高中数学典型例题解析平面解析几何初步.doc
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1、流云教育 高中复习高中数学典型例题分析第七章 平面解析几何初步7.1直线和圆的方程一、知识导学1两点间的距离公式:不论A(1,1),B(2,2)在坐标平面上什么位置,都有d=|AB|=,特别地,与坐标轴平行的线段的长|AB|=|21|或|AB|=|2-1|.2定比分点公式:定比分点公式是解决共线三点A(1,1),B(2,2),P(,)之间数量关系的一个公式,其中的值是起点到分点与分点到终点的有向线段的数量之比.这里起点、分点、终点的位置是可以任意选择的,一旦选定后的值也就随之确定了.若以A为起点,B为终点,P为分点,则定比分点公式是.当P点为AB的中点时,=1,此时中点坐标公式是.3直线的倾斜
2、角和斜率的关系(1)每一条直线都有倾斜角,但不一定有斜率.(2)斜率存在的直线,其斜率与倾斜角之间的关系是=.4确定直线方程需要有两个互相独立的条件。直线方程的形式很多,但必须注意各种形式的直线方程的适用范围.名称方程说明适用条件斜截式为直线的斜率b为直线的纵截距倾斜角为90的直线不能用此式点斜式() 为直线上的已知点,为直线的斜率倾斜角为90的直线不能用此式两点式=(),()是直线上两个已知点与两坐标轴平行的直线不能用此式截距式+=1为直线的横截距b为直线的纵截距过(0,0)及与两坐标轴平行的直线不能用此式一般式,分别为斜率、横截距和纵截距A、B不全为零5两条直线的夹角。当两直线的斜率,都存
3、在且 -1时,=,当直线的斜率不存在时,可结合图形判断.另外还应注意到:“到角”公式与“夹角”公式的区别.6怎么判断两直线是否平行或垂直?判断两直线是否平行或垂直时,若两直线的斜率都存在,可以用斜率的关系来判断;若直线的斜率不存在,则必须用一般式的平行垂直条件来判断.(1)斜率存在且不重合的两条直线1, 2,有以下结论:12=,且1212= -1(2)对于直线1,2 ,当1,2,1,2都不为零时,有以下结论:12=1212+12 = 01与2相交1与2重合=7点到直线的距离公式.(1)已知一点P()及一条直线:,则点P到直线的距离d=;(2)两平行直线1: , 2: 之间的距离d=.8确定圆方
4、程需要有三个互相独立的条件。圆的方程有两种形式,要知道两种形式之间的相互转化及相互联系(1)圆的标准方程:,其中(,b)是圆心坐标,是圆的半径;(2)圆的一般方程:(0),圆心坐标为(-,-),半径为=.二、疑难知识导析1直线与圆的位置关系的判定方法.(1)方法一直线:;圆:.一元二次方程(2)方法二直线: ;圆:,圆心(,b)到直线的距离为d=2两圆的位置关系的判定方法.设两圆圆心分别为O1、O2,半径分别为1,2,|O1O2|为圆心距,则两圆位置关系如下:|O1O2|1+2两圆外离;|O1O2|=1+2两圆外切;| 1-2|O1O2|1+2两圆相交;| O1O2 |=|1-2|两圆内切;0
5、| O1O2| 1-2|两圆内含.三、经典例题导讲例1直线l经过P(2,3),且在x,y轴上的截距相等,试求该直线方程.错解:设直线方程为:,又过P(2,3),求得a=5 直线方程为x+y-5=0.错因:直线方程的截距式: 的条件是:0且b0,本题忽略了这一情形.正解:在原解的基础上,再补充这样的过程:当直线过(0,0)时,此时斜率为:,直线方程为y=x综上可得:所求直线方程为x+y-5=0或y=x .例2已知动点P到y轴的距离的3倍等于它到点A(1,3)的距离的平方,求动点P的轨迹方程.错解:设动点P坐标为(x,y).由已知3 化简3=x2-2x+1+y2-6y+9 . 当x0时得x2-5x
6、+y2-6y+10=0 . 当x0时得x2+ x+y2-6y+10=0 . 错因:上述过程清楚点到y轴距离的意义及两点间距离公式,并且正确应用绝对值定义将方程分类化简,但进一步研究化简后的两个方程,配方后得(x-)2+(y-3)2 = 和 (x+)2+(y-3)2 = - 两个平方数之和不可能为负数,故方程的情况不会出现.正解:接前面的过程,方程化为(x-)2+(y-3)2 = ,方程化为(x+)2+(y-3)2 = - ,由于两个平方数之和不可能为负数,故所求动点P的轨迹方程为: (x-)2+(y-3)2 = (x0)例3m是什么数时,关于x,y的方程(2m2+m-1)x2+(m2-m+2)
7、y2+m+2=0的图象表示一个圆?错解:欲使方程Ax2+Cy2+F=0表示一个圆,只要A=C0, 得2m2+m-1=m2-m+2,即m2+2m-3=0,解得m1=1,m2=-3, 当m=1或m=-3时,x2和y2项的系数相等,这时,原方程的图象表示一个圆错因:A=C,是Ax2+Cy2+F=0表示圆的必要条件,而非充要条件,其充要条件是:A=C0且0.正解:欲使方程Ax2+Cy2+F=0表示一个圆,只要A=C0, 得2m2+m-1=m2-m+2,即m2+2m-3=0,解得m1=1,m2=-3,(1) 当m=1时,方程为2x2+2y2=-3不合题意,舍去.(2) 当m=-3时,方程为14x2+14
8、y2=1,即x2+y2=,原方程的图形表示圆.例4自点A(-3,3)发出的光线L射到x轴上,被x轴反射,其反射光线所在直线与圆x2+y2-4x-4y+70相切,求光线L所在的直线方程.错解:设反射光线为L,由于L和L关于x轴对称,L过点A(-3,3),点A关于x轴的对称点A(-3,-3),于是L过A(-3,-3).设L的斜率为k,则L的方程为y-(-3)kx-(-3),即kx-y+3k-30,已知圆方程即(x-2)2+(y-2)21,圆心O的坐标为(2,2),半径r1因L和已知圆相切,则O到L的距离等于半径r1即整理得12k2-25k+120解得kL的方程为y+3(x+3)即4x-3y+30因
9、L和L关于x轴对称故L的方程为4x+3y+30.错因:漏解正解:设反射光线为L,由于L和L关于x轴对称,L过点A(-3,3),点A关于x轴的对称点A(-3,-3),于是L过A(-3,-3).设L的斜率为k,则L的方程为y-(-3)kx-(-3),即kx-y+3k-30,已知圆方程即(x-2)2+(y-2)21,圆心O的坐标为(2,2),半径r1因L和已知圆相切,则O到L的距离等于半径r1即整理得12k2-25k+120解得k或kL的方程为y+3(x+3);或y+3(x+3)。即4x-3y+30或3x-4y-30因L和L关于x轴对称故L的方程为4x+3y+30或3x+4y-30.例5求过直线和圆
10、的交点,且满足下列条件之一的圆的方程:(1) 过原点;(2)有最小面积.解:设所求圆的方程是: 即:(1)因为圆过原点,所以,即故所求圆的方程为:.(2) 将圆系方程化为标准式,有:当其半径最小时,圆的面积最小,此时为所求.故满足条件的圆的方程是.点评:(1)直线和圆相交问题,这里应用了曲线系方程,这种解法比较方便;当然也可以待定系数法。(2)面积最小时即圆半径最小。也可用几何意义,即直线与相交弦为直径时圆面积最小.例6(06年辽宁理科)已知点A(),B()(0)是抛物线上的两个动点,O是坐标原点,向量满足.设圆C的方程为(1)证明线段AB是圆C的直径;(2)当圆C的圆心到直线的距离的最小值为
11、时,求的值.解:(1)证明,()2()2,整理得:00设M()是以线段AB为直径的圆上的任意一点,则0即0整理得:故线段AB是圆C的直径.(2)设圆C的圆心为C(),则,又0,0,04所以圆心的轨迹方程为设圆心C到直线的距离为,则当时,有最小值,由题设得2.四、典型习题导练1直线截圆得的劣弧所对的圆心角为 ( )A. B. C. D.2.已知直线x=a(a0)和圆(x-1)2+y2=4相切 ,那么a的值是( )A.5 B.4 C.3 D.23. 如果实数x、y满足等式(x-2)2+y2,则的最大值为: .4.设正方形ABCD(A、B、C、D顺时针排列)的外接圆方程为x2+y2-6x+a=0(a
12、9),C、D点所在直线l的斜率为.(1)求外接圆圆心M点的坐标及正方形对角线AC、BD的斜率;(2)如果在x轴上方的A、B两点在一条以原点为顶点,以x轴为对称轴的抛物线上,求此抛物线的方程及直线l的方程;(3)如果ABCD的外接圆半径为2,在x轴上方的A、B两点在一条以x轴为对称轴的抛物线上,求此抛物线的方程及直线l的方程.解 (1)由(x-3)2+y2=9-a(a0),由于A,B两点在抛物线上, 解出:r=,p=。得抛物线方程为y2=x。由此可知A点坐标为(1,1),且A点关于M(3,0)的对称点C的坐标是(5,-1),直线l的方程为y -(-1)=(x-5),即x-3y-8=0。(3)将圆
13、方程(x-3)2+y2=(2)2分别与AC、BD的直线方程:y= -(x-3),y=2(x-3)联立,可解得A(-1,2),B(5,4)。设抛物线方程为y2=a(x-m) (*)将A(-1,2)、B(5,4)的坐标代入(*),得解得:a=2,m= -3,抛物线的方程为y2=2(x+3)。A(-1,2)点关于M(3,0)的对称点为C(7,-2),故直线l的方程为y-(-2)=(x-7),即x-3y-13=0。5.如图,已知圆C:(x+4)2+y2=4。圆D的圆心D在y轴上且与圆C外切。圆 D与y轴交于A、B两点,点P为(-3,0).(1)若点D坐标为(0,3),求APB的正切值;(2)当点D在y
14、轴上运动时,求APB的正切值的最大值;(3)在x轴上是否存在定点Q,当圆D在y轴上运动时,AQB是定值?如果存在,求出点Q坐标;如果不存在,说明理由.考点:直线和圆的方程的应用专题:计算题;证明题分析:(1)由已知中圆C:(x+4)2+y2=4,点D(0,3),我们易求出CD的长,进而求出圆D的半径,求出A,B两点坐标后,可由tanAPB=kBP得到结果(2)设D点坐标为(0,a),圆D半径为r,我们可以求出对应的圆D的方程和A,B两点的坐标,进而求出APB正切的表达式(含参数r),求出其最值后,即可根据正切函数的单调性,求出APB的最大值;(3)假设存在点Q(b,0),根据AQB是定值,我们
15、构造关于b的方程,若方程有解,则存在这样的点,若方程无实根,则不存在这样的点解答:解:(1)|CD|=5,圆D的半径r=5-2=3,此时A、B坐标分别为A(0,0)、B(0,6)tanAPB=kBP=2(3分)(2)设D点坐标为(0,a),圆D半径为r,则(r+2)2=16+a2,A、B的坐标分别为(0,a-r),(0,a+r) 的最大值为 (8分)(3)假设存在点Q(b,0),由 依题意的大小与无关,当且仅当,此时有,即(定值)故存在或,使点评:本题考查的知识点是直线和圆的方程的应用,其中根据已知中圆C:(x+4)2+y2=4,圆D的圆心D在y轴上且与圆C外切,圆D与y轴交于A、B两点,确定
16、圆D的方程,进而求出A,B的方程是解答本题的关键7.2圆锥曲线一、知识导学1椭圆定义:在平面内,到两定点距离之和等于定长(定长大于两定点间的距离)的动点的轨迹2椭圆的标准方程:, ()3椭圆的第二定义:一动点到定点的距离和它到一条定直线的距离的比是一个内常数,那么这个点的轨迹叫做椭圆 其中定点叫做焦点,定直线叫做准线,常数就是离心率椭圆的第二定义与第一定义是等价的,它是椭圆两种不同的定义方式4椭圆的准线方程对于,左准线;右准线对于,下准线;上准线5.焦点到准线的距离(焦参数)椭圆的准线方程有两条,这两条准线在椭圆外部,与短轴平行,且关于短轴对称 6椭圆的参数方程7双曲线的定义:平面内到两定点的
17、距离的差的绝对值为常数(小于)的动点的轨迹叫双曲线 即 这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做焦距8双曲线的标准方程及特点: (1)双曲线的标准方程有焦点在x轴上和焦点y轴上两种: 焦点在轴上时双曲线的标准方程为:(,); 焦点在轴上时双曲线的标准方程为:(,)(2)有关系式成立,且其中与b的大小关系:可以为9焦点的位置:从椭圆的标准方程不难看出椭圆的焦点位置可由方程中含字母、项的分母的大小来确定,分母大的项对应的字母所在的轴就是焦点所在的轴 而双曲线是根据项的正负来判断焦点所在的位置,即项的系数是正的,那么焦点在轴上;项的系数是正的,那么焦点在轴上10双曲线的几何性质:(1)范围、对
18、称性 由标准方程,从横的方向来看,直线x=-,x=之间没有图象,从纵的方向来看,随着x的增大,y的绝对值也无限增大,所以曲线在纵方向上可无限伸展,不像椭圆那样是封闭曲线 双曲线不封闭,但仍称其对称中心为双曲线的中心 (2)顶点顶点:,特殊点:实轴:长为2, 叫做半实轴长 虚轴:长为2b,b叫做虚半轴长双曲线只有两个顶点,而椭圆则有四个顶点,这是两者的又一差异(3)渐近线过双曲线的渐近线() (4)离心率双曲线的焦距与实轴长的比,叫做双曲线的离心率 范围:双曲线形状与e的关系:,e越大,即渐近线的斜率的绝对值就大,这时双曲线的形状就从扁狭逐渐变得开阔 由此可知,双曲线的离心率越大,它的开口就越阔
19、 11 双曲线的第二定义:到定点F的距离与到定直线的距离之比为常数的点的轨迹是双曲线 其中,定点叫做双曲线的焦点,定直线叫做双曲线的准线 常数e是双曲线的离心率12双曲线的准线方程:对于来说,相对于左焦点对应着左准线,相对于右焦点对应着右准线;焦点到准线的距离(也叫焦参数) 对于来说,相对于上焦点对应着上准线;相对于下焦点对应着下准线抛物线图形方程焦点准线13 抛物线定义:平面内与一个定点F和一条定直线的距离相等的点的轨迹叫做抛物线 定点F叫做抛物线的焦点,定直线叫做抛物线的准线 二、疑难知识导析椭圆、双曲线、抛物线同属于圆锥曲线,它们的定义、标准方程及其推导过程以及简单的几何性质都存在着相似
20、之处,也有着一定的区别,因此,要准确地理解和掌握三种曲线的特点以及它们之间的区别与联系1等轴双曲线定义:实轴和虚轴等长的双曲线叫做等轴双曲线,这样的双曲线叫做等轴双曲线 等轴双曲线的性质:(1)渐近线方程为:;(2)渐近线互相垂直;(3)离心率 2共渐近线的双曲线系如果已知一双曲线的渐近线方程为,那么此双曲线方程就一定是:或写成 3共轭双曲线以已知双曲线的实轴为虚轴,虚轴为实轴,这样得到的双曲线称为原双曲线的共轭双曲线 双曲线和它的共轭双曲线的焦点在同一圆上 确定双曲线的共轭双曲线的方法:将1变为-14抛物线的几何性质(1)范围因为p0,由方程可知,这条抛物线上的点M的坐标(x,y)满足不等式
21、x0,所以这条抛物线在y轴的右侧;当x的值增大时,|y|也增大,这说明抛物线向右上方和右下方无限延伸(2)对称性以y代y,方程不变,所以这条抛物线关于x轴对称,我们把抛物线的对称轴叫做抛物线的轴(3)顶点抛物线和它的轴的交点叫做抛物线的顶点在方程中,当y=0时,x=0,因此抛物线的顶点就是坐标原点(4)离心率抛物线上的点M与焦点的距离和它到准线的距离的比,叫做抛物线的离心率,用e表示由抛物线的定义可知,e=119抛物线的焦半径公式:抛物线,抛物线, 抛物线, 抛物线,三、经典例题导讲例1设双曲线的渐近线为:,求其离心率.错解:由双曲线的渐近线为:,可得:,从而剖析:由双曲线的渐近线为是不能确定
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