3.涉及直线与圆的位置关系的问题,宜用圆心到直线的距离
来研究。
=
(
为圆的半径)
直线与圆相切;过圆x2+y2=r2上一点M(x0,y0)的切线方程为x0x+y0y=r2;过圆x2+y2=r2外一点M(x0,y0)作圆的两条切线,则两切点A、B连线的直线方程为x0x+y0y=r2。过⊙A外一点P作圆的切线PQ(Q为切点),则|PQ|=
。
<![]()
直线与圆相交,弦长|AB|=2
;过直线A
+B
+C=0与圆:
=0的交点的圆系方程:
+
(A
+B
+C)=0
。
>![]()
直线与圆相离,圆周上的点到直线距离的最小值为
-
,最大值为
+
。
[举例1] 从直线x-y+3=0上的点向圆
引切线,则切线长的最小值是
A.
B.
C.
D.
-1
解析:圆
的圆心A(-2,-2),直线x-y+3=0上任一点P,过引圆的切线PQ(Q为切点),则|PQ|=
,当且仅当|PA|最小时|PQ|最小,易见|PA|的最小值即A到直线x-y+3=0的距离,为
,此时|PQ|=
,选B。
[举例2] 能够使得圆
上恰有两个点到直线
距离等于1的
的一个值为:A.2 B.
C.3
D.![]()
解析:本题如果设圆上一点的坐标,用点到直线的距离公式得到一个方程,进而研究方程解的个数,将是非常麻烦的。注意到圆心M(1,-2),半径
=2,结合图形容易知道,当且仅当M到直线
:
的距离
∈(1,3)时,⊙M上恰有两个点到直线
的距离等于1,由
=
∈(1,3)得:
,选C。
[巩固1] 若直线(1+a)x+y+1=0与圆x2+y2-2x=0相切,则a的值为 ( )
(A)1,-1 (B)2,-2 (C)1 (D)-1
[巩固2]直线l1:y=kx+1与圆C:x2+y2+2kx+2my=0的两个交点A、B关于直线l2:x+y=0对称,则
= 。
[迁移]实数x,y满足
的取值范围为 ( )
A.
B.
C.
D.![]()
2.圆的标准方程刻画了圆的位置特点(圆心与半径),圆的一般方程反映了圆的代数特点(二元二次方程Ax2+By2+Cxy+Dx+Ey+F=0
A=B≠0,C=0,且D2+E2-4AF>0)。判断点P(x0,y0)与⊙M:(x-a)2+(y-b)2= r2的位置关系,用|PM|与r的大小,即:|PM|>r
(x0-a)2+(y0-b)2>
r2
P在⊙M外;|PM|<r
(x0-a)2+(y0-b)2<
r2
P在⊙M内;|PM|=r
(x0-a)2+(y0-b)2=
r2
P在⊙M上。过两个定点A、B的圆,圆心在线段AB的中垂线上。
[举例1]一圆经过A(4,2),B(-1,3)两点,且在两坐标轴上的四个截距之和为2,则圆的方程为 。
解析:研究圆在坐标轴上的截距,宜用一般方程(因为与圆心、半径没有直接联系),设圆的方程为x2+y2+Dx+Ey+F=0,∵圆过点A、B,∴4D+2E+F+20=0 ①,-D+3E+F+10=0 ②,
圆在x轴上的截距即圆与x轴交点的横坐标,当y=0时,x2+Dx+F=0,x1+x2=-D
圆在y轴上的截距即圆与y轴交点的纵坐标,当x=0时,y2+Ey+F=0,y1+y2=-E
由题意知:-D-E=2 ③,解①②③得D=-2,E=0,F=-12。
[举例2]若存在实数k使得直线
:kx-y-k+2=0与圆C:x2+2ax+y2-a+2=0无公共点,则实数a的取值范围是:
。
解析:本题看似直线远的位置关系问题,其实不然。注意到直线
对任意的实数k恒过定点
M(1,2),要存在实数k使得直线
与⊙C相离,当且仅当M点在圆外;方程x2+2ax+y2-a+2=0
变形为:(x+a)2+y2= a2+a-2, M点在⊙C外
(1+a)2+4>a2+a-2>0,解得:-7<a<-2或a>1.
注:本题中a2+a-2>0是极易疏漏的一个潜在要求。
[巩固1]过点A(3,-2),B(2,1)且圆心在直线x-2y-3=0上的圆的方程是 。
[巩固2]已知定点M(x0,y0)在第一象限,过M点的两圆与坐标轴相切,它们的半径分别为r1,
r2,则r1r2= 。
[迁移] 关于曲线
给出下列说法:①关于直线
对称;②关于直线
对称;③关于点
对称;④关于直线
对称;⑤是封闭图形,面积小于
;⑥是封闭图形,面积大于
;则其中正确说法的序号是
1.曲线C的方程为:f(x,y)=0
曲线C上任意一点P(x0,y0)的坐标满足方程f(x,y)=0,即f(x0,y0)=0;且以f(x,y)=0的任意一组解(x0,y0)为坐标的点P(x0,y0)在曲线C上。
依据该定义:已知点在曲线上即知点的坐标满足曲线方程;求证点在曲线上也只需证点的坐标满足曲线方程。求动点P(x,y)的轨迹方程即求点P的坐标(x,y)满足的方程(等式)。求动点轨迹方程的步骤:①建系,写(设)出相关点的坐标、线的方程,动点坐标一般设为(x,y),②分析动点满足的条件,并用等式描述这些条件,③化简,④验证:满足条件的点的坐标都是方程的解,且以方程的解为坐标的点都满足条件。
[举例1] 方程
所表示的曲线是: ( )
![]()
![]()
![]()
A B C D
解析:原方程等价于:
,或
;
其中当
需
有意义,等式才成立,即
,此时它表示直线
上不在圆
内的部分,这是极易出错的一个环节。选D。
[举例2] 已知点A(-1,0),B(2,0),动点M满足2∠MAB=∠MBA,求点M的轨迹方程。
解析:如何体现动点M满足的条件2∠MAB=∠MBA
是解决本题的关键。用动点M的坐标体现2∠MAB=∠MBA
的最佳载体是直线MA、MB的斜率。
设M(x,y),∠MAB=
,则∠MBA=2
,它们是直线
MA、MB的倾角还是倾角的补角,与点M在x轴的上方
还是下方有关;以下讨论:
①
若点M在x轴的上方, ![]()
此时,直线MA的倾角为
,MB的倾角为
-2
,
(2
)
![]()
![]()
得:
,∵
.
当2
时,
=450,
为等腰直角三角形,此时点M的坐标为(2,3),它满足上述方程.
②当点M在x轴的下方时, y<0,同理可得点M的轨迹方程为
,
③当点M在线段AB上时,也满足2∠MAB=∠MBA,此时y=0(-1<x<2).
综上所求点的轨迹方程为
.
[巩固1]右图的曲线是以原点为圆心,1为半径的圆的一部分,
则它的方程是
A.(
)·(
)=0
B.(
)·(
)=0
C.(
)·(
)=0
D.(
)·(
)=0
[巩固2]已知点R(-3,0),点P在y轴上,点Q在x轴的正半轴上,点M在直线PQ上,且满足
·
=
,2
+3
=
,当点P移动时,求M点的轨迹方程。
[迁移]正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为1,点M是棱AB的中点,点P是平面ABCD上的一动点,且点P到直线A1D1的距离两倍的平方比到点M的距离的平方大4,则点P的轨迹为: A.圆 B.椭圆 C.双曲线 D.抛物线
5.解决直线与二次曲线相交弦的问题,常“设而不求”,即将直线方程与二次曲线方程联立方程组,利用代入消元法转化为关于x(或y)的一元二次方程,将题中所给的几何量用韦达定理、△刻划出来;如:弦长|AB|=
=
,(其中k为直线AB的斜率),或|AB|=
=
。涉及斜率及其弦中点的问题常用“点差法”,即设出弦的两端点坐标分别代入二次曲线方程作差,此后略作变化(分离出弦的斜率),即可得到弦的斜率与弦中点的横纵坐标之间的关系。
[举例1] 在平面直角坐标系xOy中,抛物线
上异于坐标原点O的两不同动点A、B满足
(如图所示).则
得重心G(即三角形三条中线的交点)的轨迹方程为 ;
解析:显然直线AB的斜率存在,记为k,AB的方程记为:y=kx+b,(b≠0), A(x1,y1),B(x2,y2),将直线方程代入y=x2得:x2-kx-b=0,则有:⊿=k2+4b>0 ①,x1+x2=k ②, x1x2= -b ③,又y1=x12,y2=x22
∴y1y2=b2;而![]()
x1x2+ y1y2=0,得:-b+ b2=0且b≠0,∴b=1,代入①验证,满足;故y1+y2=k(x1+x2)+2=k2+2;设△AOB的重心为G(x,y),则x=
=
④,
y=
=
⑤,由④⑤两式消去参数k得:G的轨迹方程为
。
注:上述求轨迹的方法称为“参数法”,一般先设法将动点坐标用“参数”表示,再消参数。
[举例2]过椭圆
的右焦点F2并垂直于x轴
的直线与椭圆的一个交点为B,椭圆上不同的两点A(x1,y1),C(x2,y2)满足条件:|F2A|、|F2B|、|F2C|成等差
数列,则弦AC的中垂线在y轴上的截距的范围是 。
解析:对|F2A|+|F2C|=
使用焦半径公式得:5-
x1+5-
x2=![]()
x1+x2=8.此后,可以设AC的中垂线方程,代入椭圆方程,使用韦达定理;也可以用“点差”:记AC中点M(4,y0), 将A、C两点的坐标代入椭圆方程后作差得:
![]()
,∴
,于是有:AC的中垂线的方程为:
,当x=0时:
=-
,此即AC的中垂线在y轴上的截距,注意到:M(4,y0)在椭圆“内”,∴
,得-
<
<
,∴-
<-
<
。
[巩固1]已知抛物线y2=4x,过点P(4,0)的直线与抛物线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则y12+y22的最小值是 .
[巩固2]过抛物线
上一定点P(
)(
)作两条直线分别交抛物线于A(
),B(
),若PA与PB的斜率存在且倾斜角互补,则
= 。
4.直线与圆锥曲线的公共点问题一般用方程组的解研究。直线与曲线有几个公共点,方程组就有几组解;直线与圆锥曲线相切体现为:在解方程组的过程中,“消元”后得到的一元二次方程有两个相等的实根,即⊿=0;抛物线的切线还可以用导数研究(视抛物线方程为二次函数)。
[举例1]设抛物线y2=8x的准线与x轴交于点Q,若过点Q的直线
与抛物线有公共点,则直线
的斜率的取值范围是:( )
A.[-
,
] B.[-2,2] C.[-1,1] D.[-4,4]
解析:Q(-2,0),显然直线
斜率存在,记为k,则
的方程为:y=k(x+2),代入抛物线方程得:k2x2+4(k2-2)x+4k2=0,①当k=0时,方程有解;②当k≠0时,⊿=64(1-k2)≥0即
-1≤k<0或0<k≤,故选C。
[举例2]如图,设抛物线
的焦点为F,动点P在直线
上运动,过P作抛物线C的两条切线PA、PB,且与抛物线C分别相切于A、B两点.则△APB的重心G的轨迹方程为
.
解析:设切点A、B坐标分别为
,
∵y/=2x,∴两切线斜率分别为:2x0和2x1,
于是:切线AP的方程为:![]()
切线BP的方程为:![]()
解得P点的坐标为:![]()
所以△APB的重心G的坐标为
,
![]()
∴
,结合
=
代入点P所在在直线方程,得到重心G的轨迹方程为:
![]()
注:上述求轨迹的方法称为“代入法”,问题的基本结构是:动点N在已知曲线C0上移动,动点M随之移动(伴随点),求动点M的轨迹方程;一般解法是:寻找被动点M的坐标 (x,y)与主动点N的坐标(x0,y0)之间的关系,并用x,y表示x0,y0,再代入曲线C0的方程即可;此法为“参数法”的一种,借助M、N两点坐标之间的关系及曲线C0的方程消去两个参数x0,y0。
[巩固1] 已知直线
与抛物线
相切,则![]()
[巩固2]对于抛物线C:y2=4x,我们称满足y02<4x0的点M(x0,y0)在抛物线的内部.若点M(x0,y0)在抛物线内部,则直线l:y0y=2(x+ x0)与曲线C
A.恰有一个公共点 B.恰有2个公共点
C.可能有一个公共点,也可能有两个公共点 D.没有公共点
[迁移]直线y=ax+1与双曲线3x2-y2=1的两支分别交于A、B两点,则a的取值范围是 。
3.过抛物线y2=2px的焦点直线
与抛物线y2=2px交于A(x1,y1)、B(x2,y2)两点,记住并会证明:
,
,|AB|=
(其中
为弦AB的倾角,
=900时的弦AB即为抛物线的通经),证明该结论时为避免讨论斜率不存在情形,可设直线方程为:x=my+
(其中m为AB的斜率的倒数);抛物线焦点弦问题常用定义,如:以焦点弦为直径的圆与准线相切。
[举例1]抛物线y2=2px上弦长为a(a≥2p)的弦的中点到y轴的距离的最小值为: 。
解析:抛物线的准线
的方程为:x= -
,焦点F(
,0),记弦的两端点为A、B,AB的中点为M,它们在
上的射影分别是A1,B1,M1;于是有:|AF|=|AA1|,|BF|=|BB1|,
M到y轴的距离d=|MM1|-
=
(|AA1|+|BB1|)-
=
(|AF|+|BF|)-
≥
|AB|-![]()
=
,当且仅当A,B,F共线时等号成立。注:过焦点的弦最短是通经,长为2p,当
a<2p时,A,B,F不可能共线。
[举例2] 给定抛物线C:y2=4x,F是C的焦点,过点F的直线l与C相交于A、B两点.设l的斜率为1,则
与
夹角为
;
解析:抛物线的焦点为F(1,0),直线
的方程为:x=y+1;将其代入抛物线方程得:y2-4y-4=0
设A(x1,y1),B(x2,y2),则有y1+y2=4,y1y2=
-4,又x1=
y12, x2=
y22,∴x1 x2=
(y1 y2)2=1.
=(x1,y1)·(x2,y2)=x1x2+y1y2=
-3.
![]()
=
,∴cos<
>=
故
与
夹角为
-arccos
.
注:在研究形如y2=2px的抛物线与直线的有关问题时,设直线方程为x=my+b的形式,不仅可以简化计算,有时还可以避免对直线斜率是否存在的讨论。
[巩固1]AB是抛物线
的一条焦点弦,|AB|=4,则AB中点C的横坐标是( )
A.2 B.
C.
D.![]()
[巩固2]过抛物线
的焦点的直线
与抛物线交于A、B两点,且⊿OAB(O为坐标原点)的面积为
,则m6+m4=
2.涉及到抛物线上的点到焦点(准线)的距离问题常用定义;有时,抛物线上的点到与准线平行的直线的距离需转化为到准线的距离。
[举例1]已知A(3,1),抛物线
上一点P(x,y),则|PA|+y的最小值为 。
解析:抛物线
的准线为:y= -1,焦点F(0,1),记P在直线y= -1上的射影为Q,
则y=|PQ|-1=|PF|-1,|PA|+y=|PA|+|PF|-1,问题转化为:求|PA|+|PF|的最小值,易见:
|PA|+|PF|≥|AF|=3,当且既当F、P、A共线时等号成立,故:|PA|+y的最小值为2。
[举例2]已知椭圆E的离心率为e,两焦点为F1,F2,
抛物线C以F1为顶点,F2为焦点,P为两曲线的一个
公共点,若
=e,则e的值为:
A.
B.
C.
D.![]()
解析:记抛物线的准线
交x轴于M,P在
上的射影
为Q,则|F1M|=|F1F2|=2c,即
的方程为x= -3c,|PF2|=|PQ|,又
=e,即
=e,∵F1是椭圆的左焦点,∴|PQ|为P到椭圆左准线的距离,即
为椭圆的左准线,于是有:-3c= -![]()
e=
,选A。
[巩固1] 一动圆圆心在抛物线
上,过点(0 , 1)且与定直线
相切,则
的方程为( )
A.
B.
C.
D.![]()
[巩固2] 椭圆C1:
的左准线为
,左、右焦点分别为F1,F2,抛物线C2的准线也为
,焦点为F2,记C1与C2的一个交点为P,则
= ( )
A.
B.1 C.2
D.与a,b的取值有关
1.不要把抛物线的标准方程和二次函数的一般形式混为一谈;抛物线的焦点位置取决于哪个变量是一次的及其系数的正负;抛物线标准方程中的“
”表示焦准距。
[举例1] 抛物线
的准线方程为
,则
的值为
(A)
(B)
(C)
(D)![]()
解析:抛物线的标准方程为:
,其准线方程为:y= -
,∴a=
,故选B。
[举例2]若椭圆
(a>b>0)的左、右焦点分别为F1、F2,线段F1F2被抛物线y2=2bx的焦点分成5∶3的两段,则此椭圆的离心率为 :
(A)
(B)
(C)
(D)![]()
解析:抛物线y2=2bx的焦点为F(
,0),∵F将线段F1F2分成5∶3的两段,
∴(
+c):(c -
)=5∶3
c=2b
e=
,选D。
[巩固1]点M(5,3)到抛物线y=ax2的准线的距离等于6,那么抛物线的方程是( )
(A)y=12x2 (B)y=
x2或y=-
x2
(C)y=-36x2
(D)y=12x2或y=-36x2
[巩固2] 若抛物线
的焦点与椭圆
的右焦点重合,则
的值为
A.
B.
C.
D.![]()
5.研究双曲线上一点与两焦点组成的三角形(焦点三角形)问题时,在运用定义的同时还经常用到正、余弦定理。
[举例1] 双曲线
的两焦点为F1、、F2,P在双曲线上,且满足|PF1|+|PF2|=2
,则⊿P F1F2的面积为 ( )
A.
B.1 C.2 D.4
解析:不妨设F1、、F2是双曲线的左右焦点,P为右支上一点,|PF1|-|PF2|=2
①
|PF1|+|PF2|=2
②,由①②解得:|PF1|=
+
,|PF2|=
-
,得:
|PF1|2+|PF2|2=4
+4=|F1F2|2,∴PF1⊥PF2,又由①②分别平方后作差得:|PF1||PF2|=2,选B。
[举例2]等轴双曲线x2-y2=a2,(a>0)上有一点P到中心的距离为3,那么点P到双曲线两个焦点的距离之积等于 。
解析:由“平行四边形对角线的平方和等于四条边的平方和”得:
2(|PF1|2+|PF2|2)=36+4c2,又c2=2 a2,得|PF1|2+|PF2|2=18+4 a2 ①,而||PF1|-|PF2||=2 a ②
由 ①-②2得:|PF1||PF2|=9。
[巩固1] 已知椭圆
与双曲线
(
>0,
>0)具有相同的焦点F1,F2,设两曲线的一个交点为Q,∠QF1F2=900,则双曲线的离心率为 。
[巩固2] 双曲线
两焦点为F1,F2,点P在双曲线上,直线PF1,PF2倾斜角之差为
则△PF1F2面积为:A.16
B.32
C.32 D.42
[提高] 设双曲线
(a,b>0)两焦点为F1、、F2,点P为双曲线右支上除顶点外的任一点,则⊿PF1F2的内心的横坐标为
( )
A.a B.c C.
D.与P点的位置有关
4.研究双曲线上的点到其焦点的距离问题时,往往用定义;关注定义中的“绝对值”,由此导致一个点在双曲线的左支和右支上的情形是不同的。
[举例1]已知向量
=(
,
),
=(
,-
),双曲线
·
=1上一点M到F(7,0)的距离为11,N是MF的中点,O为坐标原点,则|ON|=
A.
B.
C.
D.
或![]()
解析:双曲线方程为:
,左支上的点到右焦点F(7,0)的距离的最小值为12,
∴M是双曲线右支上的点,记左焦点为F/,则|MF/|-|MF|=2a,即|MF/|=21,在⊿MFF/中,ON中位线,∴|ON|=
,故选C。注:本题中,若将M到F(7,0)的距离换为13,将有两种情况(M可能在双曲线的右支上,也可能在左支上)。
[举例2] 设双曲线
(a,b>0)两焦点
为F1、、F2,点Q为双曲线上除顶点外的任一点,过
焦点F2作∠F1QF2的平分线的垂线,垂足为M,则M
点轨迹是( )
A.椭圆的一部分; B.双曲线的一部分;
C.抛物线的一部分; D.圆的一部分
解析:不妨设Q在双曲线的右支,延长F2M交QF1于P,
在⊿QF1F2中,QM既是角平分线又是高,故|QP|=|QF2|,
又|QF1|-|QF2|=2a,∴|QF1|-|QP|=2a即|PF1|=2a,在⊿PF1F2中,MO是中位线,∴|MO|=a,
∴M点轨迹是圆的一部分,选D。
[巩固1]已知点P在双曲线的左支上, 点M在其右准线上,F1是双曲线的左焦点,且满足:
,
=
,则此双曲线的离心率为 。
[巩固2]F1,F2分别为双曲线
(
>0,
>0)左右焦点,P为双曲线左支上的任意一点,若
最小值为8
,则双曲线的离心率e的取值范围是
。
[迁移]P是双曲线
的右支上一点,M、N分别是圆(x+5)2+y2=4和(x-5)2+y2=1上的点,则|PM|-|PN|的最大值为
( )
A.6 B.7 C.8 D.9
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