求; (2)設(shè)點為直線與拋物線在第一象限的交點,過點作的斜率分別為的兩條弦,如果,證明直線過定點,并求出定點坐標(biāo). 而直線的方程為,因為也拋物線上,所以代入上述方程并整理得, , . 令,則,代入的方程得, 整理得, 若上式對任意變化的恒成立,則,解得 故直線經(jīng)過定點. 12. 在平面直角坐標(biāo)系中,已知圓,橢圓, 為橢圓的右頂點,過原點且異于軸的直線與橢圓交于兩點, 在軸的上方,直線與圓的另一交點為,直線與圓的另一交點為, (1)若,求直線的斜率; (2)設(shè)與的面積分別為,求的最大值. 44
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