新高考方案二轮-数学(新高考版)大题专攻(一) 第1课时 析题技能—4大策略找到解题突破口
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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1,32,∴a12+49b2=1, 又∵ac=12,解得 a2=4,b2=3. ∴椭圆 C 的方程为x42+y32=1.
设直线 l 的方程为 y=x+b,点 A(x1,y1),B(x2,y2). 联立yx=2+xy+2-b,2x+4y-4=0, 消去 y 并整理得 2x2+2(b+1)x+b2+4b-4=0,
所以 x1+x2=-(b+1),x1x2=b2+42b-4.
①
因为以 AB 为直径的圆过原点,所以 OA⊥OB,
点 O 到直线 BD 的距离 d= |1t|+14=2|5t|.
由xy4=2+12yx22+=t1,
消去 y 并整理,得 3x2+4tx+4t2-8=0.
则 x1+x2=-43t,x1x2=4t23-2,
所以|BD|=
1+122· x1+x22-4x1x2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
=
5 2·
-43t2-4·4t23-2=
5 2·
因为 B,D 都在椭圆上,所以x421+y221=1,x422+y222=1, 两式相减,得xy22--xy11=-12×xy11++xy22,因为 kAB=xy11++xy22=-1, 所以 k=xy22--xy11=12,则直线 BD 的斜率为定值12. (2)连接 OB,因为 A,D 两点关于原点对称,所以 S△ABD=2S△OBD, 由(1)可知直线 BD 的斜率 k=12,设直线 BD 的方程为 y=12x+t, 因为点 D 在第三象限,所以- 2<t<1 且 t≠0.
故直线 OM 的斜率为-323=-12.
(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.
x=my-1, 由x22+y2=1, 消去 x 并整理得(m2+2)y2-2my-1=0.
y1+y2=m22+m 2, 设点 A(x1,y1),B(x2,y2),则y1y2=-m21+2,
>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.
[题后悟法] (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 x1x2+y1y2=0,可以看出,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.
一是“图形”引路,一般需要借助题设给出的图形(或画出大致的几何图形), 把已知条件“翻译”到图形中,利用直线方程的点斜式(或斜截式)写出直线方程;
二是“目标”定位,即先锁定求解的目标,如本例第(2)问探求△ABD面积的 最值问题,可连接OB,将求△ABD面积的问题转化为求△OBD面积的问题,再对 与△OBD面积相关的弦长|BD|和点O到直线BD的距离进行求解.
(2)当直线 MN 的斜率不存在时,由对称性,设 M(x0,x0),N(x0,-x0). ∵M,N 在椭圆 C 上,∴x420+x320=1,∴x20=172.
∴O 到直线 MN 的距离为 d=|x0|=2 721,∴x2+y2=172. 当直线 MN 的斜率存在时,设 MN 的方程为 y=kx+m,
由y=x-p2, y2=2px
得 x2-3px+p42=0,Δ>0.
则 x1+x2=3p, ∴|MN|=x1+x2+p=4p=16,解得 p=4, ∴抛物线 C 的方程为 y2=8x.
(2)假设满足条件的点 P 存在,设 P(a,0),由(1)知 F(2,0).
显然,直线 l 的斜率不为 0,设 l:x=my+2,
由对称性,设 C(x0,y0),D(-x0,-y0),则 x20=m24+2,
可得|CD|=
1+m42·|2x0|=
=2
m2+4 m2+2.
因为|AM|2=|CM||DM|=(|OC|-|OM|)(|OD|+|OM|),且|OC|=|OD|,
所以|AM|2=|OC|2-|OM|2,故|A4B|2=|C4D|2-|OM|2,即|AB|2=|CD|2-4|OM|2,
96-32t2 3.
所以 S△ABD=2S△OBD=2×12×|BD|×d = 25× 96-3 32t2×2|5t|=432× t23-t2≤432×t2+23-t2=2 2, 当且仅当 t2=3-t2,即 t=- 26时等号成立. 于是△ABD 面积的最大值为 2 2.
[题后悟法] 破解圆锥曲线中的对称问题的关键
y=kx+m, 由x42+y32=1
得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0.
设 M(x1,y1),N(x2,y2),则 x1+x2=-3+8k4mk2,x1x2=43m+2-4k122. ∵OM⊥ON,∴x1x2+y1y2=0,∴x1x2+(kx1+m)(kx2+m) =(k2+1)x1x2+km(x1+x2)+m2=0. ∴(k2+1)·43m+2-4k122-38+k24mk22+m2=0,即 7m2=12(k2+1). ∴O 到直线 MN 的距离为 d= k|m2+| 1= 172=2 721, 故存在定圆 x2+y2=172与直线 MN 总相切.
(2)几何关系“直角”坐标化的转化方式 ①点 B 在以线段 F1F2 为直径的圆上; ②―F1→B ·―F2→B =0; ③kF1B·kF2B=-1; ④勾股定理. 以上关系可相互转化.
[对点训练] 1.已知椭圆 C:xa22+by22=1(a>b>0)过点1,32,且其离心率为12,过坐标原点 O
[对点训练]
3.(2022 届·宁德质检)已知抛物线 C:y2=2px(p>0)的焦点为 F,Q12,
t在抛
物线 C 上,且|QF|=32.
(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△AOB= 3S△MON,求直线 l 的方程. 解:(1)∵|QF|=32,∴12+p2=32,解得 p=2,∴抛物线 C 的方程为 y2=4x.
[对点训练] 2.(2021·临沂模拟)如图,已知点F为抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,
过点F的动直线l与抛物线C交于M,N两点,且当直线l的倾斜角 为45°时,|MN|=16. (1)求抛物线C的方程. (2)试确定在x轴上是否存在点P,使得直线PM,PN关于x轴对称.若存在,求 出点P的坐标;若不存在,请说明理由. 解:设 M(x1,y1),N(x2,y2). (1)当直线 l 的倾斜角为 45°时,l 的斜率为 1, ∵Fp2,0,∴直线 l 的方程为 y=x-p2.
对称问题的转化 [典例] 已知椭圆 C 的方程为x42+y22=1,如图所示,A 是 椭圆上的一点,且点 A 在第一象限内,过点 A 且斜率等于-1 的直线与椭圆 C 交于另一点 B,点 A 关于坐标原点的对称点 为 D. (1)证明:直线 BD 的斜率为定值; (2)求△ABD 面积的最大值.
[解题观摩] (1)证明:设 D(x1,y1),B(x2,y2), 则 A(-x1,-y1),直线 BD 的斜率 k=xy22--xy11.
将 Q12,
t的坐标代入 y2=4x,得 t=2.
(2)设 A(x1,y1),B(x2,y2),N(x0,y0),由(1)知 M(0,2).
显然直线 l 的斜率存在,设直线 l:y=kx+2(k≠0), 联立yy2==k4xx+,2, 消去 y 得 k2x2-4(1-k)x+4=0. ∵Δ=16(1-k)2-16k2>0,得 k<12且 k≠0,∴x1+x2=41k-2 k,x1x2=k42. ∵S△AOB= 3S△MON,∴|AB|= 3|MN|, ∴ 1+k2|x1-x2|= 3· 1+k2|x0-0|,即|x1-x2|= 3|x0|. ∵N 是 AB 的中点,∴x0=x1+2 x2,∴(x1+x2)2-4x1x2=3·x1+4 x22, 整理得(x1+x2)2=16x1x2,∴41k-2 k2=6k42 ,解得 k=-1 或13,满足题意. 直线 l 的方程为 y=-x+2 或 y=13x+2.
大题专攻(一) 突破解析几何压轴大题的必备技能 第1课时:析题技能—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.
代入|AB|,|CD|和|OM|,
得
,
解得 m2=2,故 m=± 2.
所以直线 l 的方程为 x= 2y-1 或 x=- 2y-1.
[题后悟法] 本例第(2)问的核心在于转化|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|=12 |AB|,|OC|=12|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.
即 x1x2+y1y2=0.又 y1=x1+b,y2=x2+b, 则 x1x2+y1y2=x1x2+(x1+b)(x2+b)=2x1x2+b(x1+x2)+b2=0.由①知,b2 +4b-4-b(b+1)+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
[解题观摩] (1)由题意可知点 F1(-1,0),又直线 l 的斜率为 1, 故直线 l 的方程为 y=x+1.设点 A(x1,y1),B(x2,y2),
y=x+1, 由x22+y2=1, 消去 y 并整理得 3x2+4x=0,
则 x1+x2=-43,y1+y2=23,因此中点 M 的坐标为-23,13. 1
弦长条件的转化 [典例] 如图所示,已知椭圆 G:x22+y2=1,与 x 轴不 重合的直线 l 经过左焦点 F1,且与椭圆 G 相交于 A,B 两点, 弦 AB 的中点为 M,直线 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.
可得|AB|= 1+m2|y1-y2|= 1+m2
m22+m 22+m24+2=
,
x1+x2=m(y1+y2)-2=m22m+22-2=m-2+42, 所以弦 AB 的中点 M 的坐标为m-2+22,m2m+2, 故直线 CD 的方程为 y=-m2 x.
联立xy2=2+-y2m2=x1,,
消去 y 并整理得1+m22x2=2,解得 x2=1+2m22=m24+2.
由yx2==m8xy+2, 得 y2-8my-16=0,Δ>0,则 y1+y2=8m,y1y2=-16.
∵kPM=x1y-1 a,kPN=x2y-2 a,且直线 PM,PN 关于 x 轴对称, ∴kPM+kPN=0,即(x2-a)y1+(x1-a)y2=0, ∴(my2+2-a)y1+(my1+2-a)y2=0, 即 2my1y2+(2-a)(y1+y2)=2m×(-16)+(2-a)×8m=0,解得 a=-2, ∴存在唯一的点 P(-2,0),使直线 PM,PN 关于 x 轴对称.
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(x1,y1),B(x2,y2). 联立yx=2+xy+2-b,2x+4y-4=0, 消去 y 并整理得 2x2+2(b+1)x+b2+4b-4=0,
所以 x1+x2=-(b+1),x1x2=b2+42b-4.
①
因为以 AB 为直径的圆过原点,所以 OA⊥OB,
点 O 到直线 BD 的距离 d= |1t|+14=2|5t|.
由xy4=2+12yx22+=t1,
消去 y 并整理,得 3x2+4tx+4t2-8=0.
则 x1+x2=-43t,x1x2=4t23-2,
所以|BD|=
1+122· x1+x22-4x1x2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
=
5 2·
-43t2-4·4t23-2=
5 2·
因为 B,D 都在椭圆上,所以x421+y221=1,x422+y222=1, 两式相减,得xy22--xy11=-12×xy11++xy22,因为 kAB=xy11++xy22=-1, 所以 k=xy22--xy11=12,则直线 BD 的斜率为定值12. (2)连接 OB,因为 A,D 两点关于原点对称,所以 S△ABD=2S△OBD, 由(1)可知直线 BD 的斜率 k=12,设直线 BD 的方程为 y=12x+t, 因为点 D 在第三象限,所以- 2<t<1 且 t≠0.
故直线 OM 的斜率为-323=-12.
(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.
x=my-1, 由x22+y2=1, 消去 x 并整理得(m2+2)y2-2my-1=0.
y1+y2=m22+m 2, 设点 A(x1,y1),B(x2,y2),则y1y2=-m21+2,
>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.
[题后悟法] (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 x1x2+y1y2=0,可以看出,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.
一是“图形”引路,一般需要借助题设给出的图形(或画出大致的几何图形), 把已知条件“翻译”到图形中,利用直线方程的点斜式(或斜截式)写出直线方程;
二是“目标”定位,即先锁定求解的目标,如本例第(2)问探求△ABD面积的 最值问题,可连接OB,将求△ABD面积的问题转化为求△OBD面积的问题,再对 与△OBD面积相关的弦长|BD|和点O到直线BD的距离进行求解.
(2)当直线 MN 的斜率不存在时,由对称性,设 M(x0,x0),N(x0,-x0). ∵M,N 在椭圆 C 上,∴x420+x320=1,∴x20=172.
∴O 到直线 MN 的距离为 d=|x0|=2 721,∴x2+y2=172. 当直线 MN 的斜率存在时,设 MN 的方程为 y=kx+m,
由y=x-p2, y2=2px
得 x2-3px+p42=0,Δ>0.
则 x1+x2=3p, ∴|MN|=x1+x2+p=4p=16,解得 p=4, ∴抛物线 C 的方程为 y2=8x.
(2)假设满足条件的点 P 存在,设 P(a,0),由(1)知 F(2,0).
显然,直线 l 的斜率不为 0,设 l:x=my+2,
由对称性,设 C(x0,y0),D(-x0,-y0),则 x20=m24+2,
可得|CD|=
1+m42·|2x0|=
=2
m2+4 m2+2.
因为|AM|2=|CM||DM|=(|OC|-|OM|)(|OD|+|OM|),且|OC|=|OD|,
所以|AM|2=|OC|2-|OM|2,故|A4B|2=|C4D|2-|OM|2,即|AB|2=|CD|2-4|OM|2,
96-32t2 3.
所以 S△ABD=2S△OBD=2×12×|BD|×d = 25× 96-3 32t2×2|5t|=432× t23-t2≤432×t2+23-t2=2 2, 当且仅当 t2=3-t2,即 t=- 26时等号成立. 于是△ABD 面积的最大值为 2 2.
[题后悟法] 破解圆锥曲线中的对称问题的关键
y=kx+m, 由x42+y32=1
得(3+4k2)x2+8kmx+4m2-12=0.
设 M(x1,y1),N(x2,y2),则 x1+x2=-3+8k4mk2,x1x2=43m+2-4k122. ∵OM⊥ON,∴x1x2+y1y2=0,∴x1x2+(kx1+m)(kx2+m) =(k2+1)x1x2+km(x1+x2)+m2=0. ∴(k2+1)·43m+2-4k122-38+k24mk22+m2=0,即 7m2=12(k2+1). ∴O 到直线 MN 的距离为 d= k|m2+| 1= 172=2 721, 故存在定圆 x2+y2=172与直线 MN 总相切.
(2)几何关系“直角”坐标化的转化方式 ①点 B 在以线段 F1F2 为直径的圆上; ②―F1→B ·―F2→B =0; ③kF1B·kF2B=-1; ④勾股定理. 以上关系可相互转化.
[对点训练] 1.已知椭圆 C:xa22+by22=1(a>b>0)过点1,32,且其离心率为12,过坐标原点 O
[对点训练]
3.(2022 届·宁德质检)已知抛物线 C:y2=2px(p>0)的焦点为 F,Q12,
t在抛
物线 C 上,且|QF|=32.
(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△AOB= 3S△MON,求直线 l 的方程. 解:(1)∵|QF|=32,∴12+p2=32,解得 p=2,∴抛物线 C 的方程为 y2=4x.
[对点训练] 2.(2021·临沂模拟)如图,已知点F为抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点,
过点F的动直线l与抛物线C交于M,N两点,且当直线l的倾斜角 为45°时,|MN|=16. (1)求抛物线C的方程. (2)试确定在x轴上是否存在点P,使得直线PM,PN关于x轴对称.若存在,求 出点P的坐标;若不存在,请说明理由. 解:设 M(x1,y1),N(x2,y2). (1)当直线 l 的倾斜角为 45°时,l 的斜率为 1, ∵Fp2,0,∴直线 l 的方程为 y=x-p2.
对称问题的转化 [典例] 已知椭圆 C 的方程为x42+y22=1,如图所示,A 是 椭圆上的一点,且点 A 在第一象限内,过点 A 且斜率等于-1 的直线与椭圆 C 交于另一点 B,点 A 关于坐标原点的对称点 为 D. (1)证明:直线 BD 的斜率为定值; (2)求△ABD 面积的最大值.
[解题观摩] (1)证明:设 D(x1,y1),B(x2,y2), 则 A(-x1,-y1),直线 BD 的斜率 k=xy22--xy11.
将 Q12,
t的坐标代入 y2=4x,得 t=2.
(2)设 A(x1,y1),B(x2,y2),N(x0,y0),由(1)知 M(0,2).
显然直线 l 的斜率存在,设直线 l:y=kx+2(k≠0), 联立yy2==k4xx+,2, 消去 y 得 k2x2-4(1-k)x+4=0. ∵Δ=16(1-k)2-16k2>0,得 k<12且 k≠0,∴x1+x2=41k-2 k,x1x2=k42. ∵S△AOB= 3S△MON,∴|AB|= 3|MN|, ∴ 1+k2|x1-x2|= 3· 1+k2|x0-0|,即|x1-x2|= 3|x0|. ∵N 是 AB 的中点,∴x0=x1+2 x2,∴(x1+x2)2-4x1x2=3·x1+4 x22, 整理得(x1+x2)2=16x1x2,∴41k-2 k2=6k42 ,解得 k=-1 或13,满足题意. 直线 l 的方程为 y=-x+2 或 y=13x+2.
大题专攻(一) 突破解析几何压轴大题的必备技能 第1课时:析题技能—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.
代入|AB|,|CD|和|OM|,
得
,
解得 m2=2,故 m=± 2.
所以直线 l 的方程为 x= 2y-1 或 x=- 2y-1.
[题后悟法] 本例第(2)问的核心在于转化|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|=12 |AB|,|OC|=12|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.
即 x1x2+y1y2=0.又 y1=x1+b,y2=x2+b, 则 x1x2+y1y2=x1x2+(x1+b)(x2+b)=2x1x2+b(x1+x2)+b2=0.由①知,b2 +4b-4-b(b+1)+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
[解题观摩] (1)由题意可知点 F1(-1,0),又直线 l 的斜率为 1, 故直线 l 的方程为 y=x+1.设点 A(x1,y1),B(x2,y2),
y=x+1, 由x22+y2=1, 消去 y 并整理得 3x2+4x=0,
则 x1+x2=-43,y1+y2=23,因此中点 M 的坐标为-23,13. 1
弦长条件的转化 [典例] 如图所示,已知椭圆 G:x22+y2=1,与 x 轴不 重合的直线 l 经过左焦点 F1,且与椭圆 G 相交于 A,B 两点, 弦 AB 的中点为 M,直线 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.
可得|AB|= 1+m2|y1-y2|= 1+m2
m22+m 22+m24+2=
,
x1+x2=m(y1+y2)-2=m22m+22-2=m-2+42, 所以弦 AB 的中点 M 的坐标为m-2+22,m2m+2, 故直线 CD 的方程为 y=-m2 x.
联立xy2=2+-y2m2=x1,,
消去 y 并整理得1+m22x2=2,解得 x2=1+2m22=m24+2.
由yx2==m8xy+2, 得 y2-8my-16=0,Δ>0,则 y1+y2=8m,y1y2=-16.
∵kPM=x1y-1 a,kPN=x2y-2 a,且直线 PM,PN 关于 x 轴对称, ∴kPM+kPN=0,即(x2-a)y1+(x1-a)y2=0, ∴(my2+2-a)y1+(my1+2-a)y2=0, 即 2my1y2+(2-a)(y1+y2)=2m×(-16)+(2-a)×8m=0,解得 a=-2, ∴存在唯一的点 P(-2,0),使直线 PM,PN 关于 x 轴对称.
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.