高中数学竞赛专题讲座(解析几何).doc
《高中数学竞赛专题讲座(解析几何).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中数学竞赛专题讲座(解析几何).doc(66页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流高中数学竞赛专题讲座(解析几何)【精品文档】第 66 页高中数学竞赛专题讲座(解析几何)一、基础知识1椭圆的定义,第一定义:平面上到两个定点的距离之和等于定长(大于两个定点之间的距离)的点的轨迹,即|PF1|+|PF2|=2a (2a|F1F2|=2c).第二定义:平面上到一个定点的距离与到一条定直线的距离之比为同一个常数e(0e1)的点的轨迹(其中定点不在定直线上),即(0eb0),参数方程为(为参数)。若焦点在y轴上,列标准方程为 (ab0)。3椭圆中的相关概念,对于中心在原点,焦点在x轴上的椭圆a称半长轴长,b称半短轴长,c称为半焦距,长轴端点、短
2、轴端点、两个焦点的坐标分别为(a, 0), (0, b), (c, 0);与左焦点对应的准线(即第二定义中的定直线)为,与右焦点对应的准线为;定义中的比e称为离心率,且,由c2+b2=a2知0eb0), F1(-c, 0), F2(c, 0)是它的两焦点。若P(x, y)是椭圆上的任意一点,则|PF1|=a+ex, |PF2|=a-ex.5几个常用结论:1)过椭圆上一点P(x0, y0)的切线方程为2)斜率为k的切线方程为;3)过焦点F2(c, 0)倾斜角为的弦的长为6双曲线的定义,第一定义:满足|PF1|-|PF2|=2a(2a0)的点P的轨迹;第二定义:到定点的距离与到定直线距离之比为常数
3、e(1)的点的轨迹。7双曲线的方程:中心在原点,焦点在x轴上的双曲线方程为参数方程为(为参数)。焦点在y轴上的双曲线的标准方程为8双曲线的相关概念,中心在原点,焦点在x轴上的双曲线(a, b0),a称半实轴长,b称为半虚轴长,c为半焦距,实轴的两个端点为(-a, 0), (a, 0). 左、右焦点为F1(-c,0), F2(c, 0),对应的左、右准线方程分别为离心率,由a2+b2=c2知e1。两条渐近线方程为,双曲线与有相同的渐近线,它们的四个焦点在同一个圆上。若a=b,则称为等轴双曲线。9双曲线的常用结论,1)焦半径公式,对于双曲线,F1(-c,0), F2(c, 0)是它的两个焦点。设P
4、(x,y)是双曲线上的任一点,若P在右支上,则|PF1|=ex+a, |PF2|=ex-a;若P(x,y)在左支上,则|PF1|=-ex-a,|PF2|=-ex+a.2) 过焦点的倾斜角为的弦长是。10抛物线:平面内与一个定点F和一条定直线l的距离相等的点的轨迹叫做抛物线,点F叫焦点,直线l叫做抛物线的准线。若取经过焦点F且垂直于准线l的直线为x轴,x轴与l相交于K,以线段KF的垂直平分线为y轴,建立直角坐标系,设|KF|=p,则焦点F坐标为,准线方程为,标准方程为y2=2px(p0),离心率e=1.11抛物线常用结论:若P(x0, y0)为抛物线上任一点,1)焦半径|PF|=;2)过点P的切
5、线方程为y0y=p(x+x0);3)过焦点倾斜角为的弦长为。12极坐标系,在平面内取一个定点为极点记为O,从O出发的射线为极轴记为Ox轴,这样就建立了极坐标系,对于平面内任意一点P,记|OP|=,xOP=,则由(,)唯一确定点P的位置,(,)称为极坐标。13圆锥曲线的统一定义:到定点的距离与到定直线的距离的比为常数e的点P,若0e1,则点P的轨迹为双曲线的一支;若e=1,则点P的轨迹为抛物线。这三种圆锥曲线统一的极坐标方程为。二、方法与例题1与定义有关的问题。例1 已知定点A(2,1),F是椭圆的左焦点,点P为椭圆上的动点,当3|PA|+5|PF|取最小值时,求点P的坐标。解 见图11-1,由
6、题设a=5, b=4, c=3,.椭圆左准线的方程为,又因为,所以点A在椭圆内部,又点F坐标为(-3,0),过P作PQ垂直于左准线,垂足为Q。由定义知,则|PF|=|PQ|。所以3|PA|+5|PF|=3(|PA|+|PF|)=3(|PA|+|PQ|)3|AM|(AM左准线于M)。所以当且仅当P为AM与椭圆的交点时,3|PA|+5|PF|取最小值,把y=1代入椭圆方程得,又xb时,轨迹为焦点在x轴上的两条等轴双曲线;当a0, b0)的右焦点F作B1B2轴,交双曲线于B1,B2两点,B2与左焦点F1连线交双曲线于B点,连结B1B交x轴于H点。求证:H的横坐标为定值。证明 设点B,H,F的坐标分别
7、为(asec,btan), (x0, 0), (c, 0),则F1,B1,B2的坐标分别为(-c, 0), (c, ), (c, ),因为F1,H分别是直线B2F,BB1与x轴的交点,所以所以 由得代入上式得即 (定值)。注:本例也可借助梅涅劳斯定理证明,读者不妨一试。例7 设抛物线y2=2px(p0)的焦点为F,经过点F的直线交抛物线于A,B两点,点C在准线上,且BC/x轴。证明:直线AC经过定点。证明 设,则,焦点为,所以,。由于,所以y2-y1=0,即=0。因为,所以。所以,即。所以,即直线AC经过原点。例8 椭圆上有两点A,B,满足OAOB,O为原点,求证:为定值。证明 设|OA|=r
8、1,|OB|=r2,且xOA=,xOB=,则点A,B的坐标分别为A(r1cos, r1sin),B(-r2sin,r2cos)。由A,B在椭圆上有即 +得(定值)。4最值问题。例9 设A,B是椭圆x2+3y2=1上的两个动点,且OAOB(O为原点),求|AB|的最大值与最小值。解 由题设a=1,b=,记|OA|=r1,|OB|=r2,,参考例8可得=4。设m=|AB|2=,因为,且a2b2,所以,所以br1a,同理br2a.所以。又函数f(x)=x+在上单调递减,在上单调递增,所以当t=1即|OA|=|OB|时,|AB|取最小值1;当或时,|AB|取最大值。例10 设一椭圆中心为原点,长轴在x
9、轴上,离心率为,若圆C:1上点与这椭圆上点的最大距离为,试求这个椭圆的方程。解 设A,B分别为圆C和椭圆上动点。由题设圆心C坐标为,半径|CA|=1,因为|AB|BC|+|CA|=|BC|+1,所以当且仅当A,B,C共线,且|BC|取最大值时,|AB|取最大值,所以|BC|最大值为因为;所以可设椭圆半长轴、半焦距、半短轴长分别为2t,t,椭圆方程为,并设点B坐标为B(2tcos,tsin),则|BC|2=(2tcos)2+=3t2sin2-3tsin+4t2=-3(tsin+)2+3+4t2.若,则当sin=-1时,|BC|2取最大值t2+3t+,与题设不符。若t,则当sin=时,|BC|2取
10、最大值3+4t2,由3+4t2=7得t=1.所以椭圆方程为。例11在平面直角坐标系上,给定抛物线:,实数、满足,是方程的两根,记。 过点作的切线交轴于点。证明:对线段上的任一点,有; 设是定点,其中、满足,过作的两条切线,切点分别为,、与轴分别交于、,线段上异于两端点的点集记为。证明:; 设,当点取遍时,求的最小值(记为)和最大值(记为)。解: 证明:由已知知点在上,过点的的切线的斜率为直线的方程为:设点为线段上的任一点方程,即方程的两根为线段上的任一点 当时, 当时此时当时此时 当时, 当时此时当时此时综上所述,对线段上的任一点,有。 证明:由已知有直线的方程为:由已知有直线的方程为:解得
11、当时,由“”有: 当时,由“”有:综上所述, 当时,设过点的的切线的斜率为,其中为切点处的横坐标该切线方程为:为该切线上的点 当时,即 当时,又综上所述,又由“”有:5直线与二次曲线。例12 若抛物线y=ax2-1上存在关于直线x+y=0成轴对称的两点,试求a的取值范围。解 抛物线y=ax2-1的顶点为(0,-1),对称轴为y轴,存在关于直线x+y=0对称两点的条件是存在一对点P(x1,y1),(-y1,-x1),满足y1=a且-x1=a(-y1)2-1,相减得x1+y1=a(),因为P不在直线x+y=0上,所以x1+y10,所以1=a(x1-y1),即x1=y1+所以此方程有不等实根,所以,
12、求得,即为所求。例13,已知抛物线的准线与轴交于点,过点作直线与抛物线交于两点,若的垂直平分线与轴交于,问能否是直角三角形?若能,求的值,若不能,请说明理由解:1)由题知,M(-1,0),因为直线AB的斜率存在,故可设AB方程为:,AB的中点,由所以,所以AB的垂直平分线方程为:令得如果三角形ABE为直角三角形,因EA=EB,所以角AEB为直角,且所以当时,三角形ABE为直角三角形.例14.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.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
13、只需考虑的情形.当时,所以 =.由 , 解得 ,所以 ,综上 .解2:设直线的方程为:,代入椭圆方程,消去得则令,则,在(*)中,由判别式可得 ,从而有 ,所以 ,解得 .结合得. 综上,.例15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。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
14、越性.例16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.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: ().例17.(1991年高考)双曲线的中心在坐标原点O,焦点在x轴上,过双曲线右焦点且斜率为的直线交双曲线于P、Q两点若OPOQ,|PQ|=4,求双曲线的方程本小题考查双曲线性质,两点距离公式,两直线垂直条件,代数二次方程等基本知识,以及综合分析
15、能力满分12分解法一:设双曲线的方程为=1依题意知,点P,Q的坐标满足方程组将式代入式,整理得(5b23a2)x2+6a2cx(3a2c2+5a2b2)=0 3分设方程的两个根为x1,x2,若5b23a2=0,则=,即直线与双曲线的两条渐近线中的一条平行,故与双曲线只能有一个交点同,与题设矛盾,所以5b23a20根据根与系数的关系,有 6分由于P、Q在直线y=(xc)上,可记为P (x1,(x1c),Q (x2,(x2c)由OPOQ得=1,整理得3c(x1+x2)8x1x23c2=0 将,式及c2=a2+b2代入式,并整理得3a4+8a2b23b4=0,(a2+3b2)(3a2b2)=0因为a
16、2+3b20,解得b2=3a2,所以 c=2a 8分由|PQ|=4,得(x2x1)2=(x2c)(x1c)2=42整理得(x1+x2)24x1x210=0将,式及b2=3a2,c=2a代入式,解得a2=1 10分将a2 =1代入b2=3a2得b2=3故所求双曲线方程为x2=1 12分解法二:式以上同解法一 4分解方程得x1=,x2= 6分由于P、Q在直线y=(xc)上,可记为P (x1,(x1c),Q (x2,(x2c)由OPOQ,得x1 x2(x1c)(x2c)=0 将式及c2=a2b2代入式并整理得3a4+8a2b23b4=0,即 (a2+3b2)(3a2b2)=0因a2+3b20,解得b
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中数学 竞赛 专题讲座 解析几何
限制150内