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第2章 圓錐曲線與方程
章末復(fù)習(xí)
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.掌握橢圓
、雙曲線、拋物線的定義及其應(yīng)用,會用定義求標(biāo)準(zhǔn)方程.2.掌握橢圓、雙曲線、拋物線的標(biāo)準(zhǔn)方程及其求法.3.掌握橢圓、雙曲線、拋物線的幾何性質(zhì),會利用幾何性質(zhì)解決相關(guān)問題.4.掌握簡單的直線與圓錐曲線位置關(guān)系問題的解決方法.
1.橢圓、雙曲線、拋物線的定義、標(biāo)準(zhǔn)方程、幾何性質(zhì)
橢圓
雙曲線
拋物線
定義
平面內(nèi)與兩個定點F1,F(xiàn)2的距離的和等于常數(shù)(大于F1F2)的點的軌跡
平面內(nèi)與兩個定點F1,F(xiàn)2距離的差的絕對值等于常數(shù)(小于F1F2的正數(shù))的點的軌跡
平面內(nèi)到一個定點F和一條定直線l(F不在l上)的距離相等的點的軌跡
標(biāo)準(zhǔn)方程
+=1或+=1(a>b>0)
-=1或-=1(a>0,b>0)
y2=2px或y2=-2px或x2=2py或x2=-2py(p>0)
關(guān)系式
a2-b2=c2
a2+b2=c2
圖形
封閉圖形
無限延展,但有漸近線y=x或y=x
無限延展,沒有漸近線
變量范圍
|x|≤a,|y|≤b或|y|≤a,|x|≤b
|x|≥a或|y|≥a
x≥0或x≤0或y≥0或y≤0
對稱性
對稱中心為原點
無對稱中心
兩條對稱軸
一條對稱軸
頂點
四個
兩個
一個
離心率
e=,且0
1
e=1
決定形狀的因素
e決定扁平程度
e決定開口大小
2p決定開口大小
2.求圓錐曲線方程的一般步驟
一般求已知曲線類型的曲線方程問題,可采用“先定形,后定式,再定量”的步驟.
(1)定形——指的是二次曲線的焦點位置與對稱軸的位置.
(2)定式——根據(jù)“形”設(shè)方程的形式,注意曲線系方程的應(yīng)用,如當(dāng)橢圓的焦點不確定在哪個坐標(biāo)軸上時,可設(shè)方程為mx2+ny2=1(m>0,n>0且m≠n).
(3)定量——由題設(shè)中的條件找到“式”中待定系數(shù)的等量關(guān)系,通過解方程得到量的大小.
3.離心率
(1)定義法:由橢圓(雙曲線)的標(biāo)準(zhǔn)方程可知,不論橢圓(雙曲線)的焦點在x軸上還是y軸上都有關(guān)系式a2-b2=c2(a2+b2=c2)以及e=,已知其中的任意兩個參數(shù),可以求其他的參數(shù),這是基本且常用的方法.
(2)方程法:建立參數(shù)a與c之間的齊次關(guān)系式,從而求出其離心率,這是求離心率的十分重要的思路及方法.
(3)幾何法:求與過焦點的三角形有關(guān)的離心率問題,根據(jù)平面幾何性質(zhì)以及橢圓(雙曲線)的定義、幾何性質(zhì),建立參數(shù)之間的關(guān)系,通過畫出圖形,觀察線段之間的關(guān)系,使問題更形象、直觀.
4.焦點三角形
(1)橢圓的焦點三角形
設(shè)P為橢圓+=1(a>b>0)上任意一點(不在x軸上),F(xiàn)1,F(xiàn)2為焦點且∠F1PF2=α,則△PF1F2為焦點三角形(如圖).
①焦點三角形的面積為S=b2tan.
②焦點三角形的周長為L=2a+2c.
(2)雙曲線的焦點三角形
焦點三角形的面積為S=.
5.直線與圓錐曲線的位置關(guān)系
直線與圓錐曲線的位置關(guān)系,主要是直線與橢圓的位置關(guān)系,涉及函數(shù)、方程、不等式、平面幾何等諸多方面的知識,形成了求定值、最值、對稱、取值范圍、線段的長度等多種問題.解決此類問題應(yīng)注意數(shù)形結(jié)合,以形輔數(shù)的方法;還要多結(jié)合圓錐曲線的定義,利用“設(shè)而不求法”以及“點差法”等.
1.橢圓x2+4y2=1的離心率為.( √ )
2.拋物線y2=4x的焦點到準(zhǔn)線的距離是4.( )
3.若橢圓x2+my2=1的離心率為,則它的長半軸長為2.( )
4.雙曲線-=1(-21)和雙曲線-y2=1(n>0)有相同的焦點F1,F(xiàn)2,P是它們的一個交點,則△F1PF2的形狀是____________.
考點 圓錐曲線的定義
題點 圓錐曲線定義的運用
答案 直角三角形
解析 設(shè)P為雙曲線右支上的一點.
對橢圓+y2=1(m>1),c2=m-1,
PF1+PF2=2;
對雙曲線-y2=1,c2=n+1,
PF1-PF2=2.
∴PF1=+,PF2=-,
F1F=(2c)2=2(m+n).
而PF+PF=2(m+n)=(2c)2=F1F,
∴△F1PF2是直角三角形.
類型二 圓錐曲線的性質(zhì)及其應(yīng)用
例2 (1)已知a>b>0,橢圓C1的方程為+=1,雙曲線C2的方程為-=1,C1與C2的離心率之積為,則C2的漸近線的斜率為______________.
(2)已知拋物線y2=4x的準(zhǔn)線與雙曲線-y2=1交于A,B兩點,點F為拋物線的焦點,若△FAB為直角三角形,則該雙曲線的離心率為________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線的離心率問題
答案 (1) (2)
解析 (1)∵a>b>0,橢圓C1的方程為+=1,
∴C1的離心率為.
∵雙曲線C2的方程為-=1,
∴C2的離心率為.
∵C1與C2的離心率之積為,
∴=,
∴2=,=,
∴C2的漸近線的斜率為.
(2)拋物線y2=4x的準(zhǔn)線方程為x=-1.又△FAB為直角三角形,則只有∠AFB=90,如圖,則A(-1,2)在雙曲線上,代入雙曲線方程可得a2=,于是c==.
故e==.
反思與感悟 有關(guān)圓錐曲線的焦點、離心率、漸近線等問題是考試中常見的問題,只要掌握基本公式和概念,并且充分理解題意,大都可以順利求解.
跟蹤訓(xùn)練2 已知F1(-c,0),F(xiàn)2(c,0)為橢圓+=1(a>b>0)的兩個焦點,P為橢圓上一點,且=c2,則此橢圓離心率的取值范圍為________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線的離心率問題
答案
解析 設(shè)P(x,y),則=(-c-x,-y)(c-x,-y)=x2-c2+y2=c2,①
將y2=b2-x2代入①式,解得
x2==,
又x2∈[0,a2],∴2c2≤a2≤3c2,
∴e=∈.
類型三 直線與圓錐曲線的位置關(guān)系
例3 已知橢圓+=1(a>b>0)上的點P到左、右兩焦點F1,F(xiàn)2的距離之和為2,離心率為.
(1)求橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)過右焦點F2的直線l交橢圓于A,B兩點,若y軸上一點M滿足MA=MB,求直線l的斜率k的值.
考點 直線與橢圓
題點 利用直線和橢圓的位置關(guān)系求解相關(guān)問題
解 (1)由題意知,PF1+PF2=2a=2,
所以a=.
又因為e==,所以c==1,
所以b2=a2-c2=2-1=1,
所以橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為+y2=1.
(2)已知橢圓的右焦點為F2(1,0),直線斜率顯然存在,
設(shè)直線的方程為y=k(x-1),
兩交點坐標(biāo)分別為A(x1,y1),B(x2,y2).
聯(lián)立直線與橢圓的方程,得
化簡得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0,Δ=8k2+8>0.
所以x1+x2=,
y1+y2=k(x1+x2)-2k=.
所以AB的中點坐標(biāo)為.
①當(dāng)k≠0時,AB的中垂線方程為
y-=-,
因為MA=MB,
所以點M在AB的中垂線上,
將點M的坐標(biāo)代入直線方程,得+=,
即2k2-7k+=0,解得k=或k=;
②當(dāng)k=0時,AB的中垂線方程為x=0,滿足題意.
所以斜率k的取值為0,或.
反思與感悟 解決圓錐曲線中的參數(shù)范圍問題與求最值問題類似,一般有兩種方法:
(1)函數(shù)法:用其他變量表示該參數(shù),建立函數(shù)關(guān)系,利用求函數(shù)值域的方法求解.
(2)不等式法:根據(jù)題意建立含參數(shù)的不等關(guān)系式,通過解不等式求參數(shù)范圍.
跟蹤訓(xùn)練3 如圖,焦距為2的橢圓E的兩個頂點分別為A,B,且與n=(,-1)共線.
(1)求橢圓E的標(biāo)準(zhǔn)方程;
(2)若直線y=kx+m與橢圓E有兩個不同的交點P和Q,且原點O總在以PQ為直徑的圓的內(nèi)部,求實數(shù)m的取值范圍.
考點 直線與橢圓
題點 利用直線和橢圓的位置關(guān)系求解相關(guān)問題
解 (1)因為2c=2,所以c=1.
又=(-a,b),且∥n,所以b=a,
所以2b2=b2+1,所以b2=1,a2=2.
所以橢圓E的標(biāo)準(zhǔn)方程為+y2=1.
(2)設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2),把直線方程y=kx+m代入橢圓方程+y2=1,
消去y,得(2k2+1)x2+4kmx+2m2-2=0,
所以x1+x2=-,x1x2=.
Δ=16k2-8m2+8>0,即m2<2k2+1.(*)
因為原點O總在以PQ為直徑的圓的內(nèi)部,
所以<0,即x1x2+y1y2<0.
又y1y2=(kx1+m)(kx2+m)
=k2x1x2+mk(x1+x2)+m2=.
由+<0,得m2b>0),M(x,y)為橢圓上的點,由=,得a=2b.
PM2=x2+2=-32+4b2+3(-b≤y≤b),
若b<,則當(dāng)y=-b時PM2最大,即2=7,
∴b=->,故矛盾.
若b≥,當(dāng)y=-時,4b2+3=7,b2=1,a2=4,
所求方程為+y2=1.
1.已知F1,F(xiàn)2是橢圓+=1的左、右焦點,弦AB過F1,若△ABF2的周長為8,則橢圓的離心率為________.
考點 圓錐曲線的定義
題點 圓錐曲線定義的運用
答案
解析 因為△ABF2的周長為4a,所以a=2,得k=2,
所以e===.
2.設(shè)橢圓+=1 (m>n>0)的右焦點與拋物線y2=8x的焦點相同,離心率為,則此橢圓的方程為________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線幾何性質(zhì)的運用
答案?。?
解析 ∵y2=8x的焦點為(2,0),
∴+=1的右焦點為(2,0),∴c=2.
又e==,∴m=4.
∵c2=m2-n2=4,∴n2=12.
∴橢圓方程為+=1.
3.以拋物線y2=4x的焦點為頂點,頂點為中心,離心率為2的雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為____________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線幾何性質(zhì)的運用
答案 x2-=1
解析 易得拋物線的焦點坐標(biāo)為(1,0),
所以雙曲線的一個頂點坐標(biāo)為(1,0).
設(shè)雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為-=1(a>0,b>0),
則a=1.
又離心率e==2,所以c=2,
從而b2=c2-a2=3.
所以所求雙曲線的標(biāo)準(zhǔn)方程為x2-=1.
4.若拋物線y2=2x上的兩點A,B到焦點的距離的和是5,則線段AB的中點P到y(tǒng)軸的距離是________.
考點 圓錐曲線的定義
題點 圓錐曲線定義的運用
答案 2
解析 設(shè)l是拋物線的準(zhǔn)線,F(xiàn)為拋物線的焦點,A,B,P在l上的投影分別為A1,B1,P1.
則由拋物線的定義可知,AA1+BB1=AF+BF=5,
所以PP1=(AA1+BB1)=,
所以點P到y(tǒng)軸的距離為d=-=2.
5.過橢圓+=1內(nèi)一點P(3,1),且被這點平分的弦所在直線的方程是____________.
考點 直線與橢圓
題點 利用直線和橢圓的位置關(guān)系求解相關(guān)問題
答案 3x+4y-13=0
解析 設(shè)直線與橢圓交于A(x1,y1),B(x2,y2)兩點,
由于A,B兩點均在橢圓上,故+=1,+=1,
兩式相減得
+=0.
又∵P是A,B的中點,∴x1+x2=6,y1+y2=2,
∴kAB==-.
∴直線AB的方程為y-1=-(x-3).
即3x+4y-13=0.
在解決圓錐曲線問題時,待定系數(shù)法,“設(shè)而不求”思想,轉(zhuǎn)化與化歸思想是最常用的幾種思想方法,“設(shè)而不求”思想,在解決直線和圓錐曲線的位置關(guān)系問題中匠心獨具,很好的解決了計算的繁雜、瑣碎問題.
一、填空題
1.設(shè)橢圓+=1(a>b>0)的左、右焦點分別為F1,F(xiàn)2,上頂點為B.若BF2=F1F2=2,則該橢圓的方程為____________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線幾何性質(zhì)的運用
答案?。?
解析 ∵BF2=F1F2=2,∴a=2c=2,
∴a=2,c=1,∴b=,∴橢圓的方程為+=1.
2.已知雙曲線-y2=1(a>0)的右焦點與拋物線y2=8x的焦點重合,則此雙曲線的漸近線方程是____________.
考點 雙曲線的幾何性質(zhì)
題點 由雙曲線的方程研究幾何性質(zhì)
答案 y=x
解析 ∵y2=8x的焦點是(2,0),
∴雙曲線-y2=1的半焦距c=2,又虛半軸長b=1且a>0,∴a==,
∴雙曲線的漸近線方程是y=x.
3.若曲線+=1的一條準(zhǔn)線方程為x=10,則m的值為________.
考點 圓錐曲線的準(zhǔn)線
題點 準(zhǔn)線方程的運用
答案 6或86
解析 ∵此曲線為焦點在x軸上的橢圓,
∴a2=m+4,c==.
而一條準(zhǔn)線方程為x=10,
∴=10,解得m=6或86.
4.在給定橢圓中,過焦點且垂直于長軸的弦長為,焦點到相應(yīng)準(zhǔn)線的距離為1,則該橢圓的離心率為________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線的離心率問題
答案
解析 不妨設(shè)橢圓方程為+=1(a>b>0),
則有即
①②得e=.
5.設(shè)P是橢圓+=1上的任意一點,又點Q的坐標(biāo)為(0,-4),則PQ的最大值為________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線中的最值問題
答案 8
解析 設(shè)P的坐標(biāo)為(x,y),
則PQ2=x2+(y+4)2=25+(y+4)2
=-2+(-4≤y≤4),
當(dāng)y=4時,PQ2最大,
此時PQ最大,且PQ的最大值為
=8.
6.設(shè)雙曲線的一個焦點為F,虛軸的一個端點為B,如果直線FB與該雙曲線的一條漸近線垂直,那么此雙曲線的離心率為__________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線的離心率問題
答案
解析 不妨設(shè)雙曲線方程為-=1(a>0,b>0),
則可令F(c,0),B(0,b).
直線FB:bx+cy-bc=0與漸近線y=x垂直,
所以-=-1,即b2=ac,
所以c2-a2=ac,即e2-e-1=0,
所以e=或e=(舍去).
7.已知拋物線的頂點在原點,焦點在x軸上,其上一點P(1,m)到焦點的距離為5,則m的值為________.
考點 圓錐曲線的定義
題點 圓錐曲線定義的運用
答案 4
解析 由拋物線的定義知,點P到焦點的距離等于點P到準(zhǔn)線的距離,所以1+=5,p=8,故拋物線的方程為y2=16x.將點P(1,m)代入方程,得m=4.
8.設(shè)P是雙曲線-=1上一點,雙曲線的一條漸近線方程為3x-2y=0,F(xiàn)1,F(xiàn)2分別是雙曲線的左、右焦點,若PF1=3,則PF2=________.
考點 圓錐曲線的定義
題點 圓錐曲線定義的運用
答案 7
解析 雙曲線的一條漸近線方程為y=x,
即=,又b2=9,∴a=2.
由雙曲線定義知,|PF1-PF2|=2a=4,
∴PF2=7.
9.點P在橢圓x2+=1上,點Q在直線y=x+4上,若PQ的最小值為,則m=________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線中的最值問題
答案 3
解析 根據(jù)題意,與直線y=x+4平行且距離為的直線方程為y=x+2或y=x+6(舍去),
聯(lián)立消去y,得(m+1)x2+4x+4-m=0,
令Δ=16-4(m+1)(4-m)=0,
解得m=0或m=3,∵m>0,∴m=3.
10.已知橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點分別為F1,F(xiàn)2,離心率為e.直線l:y=ex+a與x軸,y軸分別交于A,B兩點,M是直線l與橢圓C的一個公共點,設(shè)=e,則該橢圓的離心率e=________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線的離心率問題
答案
解析 因為點A,B分別是直線l:y=ex+a與x軸,y軸的交點,所以點A,B的坐標(biāo)分別是,(0,a).
設(shè)點M的坐標(biāo)是(x0,y0),由=e,
得(*)
因為點M在橢圓上,所以+=1,
將(*)式代入,得+=1,
整理得e2+e-1=0,
解得e=或e=(舍去).
二、解答題
11.在平面直角坐標(biāo)系xOy中,矩形ABCD的一邊AB在x軸上,另一邊CD在x軸上方,且AB=8,BC=6,其中A(-4,0),B(4,0).
(1)若A,B為橢圓的焦點,且橢圓經(jīng)過C,D兩點,求該橢圓的方程;
(2)若A,B為雙曲線的焦點,且雙曲線經(jīng)過C,D兩點,求雙曲線的方程.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線幾何性質(zhì)的運用
解 (1)∵A,B為橢圓的焦點,且橢圓經(jīng)過C,D兩點,
根據(jù)橢圓的定義知,CA+CB=16=2a,∴a=8.
在橢圓中,b2=a2-c2=64-16=48,
∴橢圓方程為+=1.
(2)∵A,B是雙曲線的焦點,且雙曲線經(jīng)過C,D兩點,
根據(jù)雙曲線的定義知,CA-CB=4=2a′,∴a′=2.
在雙曲線中,b′2=c′2-a′2=16-4=12,
∴雙曲線方程為-=1.
12.已知F1,F(xiàn)2是橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點,點N(-,1)在橢圓上,線段NF2與y軸的交點M滿足+=0.
(1)求橢圓C的方程;
(2)設(shè)P為橢圓C上一點,且∠F1PF2=,求△F1PF2的面積.
考點 圓錐曲線的定義
題點 圓錐曲線定義的運用,焦點三角形
解 (1)由已知,點N(-,1)在橢圓上,
∴有+=1,①
又∵+=0,M在y軸上,∴M為NF2的中點,
∴-+c=0,c=.
∴a2-b2=2,②
由①②解得b2=2(b2=-1舍去),∴a2=4,
故所求橢圓C的方程為+=1.
(2)設(shè)PF1=m,PF2=n,
則S△F1PF2=mnsin=mn.
由橢圓的定義知PF1+PF2=2a,即m+n=4.③
又由余弦定理得PF+PF-2PF1PF2cos=F1F,
即m2+n2-mn=(2)2.④
由③2-④,得mn=,∴S△F1PF2=.
13.已知橢圓E:+=1(a>b>0)的一個頂點坐標(biāo)為A(0,),離心率e=.
(1)求橢圓E的方程;
(2)設(shè)動直線l:y=kx+m與橢圓E相切于點P,且與直線x=4相交于點Q,求證:以PQ為直徑的圓過定點N(1,0).
考點 直線與橢圓
題點 利用直線和橢圓的位置關(guān)系求解相關(guān)問題
(1)解 由已知可得∴a2=4,
∴所求橢圓方程為+=1.
(2)證明 聯(lián)立方程+=1與y=kx+m,消元得
(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0.
∵曲線E與直線只有一個公共點,
∴Δ=0,化簡可得m2=4k2+3,故m≠0.
設(shè)P(xP,yP),故xP==-,
yP=kxP+m=,故P.
又由得Q(4,4k+m).
∵N(1,0),=,=(3,4k+m),
∴=3+--3=0,∴⊥,
∴以PQ為直徑的圓過定點N(1,0).
三、探究與拓展
14.已知F1,F(xiàn)2是橢圓C:+=1(a>b>0)的左、右焦點,過F1的直線l與橢圓交于A,B兩點.若AB∶BF2∶AF2=3∶4∶5,則橢圓C的離心率為________.
考點 圓錐曲線的幾何性質(zhì)
題點 圓錐曲線的離心率問題
答案
解析 設(shè)AB=3t(t>0),則BF2=4t,AF2=5t,則AB+BF2+AF2=12t.
因為AB+BF2+AF2=4a,所以12t=4a,即t=a.
又F1A+AF2=2a,
所以F1A=2a-a=a,F(xiàn)1B=a,BF2=a.
由AB∶BF2∶AF2=3∶4∶5,知AB⊥BF2,
故F1B2+BF=4c2,
即2+2=4c2,得a2=c2.
所以e2==,即e=.
15.如圖,在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知橢圓+=1(a>b>0)的離心率為,C為橢圓上位于第一象限內(nèi)的一點.
(1)若點C的坐標(biāo)為,求a,b的值;
(2)設(shè)A為橢圓的左頂點,B為橢圓上一點,且=,求直線AB的斜率.
考點 直線與橢圓
題點 利用直線和橢圓的位置關(guān)系求解相關(guān)問題
解 (1)因為橢圓的離心率為,所以=,
即=.①
又因為點C在橢圓上,所以+=1.②
由①②解得a2=9,b2=5.
因為a>b>0,所以a=3,b=.
(2)由①知,=,
所以橢圓方程為+=1,即5x2+9y2=5a2.
設(shè)直線OC的方程為x=my(m>0),B(x1,y1),C(x2,y2).
由得5m2y2+9y2=5a2,
所以y2=.
因為y2>0,所以y2=.
因為=,所以AB∥OC.
可設(shè)直線AB的方程為x=my-a.
由得(5m2+9)y2-10amy=0,
所以y=0或y=,得y1=.
因為=,
所以(x1+a,y1)=,于是y2=2y1,
即=(m>0),所以m=.
所以直線AB的斜率為=.
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