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圆锥曲线解题技巧和方法综合(经典)
2015-04-14 | 阅:  转:  |  分享 
  
圆锥曲线解题方法技巧归纳

第一、知识储备:

1.直线方程的形式

(1)直线方程的形式有五件:点斜式、两点式、斜截式、截距式、一般式。

(2)与直线相关的重要内容

①倾斜角与斜率

②点到直线的距离③夹角公式:

(3)弦长公式

直线上两点间的距离:



(4)两条直线的位置关系

①=-1②

2、圆锥曲线方程及性质

(1)、椭圆的方程的形式有几种?(三种形式)

标准方程:

距离式方程:

参数方程:

(2)、双曲线的方程的形式有两种

标准方程:

距离式方程:

(3)、三种圆锥曲线的通径你记得吗?



(4)、圆锥曲线的定义你记清楚了吗?

如:已知是椭圆的两个焦点,平面内一个动点M满足则动点M的轨迹是()

A、双曲线;B、双曲线的一支;C、两条射线;D、一条射线

(5)、焦点三角形面积公式:



(其中)

(6)、记住焦半径公式:(1),可简记为“左加右减,上加下减”。

(2)

(3)

(6)、椭圆和双曲线的基本量三角形你清楚吗?

第二、方法储备

1、点差法(中点弦问题)

设、,为椭圆的弦中点则有

,;两式相减得

=

2、联立消元法:你会解直线与圆锥曲线的位置关系一类的问题吗?经典套路是什么?如果有两个参数怎么办?

设直线的方程,并且与曲线的方程联立,消去一个未知数,得到一个二次方程,使用判别式,以及根与系数的关系,代入弦长公式,设曲线上的两点,将这两点代入曲线方程得到两个式子,然后-,整体消元······,若有两个字母未知数,则要找到它们的联系,消去一个,比如直线过焦点,则可以利用三点A、B、F共线解决之。若有向量的关系,则寻找坐标之间的关系,根与系数的关系结合消元处理。一旦设直线为,就意味着k存在。

例1、已知三角形ABC的三个顶点均在椭圆上,且点A是椭圆短轴的一个端点(点A在y轴正半轴上).

(1)若三角形ABC的重心是椭圆的右焦点,试求直线BC的方程;

(2)若角A为,AD垂直BC于D,试求点D的轨迹方程.

分析:第一问抓住“重心”,利用点差法及重心坐标公式可求出中点弦BC的斜率,从而写出直线BC的方程。第二问抓住角A为可得出AB⊥AC,从而得,然后利用联立消元法及交轨法求出点D的轨迹方程;

解:(1)设B(,),C(,),BC中点为(),F(2,0)则有两式作差有(1)F(2,0)为三角形重心,所以由,得,由得,代入(1)得

直线BC的方程为2)由AB⊥AC得(2)

设直线BC方程为,得,代入(2)式得,解得或

直线过定点(0,,设D(x,y),则,即所以所求点D的轨迹方程是。

4、设而不求法

例2、如图,已知梯形ABCD中,点E分有向线段所成的比为,双曲线过C、D、E三点,且以A、B为焦点当时,求双曲线离心率的取值范围。

分析:本小题主要考查坐标法、定比分点坐标公式、双曲线的概念和性质,推理、运算能力和综合运用数学知识解决问题的能力。建立直角坐标系,如图,若设C,代入,求得,进而求得再代入,建立目标函数,整理,此运算量可见是难上加难.我们对可采取设而不求的解题策略,

建立目标函数,整理,化繁为简.

解法一:如图,以AB为垂直平分线为轴,直线AB为轴,建立直角坐标系,则CD⊥轴因为双曲线经过点C、D,且以A、B为焦点,由双曲线的对称性知C、D关于轴对称

依题意,记A,C,E,其中为双曲线的半焦距,是梯形的高,由定比分点坐标公式得



设双曲线的方程为,则离心率

由点C、E在双曲线上,将点C、E的坐标和代入双曲线方程得

,①



由①式得,③

将③式代入②式,整理得





由题设得,

解得

所以双曲线的离心率的取值范围为

分析:考虑为焦半径,可用焦半径公式,用的横坐标表示,回避的计算,达到设而不求的解题策略.

解法二:建系同解法一,,

,又,代入整理,由题设得,

解得

所以双曲线的离心率的取值范围为

5、判别式法

例3已知双曲线,直线过点,斜率为,当时,双曲线的上支上有且仅有一点B到直线的距离为,试求的值及此时点B的坐标。

分析1:解析几何是用代数方法来研究几何图形的一门学科,因此,数形结合必然是研究解析几何问题的重要手段.从“有且仅有”这个微观入手,对照草图,不难想到:过点B作与平行的直线,必与双曲线C相切.而相切的代数表现形式是所构造方程的判别式.由此出发,可设计如下解题思路:











解题过程略.

分析2:如果从代数推理的角度去思考,就应当把距离用代数式表达,即所谓“有且仅有一点B到直线的距离为”,相当于化归的方程有唯一解.据此设计出如下解题思路:















简解:设点为双曲线C上支上任一点,则点M到直线的距离为:



于是,问题即可转化为如上关于的方程.

由于,所以,从而有



于是关于的方程







由可知:

方程的二根同正,故恒成立,于是等价于

.

由如上关于的方程有唯一解,得其判别式,就可解得.

点评:上述解法紧扣解题目标,不断进行问题转换,充分体现了全局观念与整体思维的优越性.

例4已知椭圆C:和点P(4,1),过P作直线交椭圆于A、B两点,在线段AB上取点Q,使,求动点Q的轨迹所在曲线的方程.

分析:这是一个轨迹问题,解题困难在于多动点的困扰,学生往往不知从何入手。其实,应该想到轨迹问题可以通过参数法求解.因此,首先是选定参数,然后想方设法将点Q的横、纵坐标用参数表达,最后通过消参可达到解题的目的.

由于点的变化是由直线AB的变化引起的,自然可选择直线AB的斜率作为参数,如何将与联系起来?一方面利用点Q在直线AB上;另一方面就是运用题目条件:来转化.由A、B、P、Q四点共线,不难得到,要建立与的关系,只需将直线AB的方程代入椭圆C的方程,利用韦达定理即可.

通过这样的分析,可以看出,虽然我们还没有开始解题,但对于如何解决本题,已经做到心中有数.































在得到之后,如果能够从整体上把握,认识到:所谓消参,目的不过是得到关于的方程(不含k),则可由解得,直接代入即可得到轨迹方程。从而简化消去参的过程。

简解:设,则由可得:,

解之得:(1)

设直线AB的方程为:,代入椭圆C的方程,消去得出关于x的一元二次方程:

(2)



代入(1),化简得:(3)

与联立,消去得:

在(2)中,由,解得,结合(3)可求得

故知点Q的轨迹方程为:().

点评:由方程组实施消元,产生一个标准的关于一个变量的一元二次方程,其判别式、韦达定理模块思维易于想到.这当中,难点在引出参,活点在应用参,重点在消去参.,而“引参、用参、消参”三步曲,正是解析几何综合问题求解的一条有效通道.

6、求根公式法

例5设直线过点P(0,3),和椭圆顺次交于A、B两点,试求的取值范围.

分析:本题中,绝大多数同学不难得到:=,但从此后却一筹莫展,问题的根源在于对题目的整体把握不够.事实上,所谓求取值范围,不外乎两条路:其一是构造所求变量关于某个(或某几个)参数的函数关系式(或方程),这只需利用对应的思想实施;其二则是构造关于所求量的一个不等关系.

分析1: 从第一条想法入手,=已经是一个关系式,但由于有两个变量,同时这两个变量的范围不好控制,所以自然想到利用第3个变量——直线AB的斜率k.问题就转化为如何将转化为关于k的表达式,到此为止,将直线方程代入椭圆方程,消去y得出关于的一元二次方程,其求根公式呼之欲出.



























简解1:当直线垂直于x轴时,可求得;

当与x轴不垂直时,设,直线的方程为:,代入椭圆方程,消去得

解之得

因为椭圆关于y轴对称,点P在y轴上,所以只需考虑的情形.

当时,,,

所以===.

由,解得,

所以,

综上.

分析2:如果想构造关于所求量的不等式,则应该考虑到:判别式往往是产生不等的根源.由判别式值的非负性可以很快确定的取值范围,于是问题转化为如何将所求量与联系起来.一般来说,韦达定理总是充当这种问题的桥梁,但本题无法直接应用韦达定理,原因在于不是关于的对称关系式.原因找到后,解决问题的方法自然也就有了,即我们可以构造关于的对称关系式.

























简解2:设直线的方程为:,代入椭圆方程,消去得

()



令,则,

在()中,由判别式可得,

从而有,所以,解得.

结合得.

综上,.

点评:范围问题不等关系的建立途径多多,诸如判别式法,均值不等式法,变量的有界性法,函数的性质法,数形结合法等等.本题也可从数形结合的角度入手,给出又一优美解法.

解题犹如打仗,不能只是忙于冲锋陷阵,一时局部的胜利并不能说明问题,有时甚至会被局部所纠缠而看不清问题的实质所在,只有见微知著,树立全局观念,讲究排兵布阵,运筹帷幄,方能决胜千里.

第三、推理训练:数学推理是由已知的数学命题得出新命题的基本思维形式,它是数学求解的核心。以已知的真实数学命题,即定义、公理、定理、性质等为依据,选择恰当的解题方法,达到解题目标,得出结论的一系列推理过程。在推理过程中,必须注意所使用的命题之间的相互关系(充分性、必要性、充要性等),做到思考缜密、推理严密。通过编写思维流程图来锤炼自己的大脑,快速提高解题能力。

例6椭圆长轴端点为,为椭圆中心,为椭圆的右焦点且.

求椭圆的标准方程;

记椭圆的上顶点为,直线交椭圆于两点,问:是否存在直线,使点恰为的垂心?若存在,求出直线的方程;若不存在,请说明理由(Ⅰ)











(Ⅱ)





消元











解题过程:

(Ⅰ)如图建系,设椭圆方程为,则

又∵即∴

故椭圆方程为假设存在直线交椭圆于两点,且恰为的垂心,则

设,∵,故,于是设直线为,由得

∵又

得即

由韦达定理得



解得或(舍)经检验符合条件..

例10、已知双曲线的离心率,过的直线到原点的距离是

(1)求双曲线的方程;

(2)已知直线交双曲线于不同的点C,D且C,D都在以B为圆心的圆上,求k的值.

思维流程:

解:∵(1)原点到直线AB:的距离.

故所求双曲线方程为

(2)把中消去y,整理得.

设的中点是,则







故所求k=±.

点石成金:C,D都在以B为圆心的圆上BC=BDBE⊥CD;

例11、已知椭圆C的中心在坐标原点,焦点在x轴上,椭圆C上的点到焦点距离的最大值为3,最小值为1.

(Ⅰ)求椭圆C的标准方程;

(II)若直线y=kx+m与椭圆C相交于A、B两点(A、B不是左右顶点),且以AB为直径的圆过椭圆C的右顶点.求证:直线过定点,并求出该定点的坐标.

思维流程:

解:(Ⅰ)由题意设椭圆的标准方程为,

由已知得:,

椭圆的标准方程为.

(II)设.

联立

得 ,则



又.

因为以为直径的圆过椭圆的右顶点,

,即. .

. .

解得:,且均满足.

当时,的方程,直线过点,与已知矛盾;

当时,的方程为,直线过定点.

所以,直线过定点,定点坐标为.

点石成金:以AB为直径的圆过椭圆C的右顶点CA⊥CB;

例12、已知双曲线的左右两个焦点分别为,点P在双曲线右支上.

(Ⅰ)若当点P的坐标为时,,求双曲线的方程;

(Ⅱ)若,求双曲线离心率的最值,并写出此时双曲线的渐进线方程.

思维流程:

解:(Ⅰ)(法一)由题意知,,,

,(1分)

解得.由双曲线定义得:

,

所求双曲线的方程为:

(法二)因,由斜率之积为,可得解.

(Ⅱ)设,

(法一)设P的坐标为,由焦半径公式得,,,

的最大值为2,无最小值.此时,

此时双曲线的渐进线方程为

(法二)设,.

(1)当时,,

此时.

(2)当,由余弦定理得:

,

,,综上,的最大值为2,但无最小值.(以下法一)







把直线l’的方程代入双曲线方程,消去y,令判别式



直线l’在l的上方且到直线l的距离为



转化为一元二次方程根的问题



求解



问题



关于x的方程有唯一解



将直线方程代入椭圆方程,消去y,利用韦达定理



利用点Q满足直线AB的方程:y=k(x—4)+1,消去参数k



点Q的轨迹方程





















所求量的取值范围



把直线l的方程y=kx+3代入椭圆方程,消去y得到关于x的一元二次方程



xA=f(k),xB=g(k)



得到所求量关于k的函数关系式



求根公式



AP/PB=—(xA/xB)



由判别式得出k的取值范围





把直线l的方程y=kx+3代入椭圆方程,消去y得到关于x的一元二次方程



xA+xB=f(k),xAxB=g(k)



构造所求量与k的关系式



关于所求量的不等式



韦达定理



AP/PB=—(xA/xB)



由判别式得出k的取值范围







写出椭圆方程



由,











由F为的重心















两根之和,

两根之积







得出关于

m的方程



解出m



由椭圆经过A、B、C三点



设方程为



得到的方程组



解出



由内切圆面积最大



转化为面积最大



转化为点的纵坐标的绝对值最大最大



为椭圆短轴端点



面积最大值为











得出点坐标为







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(本文系耀树首藏)