专题检测(十九) 圆锥曲线的定义、方程与性质
专题检测(十九) 圆锥曲线的定义、方程与性质
[A 组——考点落实练]
1.已知双曲线C :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)过点(2,3),且实轴的两个端点与虚轴的一
个端点组成一个等边三角形,则双曲线C 的标准方程是( )
A.x 212-y 2
=1 B.x 29-y 2
3=1 C .x 2-
y 2
3
=1 D.x 223-y 2
32
=1 解析:选C 由双曲线C :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)过点(2,3),且实轴的两个端点与虚
轴的一个端点组成一个等边三角形,
可得???2a 2
-3
b 2
=1,b a =3,
解得?????a =1,b =3,
∴双曲线C 的标准方程是x 2-
y 2
3
=1.故选C. 2.(2020·昆明市三诊一模)已知F 2为双曲线C :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的右焦点,且F 2
在C 的渐近线上的射影为点H ,O 为坐标原点,若|OH |=|F 2H |,则C 的渐近线方程为( )
A .x ±y =0 B.3x ±y =0 C .x ±3y =0
D .x ±2y =0
解析:选A 由题意F 2H ⊥OH ,∴|F 2H |=
|bc |a 2+b 2
=b .又|F 2O |=c ,∴|OH |=
c 2-b 2=a ,
又|OH |=|F 2H |,∴a =b ,∴双曲线的渐近线方程为y =±b
a
x =±x ,即x ±y =0,故选A.
3.已知P 是抛物线y 2=4x 上的一个动点,Q 是圆(x -3)2+(y -1)2=1上的一个动点,N (1,0)是一个定点,则|PQ |+|PN |的最小值为( )
A .3
B .4
C .5
D.2+1
解析:选A 由抛物线方程y 2=4x ,可得抛物线的焦点为F (1,0), 又N (1,0),所以N 与F 重合.
过圆(x -3)2+(y -1)2=1的圆心M 作抛物线准线的垂线MH ,交圆于Q ,交抛物线于P ,则(|PQ |+|PN |)min =|QH |=|MH |-1=3,故选A.
4.(2020·福建省质量检测)设O 是坐标原点,F 是椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的一个焦点,
点M 在C 外,且MO ―→=3OF ―→
,P 是过点M 的直线l 与C 的一个交点,△PMF 是有一个内角为120°的等腰三角形,则C 的离心率等于( )
A.34
B.33
C.3+1
4
D.32
解析:选B 法一:如图,不妨设F 1(-c ,0),F (c ,0)分别为C 的左、右焦点,可得M (-3c ,0).由椭圆的几何性质知|PF |a +c ,所以|PF |<|FM |,所以等腰△PMF 中,∠MPF =120°,因为F 1为线段MF 的中点,故PF 1⊥x 轴,即△PF 1F 为直角三角形且|PF 1|∶|F 1F |∶|PF |=1∶3∶2,所以e =2c 2a =|F 1F ||PF 1|+|PF |=33
.故选B.
法二:不妨设F 1(-c ,0),F (c ,0)分别为C 的左、右焦点,可得M (-3c ,0).由椭圆的几何性质知|PF |a +c ,所以|PF |<|FM |,所以等腰△PMF 中,∠MPF =120°.因为F 1为线段MF 的中点,故PF 1⊥x 轴,不妨设P 的坐标为????-c ,b
2
a .由直线MP 的倾斜角为30°,得其斜率为
3
3
,计算可得3b 2=2ac ,即3(a 2-c 2)=2ac ,方程的两边同时除以a 2,得3e 2+2e -3=0,解得e =
3
3
或e =-3(舍去),故选B. 5.(多选)已知椭圆x 23+y 2
6
=1上有A ,B ,C 三点,其中B (1,2),C (-1,-2),tan ∠BAC
=9
2
,则下列说法正确的是( ) A .直线BC 的方程为2x -y =0 B .k AC =1
2
或4
C .点A 的坐标为????-19,229
D .点A 到直线BC 的距离为45
9
解析:选AD 设直线AB ,AC 的倾斜角分别为θ1,θ2,不妨记θ1>θ2,由tan ∠BAC =9
2>0,
知∠BAC <π2,则数形结合易知当θ1-θ2=∠BAC 时,才能满足题意,故tan(θ1-θ2)=9
2
,即
k AB -k AC
1+k AB ·k AC =92,又k AB ·k AC =y A -2x A -1·y A +2x A +1=y 2A -4x 2A -1=6-2x 2
A -4x 2A -1
=-2,所以k AB -k AC =-9
2,结
合k AB ·k AC =-2,解得?????k AC =4,k AB =-12或???
??k AC =12,k AB =-4.而当?????k AC =12,
k AB =-4
时,数形结合易知∠BAC ≠θ1-θ2,且∠BAC >π
2,故舍去.当?????k AC =4,k AB
=-12时,直线AC ,直线AB 的方程分别为y +2=4(x +1),y -2=-1
2
(x -1),可得A ????19,229.易得直线BC 的方程为2x -y =0,故点A 到直线BC 的距离为
????
29-2295
=
45
9.由椭圆的对称性知当θ1<θ2时,同理可得点A 到直线BC 的距离为45
9
. 6.(多选)已知抛物线C :x 2=3y 的焦点为F ,过点F 的直线l 交抛物线C 于A ,B 两点,其中点A 在第一象限,若弦AB 的长为4,则( )
A .直线l 的倾斜角为30°或150°
B .|AF |-|BF |=4 C.|AF ||BF |=1
3或3 D .S △AOB =9
2
解析:选AC 由题意知F ????0,34,故可设直线l 的方程为y =kx +3
4
,A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),联立方程?????x 2
=3y ,
y =kx +34,
消去y ,得4x 2-12kx -9=0,
∴?????x 1+x 2=3k ,
x 1x 2=-94,
∴|AB |=1+k 2|x 1-x 2|=3(1+k 2)=4,∴k =±
3
3
.设直线l 的倾斜角为θ,则θ=30°或θ=150°.设
|AF |
|BF |
=λ,则当θ=30°时,|AF |+|BF |=(λ+1)|BF |=4,又由抛物线的定义易知|AF |-|BF |=(λ-1)|BF |=2,∴(λ+1)|BF |(λ-1)|BF |=4
2
=2,
∴
λ+1
λ-1
=2,∴λ=3,即|AF ||BF |=3.由抛物线的对称性知,当θ=150°时,λ=13,即|AF ||BF |=1
3.S
△AOB =
12×|OF |×|x 1-x 2|=12×3
4
×[(x 1+x 2)2-4x 1x 2]=12×3
4
×
????3-4×????-94=34
3.故选A 、C.
7.抛物线
y 2=2px (p >0)的准线与双曲线
x 2-
y 2
4
=1的两条渐近线所围成的三角形的面积为2,则p =________,抛物线焦点到双曲线渐近线的距离为________.
解析:抛物线
y 2=2px (p >0)的准线方程为
x =-p 2,双曲线x 2-y 2
4
=1的两条渐近线方程
分别为y =2x ,y =-2x ,这三条直线构成等腰三角形,其底边长为2p ,三角形的高为p
2,因
此12×2p ×p
2=2,解得p =2.则抛物线焦点坐标为(1,0),且到直线y =2x 和y =-2x 的距离相等,均为|2-0|5
=255.
答案:2
255
8.(2020·成都市诊断性检测)已知直线y =kx 与双曲线C :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)相交
于不同的两点A ,B ,F 为双曲线C 的左焦点,且满足|AF |=3|BF |,|OA |=b (O 为坐标原点),则双曲线C 的离心率为________.
解析:设双曲线C 的右焦点为F 2,如图,连接AF 2,则|AF |=3|BF |=3|AF 2|.根据双曲线的定义得|AF |-|AF 2|=2|AF 2|=2a ,所以|AF 2|=a ,|AF |=3a ,又|OA |=b ,所以|OF 2|2=|OA |2+|AF 2|2 ,所以OA ⊥AF 2,在Rt △AOF 2中,cos ∠AOF 2=b
c .在△AOF 中,(3a )2=c 2+b 2-2bc cos(π
-∠AOF 2),所以9a 2=c 2+3b 2,所以9a 2=c 2+3(c 2-a 2),3a 2=c 2,所以e = 3.
答案: 3
9.(2020·湖北八校联考)已知F 为抛物线y 2=x 的焦点,点A ,B 在该抛物线上且位于x 轴的两侧,而且OA ―→·OB ―→
=2(O 为坐标原点),若△ABO 与△AFO 的面积分别为S 1和S 2,则S 1+4S 2的最小值是________.
解析:依题意,设直线AB 的方程为x =ty +m ,联立直线与抛物线方程,得???
??x =ty +m ,
y 2=x ,
消去x ,得y 2-ty -m =0,设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则y 1y 2=-m ,因为OA ―→·OB ―→
=2,所以x 1x 2+y 1y 2=2,即(y 1y 2)2+y 1y 2-2=0,因为点A ,B 位于x 轴的两侧,所以y 1y 2<0,解得y 1y 2=-2,所以m =2,所以直线AB 过点(2,0),不妨设点A 在x 轴的上方,则y 1>0,因为F ????14,0,所以S 1+4S 2=12×2×(y 1-y 2)+4×12×14y 1=3y 12+2y 1≥23,当且仅当3y 12=2
y 1且y 1>0,即y 1=233
时等号成立.
答案:2 3
10.(2020·长沙市统一模拟考试)已知椭圆C :x 2a 2+y 2
b 2=1(a >b >0)的长轴长是短轴长的2
倍,F 是椭圆C 的一个焦点,点M (0,2),且|MF |=10.
(1)求椭圆C 的方程;
(2)若过点M 的直线l 与椭圆C 交于A ,B 两点,线段AB 的中点为N ,且满足|AM |=|BN |,求l 的方程.
解:(1)由题意,可得????
?a =2b ,
c 2+4=10,b 2
+c 2
=a 2
,
解得a =22,b =2,故椭圆C 的方程为x 28+y 2
2
=1.
(2)根据题意可得,点A 必在点B 的上方,才有|AM |=|BN |.当l 的斜率不存在时,|AM |=2-2,|BN |=2,|AM |≠|BN |,不合题意,故l 的斜率必定存在.
设l 的方程为y =kx +2,由?????x 28+y 2
2=1,
y =kx +2
得(1+4k 2)x 2+16kx +8=0,
Δ=(16k )2-32(1+4k 2)=128k 2-32>0,即k 2>1
4.
设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则x 1+x 2=-16k 1+4k 2,x 1x 2=
8
1+4k 2. 设N (x 0,y 0),则x 0=x 1+x 22=-8k
1+4k 2.
由|AM |=|BN |可得,|AB |=|MN |, ∴1+k 2|x 1-x 2|=
1+k 2|x 0-0|,
则(x 1+x 2)2-4x 1x 2=|x 0|, 即
4 2
4k 2-11+4k 2
=??????8k 1+4k 2, 整理得k 2=12>1
4
,
故k =±22,l 的方程为y =±2
2
x +2.
11.(2020·深圳市统一测试)已知以F 为焦点的抛物线C :y 2=2px (p >0)过点P (1,-2),直线l 与C 交于A ,B 两点,M 为AB 的中点,O 为坐标原点,且OM ―→+OP ―→=λOF ―→
.
(1)当λ=3时,求点M 的坐标;
(2)当OA ―→·OB ―→
=12时,求直线l 的方程.
解:(1)因为P (1,-2)在y 2=2px 上,代入抛物线方程可得p =2, 所以C 的方程为y 2=4x ,焦点为F (1,0).
设M (x 0,y 0),当λ=3时,由OM ―→+OP ―→=3OF ―→
,可得M (2,2). (2)法一:设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),
由OM ―→+OP ―→=λOF ―→,可得(x 0+1,y 0-2)=(λ,0),所以y 0=2,且y 21-y 22=4(x 1-x 2
)=(y 1+y 2)(y 1-y 2),
所以直线l 的斜率存在且斜率k =y 1-y 2x 1-x 2=4y 1+y 2=2
y 0
=1,
可设直线l 的方程为y =x +b ,联立得?????y =x +b ,y 2=4x ,
得x 2
+(2b -4)x +b 2=0,
Δ=(2b -4)2-4b 2=16-16b >0,可得b <1,
则x 1+x 2=4-2b ,x 1x 2=b 2,y 1y 2=x 1x 2+b (x 1+x 2)+b 2=4b , 所以OA ―→·OB ―→
=x 1x 2+y 1y 2=b 2+4b =12, 解得b =-6,或b =2(舍去), 所以直线l 的方程为y =x -6.
法二:设直线l 的方程为x =my +n ,A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),
联立得?????x =my +n ,y 2=4x ,
得y 2
-4my -4n =0,Δ=16m 2+16n >0,
则y 1+y 2=4m ,y 1y 2=-4n ,x 1+x 2=m (y 1+y 2)+2n =4m 2+2n , 所以M (2m 2+n ,2m ).
由OM ―→+OP ―→=λOF ―→
,得(2m 2+n +1,2m -2)=(λ,0),所以m =1, 所以直线l 的方程为x =y +n , 由Δ=16+16n >0可得n >-1, 由y 1y 2=-4n 得x 1x 2=(y 1y 2)2
16=n 2,
所以OA ―→·OB ―→
=x 1x 2+y 1y 2=n 2-4n =12, 解得n =6,或n =-2(舍去), 所以直线l 的方程为y =x -6.
12.(2020·湖北八校联考)已知点M ????233,33在椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)上,且点M 到椭圆C 的左、右焦点的距离之和为2 2.
(1)求椭圆C 的方程;
(2)设O 为坐标原点,若椭圆C 的弦AB 的中点在线段OM (不含端点O ,M )上,求OA ―→·OB ―→
的取值范围.
解:(1)由条件知43a 2+13b 2=1,2a =22,所以a =2,b =1,所以椭圆C 的方程为x 2
2+
y 2=1.
(2)设A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),则AB 的中点? ??
??
x 1+x 22,y 1+y 22在线段OM 上.
∵k OM =1
2
,∴x 1+x 2=2(y 1+y 2).
x 212+y 21=1,x 222+y 2
2=1,两式相减得(x 1-x 2)(x 1+x 2)2+(y 1-y 2)(y 1+y 2)=0, 易知x 1-x 2≠0,y 1+y 2≠0,所以y 1-y 2x 1-x 2=-x 1+x 22(y 1+y 2)=-1,即k AB =-1.
设直线AB 的方程为y =-x +m ,代入x 22+y 2
=1并整理得3x 2-4mx +2m 2-2=0.
由Δ=8(3-m 2)>0得m 2<3.由根与系数的关系得x 1+x 2=4m
3,x 1x 2=2(m 2-1)3,又
x 1+x 22∈?
???0,233,所以2m 3∈????
0,233,所以0<m < 3. OA ―→·OB ―→
=x 1x 2+y 1y 2=x 1x 2+(-x 1+m )(-x 2+m )=2x 1x 2-m (x 1+x 2)+m 2=
4(m 2-1)3-4m 23+m 2=m 2-43
,
而0<m <3,所以OA ―→·OB ―→
的取值范围是???
?-43,53. [B 组——大题强化练]
1.(2020·合肥教学检测)设椭圆C :x 2a 2+y 2
b 2=1(a >b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,椭圆
的上顶点为B ,点A 为椭圆C 上一点,且3F 1A ―→+F 1B ―→
=0.
(1)求椭圆C 的离心率;
(2)若b =1,过点F 2的直线交椭圆C 于M ,N 两点,求线段MN 的中点P 的轨迹方程. 解:(1)设A (x 0,y 0),由题意知B (0,b ),F 1(-c ,0), 由3F 1A ―→+F 1B ―→
=0得
?????3x 0+4c =0,3y 0
+b =0
????x 0=-4c
3,y 0
=-b 3,
即A ????-43c ,-b
3,
又A (x 0,y 0)在椭圆C :x 2a 2+y 2
b
2=1上,
∴
???
?-43c 2
a 2
+
???
?-13b 2
b 2
=1,得c a =22,即椭圆C 的离心率为e =2
2
.
(2)由(1)知,e =
2
2
.又b =1,a 2=b 2+c 2,∴a 2=2, ∴椭圆C 的方程为x 22
+y 2
=1.
当线段MN 在x 轴上时,MN 的中点为坐标原点(0,0).
当线段MN 不在x 轴上时,设直线MN 的方程为x =my +1,M (x 1,y 1),N (x 2,y 2), 将直线MN 的方程代入椭圆方程x 22+y 2
=1中,得(m 2+2)y 2+2my -1=0.
∵点F 2在椭圆内部,∴Δ>0,y 1+y 2=-2m
m 2+2,
则x 1+x 2=m (y 1+y 2)+2=4
m 2+2,
∴点P 的坐标(x ,y )满足x =
2m 2+2,y =-m
m 2+2
, 消去m 得,x 2+2y 2-x =0(x ≠0).
综上所述,点P 的轨迹方程为x 2+2y 2-x =0.
2.(2020·贵阳市适应性考试)在平面直角坐标系xOy 中取两个定点A 1(-6,0),A 2(6,0),再取两个动点N 1(0,m ),N 2(0,n ),且mn =2.
(1)求直线A 1N 1与A 2N 2交点M 的轨迹C 的方程;
(2)过R (3,0)的直线l 与轨迹C 交于P ,Q 两点,过P 作PN ⊥x 轴且与轨迹C 交于另一点N ,F 为轨迹C 的右焦点,若RP ―→=λRQ ―→(λ>1),求证:NF ―→=λFQ ―→
.
解:(1)依题意知直线A 1N 1的方程为y =m
6
(x +6),① 直线A 2N 2的方程为y =-
n
6
(x -6),② 设M (x ,y )是直线A 1N 1与A 2N 2的交点,①×②得y 2=-mn
6(x 2-6),
由mn =2,整理得x 26+y 2
2
=1.
∵N 1,N 2不与原点重合,∴A 1,A 2不在轨迹C 上,
故所求轨迹方程为x 26+y 2
2
=1(x ≠±6).
(2)证明:设l :x =ty +3,P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2),则N (x 1,-y 1),
由?????x =ty +3,x 26+y 22=1,
得(t 2+3)y 2+6ty +3=0.③ 由RP ―→=λRQ ―→
,得(x 1-3,y 1)=λ(x 2-3,y 2),故x 1-3=λ(x 2-3),y 1=λy 2. 要证NF ―→=λFQ ―→
,即证(2-x 1,y 1)=λ(x 2-2,y 2),只需证2-x 1=λ(x 2-2), 只需证x 1-3x 2-3=-x 1-2x 2-2,即证2x 1x 2-5(x 1+x 2)+12=0,
即证2t 2y 1y 2+t (y 1+y 2)=0,
由③得:2t 2y 1y 2+t (y 1+y 2)=2t 2·3t 2+3-t ·6t
t 2+3
=0,得证.
3.(2020·郑州市质量预测)已知椭圆E :y 2a 2+x 2b 2=1(a >b >0)的离心率为2
2,且过点C (1,
0).
(1)求椭圆E 的方程;
(2)若过点????-1
3,0的任意直线与椭圆E 相交于A ,B 两点,线段AB 的中点为M ,求证:恒有|AB |=2|CM |.
解:(1)由题意知b =1,c a =2
2.
又a 2=b 2+c 2,所以a = 2. 所以椭圆E 的方程为y 22
+x 2
=1.
(2)证明:当直线的斜率为0时,易知M 为坐标原点O ,则|AB |=2|CM |恒成立. 当直线的斜率不存在或存在且不为0时,设过点????-13,0的直线为x =ty -1
3,A (x 1,y 1),B (x 2,y 2),
由???
x =ty -1
3
,
y
2
2+x 2
=1,
得(9+18t 2
)y 2
-12ty -16=0,且Δ>0.
则?
????y 1+y 2=
12t
9+18t 2
,
y 1y 2=-16
9+18t 2
,
又CA ―→=(x 1-1,y 1),CB ―→
=(x 2-1,y 2),
所以CA ―→·CB ―→
=(x 1-1)(x 2-1)+y 1y 2=????ty 1-43????ty 2-43+y 1y 2=(1+t 2)y 1y 2-43t (y 1+y 2)+169=(1+t 2)·-169+18t 2-4t 3·12t 9+18t
2+16
9=0, 所以CA ―→⊥CB ―→.
因为线段AB 的中点为M ,所以|AB |=2|CM |. 综上,恒有|AB |=2|CM |.
4.(2020·福州市适应性考试)已知椭圆C :x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的离心率为6
3,以椭圆C
的短轴为直径的圆与直线l :3x +4y -5=0相切.
(1)求椭圆C 的标准方程;
(2)直线y =x +m 交椭圆C 于M (x 1,y 1),N (x 2,y 2)两点,且x 1>x 2,已知l 上存在点P ,使得△PMN 是以∠PMN 为顶角的等腰直角三角形,若P 在直线MN 的右下方,求m 的值.
解:(1)依题意,b =|0+0-5|
32+42=1,
因为离心率e =c
a =
a 2-
b 2a =6
3
, 所以
a 2-1a =6
3
,解得a =3, 所以椭圆C 的标准方程为x 23
+y 2
=1.
(2)因为直线y =x +m 的倾斜角为45°,且△PMN 是以∠PMN 为顶角的等腰直角三角形,P 在直线MN 的右下方,所以NP ∥x 轴,
如图,过M 作NP 的垂线,垂足为Q ,则Q 为线段NP 的中点,
所以Q (x 1,y 2),故P (2x 1-x 2,y 2),
所以3(2x 1-x 2)+4y 2-5=0,即3(2x 1-x 2)+4(x 2+m )-5=0, 整理得6x 1+x 2+4m -5=0.①
由?????x 2+3y 2=3,y =x +m ,
得4x 2+6mx +3m 2-3=0. 所以Δ=36m 2-48m 2+48>0,解得-2<m <2, 所以x 1+x 2=-3
2m ,②
x 1x 2=3
4(m 2-1),③
①-②得,x 1=1-m
2,④
将④代入②得x 2=-1-m ,⑤
将④⑤代入③得????m 2-1(m +1)=3
4(m -1)(m +1),解得m =-1. 所以m 的值为-1.