2025年新人教版高考数学一轮复习讲义 第八章 §8.13 圆锥曲线中定点与定值问题

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2025年新人教版高考数学一轮复习讲义
第八章
§8.13 圆锥曲线中定点与定值问题
题型一 定点问题
例 1 (2023·全国乙卷)已知椭圆 C:ay22+bx22=1(a>b>0)的离心率是 35, 点 A(-2,0)在 C 上. (1)求C的方程;
b=2, 由题意可得a2=b2+c2,
e=ac= 35,
思维升华
求解直线或曲线过定点问题的基本思路 (1)把直线或曲线方程中的变量x,y当作常数看待,把方程一端化为零, 既然是过定点,那么这个方程就要对任意参数都成立,这时参数的系数 就要全部等于零,这样就得到一个关于x,y的方程组,这个方程组的解 所确定的点就是直线或曲线所过的定点. (2)由直线方程确定其过定点时,若得到了直线方程的点斜式y-y0=k(x- x0),则直线必过定点(x0,y0);若得到了直线方程的斜截式y=kx+m,则 直线必过定点(0,m).
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y=kx+m, 联立x32-y62=1, 得(2-k2)x2-2kmx-m2-6=0, 2-k2≠0, Δ=2km2+42-k2m2+6>0, 所以 x1+x2=22-kmk2,x1x2=-m2-2+k62 , 因为 kAF+kBF=0,所以x1y-1 3+x2y-2 3=0,
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所以kxx11-+3m+kxx22-+3m=0, 所以(kx1+m)(x2-3)+(kx2+m)(x1-3)=0, 整理得2kx1x2+(m-3k)(x1+x2)-6m=0. 所以-2k·m2-2+k62 +(m-3k)·22-kmk2-6m=0, 化简得k+m=0,即m=-k, 所以直线l的方程为y=kx-k=k(x-1),恒过点(1,0),所以直线l过 定点.
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因为双曲线 C:ax22-by22=1(a>0,b>0)的渐近线为 y=±bax, 又因为双曲线 C 的右焦点 F(c,0)到其渐近线的距离为 6, 所以 ab2+c b2=b= 6, 又 e=ac= 3,a2+b2=c2,联立解得 a= 3, 所以双曲线 C 的方程为x32-y62=1.
(2)过点 P(1,0)的直线与曲线 Γ 交于 M,N 两点,直线 BM,CN 相交于 点 Q,求证:O→P·O→Q为定值.
依题意,过点P(1,0)与曲线Γ交于点M,N的直线斜率存在且不为零, 设直线MN的方程为x=my+1(m≠0),
x=my+1, 由x2-4y2=4, 消去 x 整理得(m2-4)y2+2my-3=0,m2-4≠0, Δ=4m2+12(m2-4)>0,解得 m<- 3或 m> 3且 m≠±2 且 m≠0, 设 M(x1,y1),N(x2,y2), 则 y1+y2=-m22-m 4,y1y2=-m23-4,
题型二 定值问题
例2 在平面直角坐标系Oxy中,已知△ABC的两个顶点坐标为B(-2,0),
C(2,0),直线AB,AC的斜率乘积为
1 4.
(1)求顶点A的轨迹Γ的方程;
设 A(x,y),因为直线 AB,AC 的斜率乘积为14, 则x+y 2·x-y 2=14,整理得x42-y2=1(x≠±2), 所以顶点 A 的轨迹 Γ 的方程是x42-y2=1(x≠±2).
-104 所以 x0=x21x+1xx22=1-244kk2=-133k,
1-4k2
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所以 y0=kx0+3=-133+3=-43, 所以点 D 的纵坐标为定值-43.
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2.(2024·福州模拟)已知双曲线 C:ax22-by22=1(a>0,b>0)的离心率为 3, C 的右焦点 F 到其渐近线的距离为 6. (1)求双曲线C的方程;
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Δ>0, 则应满足1-244kk2>0,
1--542k2>0,
解得- 413<k<-12.
所以实数 k 的取值范围为-
413,-12.
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(2)证明:当k变化时,点D的纵坐标为定值.
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设A(x1,y1),B(x2,y2),D(x0,y0), 则由(1)知,x1+x2=1-244kk2,x1x2=-1-524k2. 由||PPAB||=||DDBA||,得xx12=xx20--xx01,
所以△MNF是等边三角形,
因为O是FB的中点,
所以|DF|=|DN|,MD⊥DF,
故|FM|= 4 3π=8, sin 3
所以|MN|=8,|AN|=4, 所以|OF|=12|AN|=2, 所以p2=2,即 p=4.
(2)若斜率不为0的直线l1与抛物线C相切,切点为G,平行于l1的直线交
抛物线C于P,Q两点,且∠PGQ= π 2
由题意知M→A·M→B=0,即(x1-2,y1)·(x2-2,y2)=0,
易得(1+k2)x1x2-(2+k2t)(x1+x2)+4+k2t2=0, 即(1+k2)(2k2t2-4)-(2+k2t)·4k2t+(4+k2t2)(1+2k2)=0, 整理得k2(3t2-8t+4)=0,因为k不恒为0, 故解得 t=23或 t=2(舍), 综上,当 t=23时,以 AB 为直径的圆恒过点 M.
即有2my1y2=3(y1+y2),
直线 BM:y=x1y+1 2(x+2),
直线 CN:y=x2y-2 2(x-2),设直线 BM,CN 的交点为 Q(xQ,yQ),
由y=x1y+1 2x+2, y=x2y-2 2x-2,
消去 y 并化简整理得 xQ=2[xx11yy22-+xx22yy11++223或 t=2(舍),即 t=23.
若直线l的斜率存在,不妨设直线l:y=k(x-t), A(x1,y1),B(x2,y2),
y=kx-t, 联立x42+y22=1, 得(1+2k2)x2-4k2tx+2k2t2-4=0. 所以 x1+x2=1+4k22tk2,x1x2=21k+2t22-k24.
y=kx+2+3, 联立方程y92+x42=1, 消去y得(4k2+9)x2+8k(2k+3)x+16(k2+3k)=0, 则Δ=64k2(2k+3)2-64(4k2+9)(k2+3k)=-1 728k>0,解得k<0,
可得 x1+x2=-8k4k22k++93,x1x2=164kk22++93k, 因为 A(-2,0),则直线 AP:y=x1y+1 2(x+2), 令 x=0,解得 y=x12+y12,即 M0,x12+y12, 同理可得 N0,x22+y22,
,证明:点F到直线PQ与到直线l1
的距离之比为定值.
由(1)可知抛物线C的方程是x2=8y, 由题意知直线PQ斜率存在,设直线PQ的方程为y=kx+m(k≠0),
Px1,x821,Qx2,x822,Gx0,x820, 因为∠PGQ=π2, 所以xx8211--xx8200·xx8222--xx8200=-1,
又 (x1y2 + x2y1) + 2(y2 - y1) = (my1 + 1)y2 + (my2 + 1)y1 + 2(y2 - y1) = 2my1y2+3y2-y1=3(y1+y2)+3y2-y1=2(y1+3y2), (x1y2-x2y1)+2(y2+y1)=(my1+1)y2-(my2+1)y1+2(y2+y1)=y1+3y2, 于是得 xQ=2×y21+y1+ 3y23y2=4, 即点 Q(4,yQ),则有O→P=(1,0),O→Q=(4,yQ),O→P·O→Q=1×4+0×yQ=4, 即O→P·O→Q为定值 4.
跟踪训练 2 (2023·海南联考)已知抛物线 C:x2=2py(p>0)的焦点为 F, 准线为 l,过点 F 且倾斜角为π6的直线交抛物线于点 M(M 在第一象限), MN⊥l,垂足为 N,直线 NF 交 x 轴于点 D,|MD|=4 3. (1)求 p 的值;
如图所示,过点F作FA⊥MN,垂足为A,MN交x轴于点E, 由题得∠AFM=π6, 所以∠NMF=π3, 因为|MF|=|MN|,
则x12+y12+2 x22+y22=kx1x+1+22+3+kx2x+2+22+3 =[kx1+2k+3]x2x+1+22+x[2k+x2+2 2k+3]x1+2 =2kx1x2+x14xk2++32xx11++xx22++442k+3
=32k4kk22++19364kkk-22++893kk4-k4+1k263+4kk2292+kk++933++442k+3 =13068=3, 所以线段MN的中点是定点(0,3).
课时精练
知识过关
1.已知直线 l:y=kx+3 与双曲线 C:1x62 -y42=1 的右支交于不同的两点 A 和 B,与 y 轴交于点 P,且直线 l 上存在一点 D 满足||PPAB||=||DDAB||(D 不 与 P 重合). (1)求实数k的取值范围;
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将直线方程 y=kx+3 代入双曲线方程1x62 -y42=1, 化简整理得(1-4k2)x2-24kx-52=0, Δ=(-24k)2+4×(1-4k2)×52=208-256k2, 要使直线与双曲线的右支有两个不同的交点A和B,
思维升华
圆锥曲线中的定值问题的常见类型及解题策略 (1)求代数式为定值.依题设条件,得出与代数式参数有关的等式,代入代 数式,化简即可得出定值. (2)求点到直线的距离为定值.利用点到直线的距离公式得出距离的解析式, 再利用题设条件化简、变形求得. (3)求某线段长度为定值.利用长度公式求得解析式,再依据条件对解析式 进行化简、变形即可求得.
即(x1+x0)(x2+x0)=-64, 即 x1x2+x0(x1+x2)+x20=-64. 又 k=x40,所以 x0=4k, 故 l1:y=x40(x-x0)+x820=kx-2k2.
联立yx= 2=k8xy+,m, 消去 y,
得x2-8kx-8m=0,其中Δ=64k2+32m>0, 则x1+x2=8k,x1x2=-8m, 所以-8m+32k2+16k2=-64, 所以m=6k2+8. 设点F到直线PQ和直线l1的距离分别为d1,d2, 则由 l1∥PQ 得dd12=|2|m+-22k2||=62kk22+ +62=3, 所以点F到直线PQ与到直线l1的距离之比是定值,定值为3.
a=3,
解得b=2, c= 5,
所以椭圆 C 的方程为y92+x42=1.
(2)过点(-2,3)的直线交C于P,Q两点,直线AP,AQ与y轴的交点分别 为M,N,证明:线段MN的中点为定点.
由题意可知,直线PQ的斜率存在,如图, 设B(-2,3),直线PQ:y=k(x+2)+3,P(x1,y1), Q(x2,y2),
(2)若经过点P(t,0)的直线l与椭圆C交于A,B两点,实数t取何值时以AB 为直径的圆恒过点M ?
由(1)知M(2,0),
若直线l的斜率不存在,则直线l的方程为x=t(-2<t<2),
此时 At,
2-t22,Bt,-
2-t22,
由M→A·M→B=0
得t-2,
2-t22·t-2,-
2-t22=0,
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能力拓展
3.(2023·深圳模拟)已知抛物线C:y2=2px(p>0)的焦点为F(2,0). (1)求抛物线C的标准方程;
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(2)若直线l与双曲线C在第一象限交于A,B两点,直线x=3交线段AB于 点Q,且S△FAQ∶S△FBQ=|FA|∶|FB|,证明:直线l过定点.
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由已知得,双曲线C的右焦点为F(3,0),直线x=3过双曲线C的右焦点. 则SS△△FFABQQ=1212||ABFF||||FFQQ||ssiinn∠∠ABFFQQ=||ABFF||ssiinn∠∠ABFFQQ=||ABFF||, 所以sin∠AFQ=sin∠BFQ, 所以直线AF与直线BF的倾斜角互补,kAF+kBF=0. 显然直线l的斜率存在且不为0, 设直线 l 的方程为 y=kx+m(0<k< 2),A(x1,y1),B(x2,y2)(x1≠3,x2≠3).
跟踪训练1 (2024·郑州质检)已知椭圆C:ax22+by22 =1(a>b>0)的上顶点和两 焦点构成的三角形为等腰直角三角形,且面积为2,点M为椭圆C的右顶点. (1)求椭圆C的方程;
由题意知bb= c=c, 2, 解得 b=c= 2, 又a2=b2+c2,则a=2, 所以椭圆 C 的方程为x42+y22=1.
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