2020高考数学第二轮通用(文)板块二专题五 第2讲
第2讲圆锥曲线的方程与性质(小题)
热点一圆锥曲线的定义与标准方程
1.圆锥曲线的定义
(1)椭圆:|PF1|+|PF2|=2a(2a>|F1F2|).
(2)双曲线:||PF1|-|PF2||=2a(0<2a<|F1F2|).
(3)抛物线:|PF|=|PM|,点F不在定直线l上,PM⊥l于点M.
2.求圆锥曲线标准方程“先定型,后计算”
所谓“定型”,就是确定曲线焦点所在的坐标轴的位置;所谓“计算”,就是指利用待定系数法求出方程中的a2,b2,p的值.
例1(1)(2019·梅州质检)已知双曲线C:x2
a2-y2
b2=1(a>0,b>0)一个焦点为F(2,0),且F到双曲线C的渐近线的距离为1,则双曲线C的方程为________.
答案x2
3-y
2=1
解析根据题意,双曲线C的中心为原点,点F(2,0)是双曲线C的一个焦点,即双曲线的焦点在x轴上,且c=2,
双曲线C:x2
a2-y2
b2
=1(a>0,b>0),
其渐近线方程为y=±b
a x,即ay±bx=0,
又点F 到渐近线的距离为1,则有|-b ×2|a 2
+b
2
=1,
解得b =1,则a 2=c 2-b 2=3, 所以双曲线的方程为x 23
-y 2
=1.
(2)(2019·南充模拟)P 是双曲线x 23-y 2
4=1的右支上一点,F 1,F 2分别为双曲线的左、右焦点,
则△PF 1F 2的内切圆的圆心横坐标为( ) A. 3 B .2 C.7 D .3 答案 A
解析 如图所示F 1(-7,0),F 2(7,0),
设内切圆与x 轴的切点是点H ,与PF 1,PF 2的切点分别为M ,N , 由双曲线的定义可得|PF 1|-|PF 2|=2a =23,
由圆的切线长定理知,|PM |=|PN |,|F 1M |=|F 1H |,|F 2N |=|F 2H |, 故|MF 1|-|NF 2|=23, 即|HF 1|-|HF 2|=23,
设内切圆的圆心横坐标为x ,即点H 的横坐标为x , 故(x +7)-(7-x )=23, ∴x = 3.
跟踪演练1 (1)(2019·银川质检)已知P 是抛物线y 2=4x 上一动点,定点A (0,22),过点P 作
PQ⊥y轴于点Q,则|P A|+|PQ|的最小值是________.
答案 2
解析由抛物线y2=4x可知,其焦点坐标为F(1,0),准线x=-1,
设点P到其准线的距离为d,根据抛物线的定义,
可得d=|PF|,
则点P到y轴的距离为|PQ|=|PF|-1,
且|F A|=12+(22)2=3,
则|P A|+|PQ|=|P A|+|PF|-1≥|F A|-1=2(当且仅当A,P,F三点共线时取等号),
所以|P A|+|PQ|的最小值为2.
(2)如图,过抛物线y2=2px(p>0)的焦点F的直线l交抛物线于点A,B,交其准线于点C,若|BC|=2|BF|,且|AF|=3,则此抛物线方程为()
A.y2=9x B.y2=6x
C.y2=3x D.y2=3x
答案 C
解析如图分别过点A,B作准线的垂线,分别交准线于点E,D,设准线交x轴于点G.
设|BF |=a ,则由已知得|BC |=2a ,
由抛物线定义,得|BD |=a ,故∠BCD =30°, 在Rt △ACE 中,
∵|AE |=|AF |=3,|AC |=3+3a ,|AC |=2|AE |, ∴3+3a =6,从而得a =1,|FC |=3a =3. ∴p =|FG |=12|FC |=3
2,∴抛物线方程为y 2=3x .
热点二 圆锥曲线的几何性质
1.椭圆、双曲线中a ,b ,c 之间的关系 (1)在椭圆中:a 2=b 2+c 2,离心率为e =c
a =
1-????b a 2. (2)在双曲线中:c 2=a 2+b 2,离心率为e =c
a
=
1+????b a 2.
2.双曲线x 2a 2-y 2b 2=1(a >0,b >0)的渐近线方程为y =±b
a x .注意离心率e 与渐近线的斜率的关系.
例2 (1)设F 1,F 2分别是椭圆E :x 2a 2+y 2
b 2=1(a >b >0)的左、右焦点,过点F 1的直线交椭圆E
于A ,B 两点,若△AF 1F 2的面积是△BF 1F 2面积的三倍,cos ∠AF 2B =3
5,则椭圆E 的离心率
为( )
A.12
B.23
C.32
D.22 答案 D
解析 设|F 1B |=k ()k >0, 依题意可得|AF 1|=3k ,|AB |=4k , ∴|AF 2|=2a -3k ,|BF 2|=2a -k .
∵cos ∠AF 2B =3
5,在△ABF 2中,由余弦定理可得
|AB |2=|AF 2|2+|BF 2|2-2|AF 2||BF 2|cos ∠AF 2B , ∴(4k )2=(2a -3k )2+(2a -k )2-6
5(2a -3k )(2a -k ),
化简可得(a +k )(a -3k )=0, 而a +k >0,故a -3k =0,a =3k , ∴|AF 2|=|AF 1|=3k ,|BF 2|=5k , ∴|BF 2|2=|AF 2|2+|AB |2,
∴AF 1⊥AF 2,∴△AF 1F 2是等腰直角三角形. ∴c =
22a ,椭圆的离心率e =c a =22
. (2)已知双曲线M :x 2a 2-y 2
b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,||F 1F 2=2
c .若双曲线M
的右支上存在点P ,使a sin ∠PF 1F 2=3c
sin ∠PF 2F 1
,则双曲线M 的离心率的取值范围为( )
A.?
????1,2+73 B.?
????1,2+73
C .(1,2) D.(]1,2
答案 A
解析 根据正弦定理可知sin ∠PF 1F 2sin ∠PF 2F 1=|PF 2|
|PF 1|,
所以|PF 2||PF 1|=a 3c ,即|PF 2|=a 3c
|PF 1|,
||PF 1
||-PF 2
=2a ,
所以????1-a 3c ||PF 1=2a ,解得||PF 1=6ac 3c -a , 而||PF 1>a +c ,即6ac 3c -a
>a +c ,
整理得3e 2
-4e -1<0,解得2-73 3 . 又因为离心率e >1,所以1 3 . 跟踪演练2 (1)(2019·北京市海淀区模拟)椭圆C 1:x 24+y 2=1与双曲线C 2:x 2a 2-y 2 b 2=1的离心 率之积为1,则双曲线C 2的两条渐近线的倾斜角分别为( ) A.π6,-π6 B.π3,-π3 C.π6,5π6 D.π3,2π 3 答案 C 解析 椭圆中a =2,b =1,所以c =3, 所以其离心率为 3 2 , 设双曲线的离心率为e ,则e ×3 2 =1, 得e =233 , 双曲线中e =c a =233,即c 2=4 3a 2,又c 2=a 2+b 2, 所以4 3 a 2=a 2+ b 2,得a =3b , 双曲线的渐近线为y =±b a x ,即y =±3 3x , 所以两条渐近线的斜率为k =±3 3, 倾斜角分别为π6,5π 6 . (2)(2019·六安模拟)双曲线x 2a 2-y 2 b 2=1(a >b >0)的左焦点为F ,离心率为e ,过点F 且斜率为1的 直线交双曲线的渐近线于A ,B 两点,AB 中点为M ,若|FM |等于半焦距,则e 2等于( ) A. 3 B. 2 C.3或 2 D .3- 3 答案 B 解析 设双曲线的左焦点F (-c ,0), 则过F 点且斜率为1的直线方程为y =x +c , 与渐近线方程y =±b a x 联立可得A ? ?? ??ac b -a ,bc b -a ,B ? ?? ??ac -b -a ,-bc -b -a , 故AB 中点坐标为M ? ?? ?? a 2c b 2-a 2,b 2 c b 2-a 2, 则有|FM |= ? ????a 2c b 2-a 2+c 2+? ????b 2 c b 2-a 22=2b 2c a 2-b 2=c , 即a 2=(1+2)b 2,b 2=(2-1)a 2, c 2=a 2+b 2= 2a 2,e 2= c 2 a 2 = 2. 热点三 圆锥曲线与圆、直线的综合问题 圆锥曲线与圆、直线的综合问题的注意点: (1)注意使用圆锥曲线的定义; (2)引入参数,注意构建直线与圆锥曲线的方程组; (3)注意用好平面几何性质; (4)涉及中点弦问题时,也可用“点差法”求解. 例3 (1)(2019·六安联考)已知双曲线C :x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2, 右顶点为A ,以A 为圆心,OA (O 为坐标原点)为半径的圆与双曲线C 在第一象限的交点为P ,若PF 2⊥P A ,且|PF 1|=2|PF 2|,则双曲线C 的离心率为( ) A .1+ 5 B .1+ 3 C. 5 D. 3 答案 A 解析 由题意可得|OA |=a ,|AF 2|=c -a , 因为PF 2⊥P A , 所以|PF 2|= (c -a )2-a 2= c 2-2ac , 又因点P 在双曲线的右支上, 所以|PF 1|-|PF 2|=2a , 因为|PF 1|=2|PF 2|, 所以|PF 2|=2a ; 因此 c 2-2ac =2a ,即c 2-2ac =4a 2, 所以e 2-2e -4=0,解得e =1±5, 因为e >1,所以e =1+ 5. (2)(2019·南充模拟)已知直线x +y =1与椭圆x 2a 2+y 2 b 2=1(a >b >0)交于P ,Q 两点,且OP ⊥OQ (其 中O 为坐标原点),若椭圆的离心率e 满足33≤e ≤2 2 ,则椭圆长轴的取值范围是( ) A .[5,6] B.???? 52 ,62 C.????54,32 D.????52,3 答案 A 解析 联立????? x +y =1, x 2a 2+y 2b 2=1, 得 (a 2+b 2)x 2-2a 2x +a 2-a 2b 2=0, 设P (x 1,y 1),Q (x 2,y 2), Δ=4a 4-4(a 2+b 2)(a 2-a 2b 2)>0,化为a 2+b 2>1. x 1+x 2=2a 2 a 2+ b 2,x 1x 2=a 2-a 2b 2a 2+b 2. ∵OP ⊥OQ , ∴OP →·OQ → =x 1x 2+y 1y 2=x 1x 2+(x 1-1)(x 2-1) =2x 1x 2-(x 1+x 2)+1=0, ∴2×a 2-a 2b 2a 2+b 2-2a 2a 2+b 2+1=0. 化为 a 2+ b 2=2a 2b 2.∴b 2= a 2 2a 2-1 . ∵椭圆的离心率e 满足33≤e ≤2 2 , ∴13≤e 2≤12 , ∴13≤a 2-b 2 a 2≤12,13≤1-12a 2-1≤12 , 化为5≤4a 2≤6, 解得 5 ≤2a ≤ 6. 满足Δ>0. ∴椭圆长轴的取值范围是[5,6]. 跟踪演练3(1)(2019·合肥质检)已知椭圆x2 a2+y2 b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1,F2,右顶点为A,上顶点为B,以线段F1A为直径的圆交线段F1B的延长线于点P,若F2B∥AP,则该椭圆的离心率是() A. 3 3 B. 2 3 C. 3 2 D. 2 2 答案 D 解析因为点P在以线段F1A为直径的圆上, 所以AP⊥PF1, 又因为F2B∥AP, 所以F2B⊥BF1, 又因为|F2B|=|BF1|, 所以△F1F2B是等腰直角三角形, 因为|OB|=b,|OF2|=c, 所以b=c,|F2B|2=c2+b2=a2=2c2, 所以该椭圆的离心率e=c a =2 2. (2)(2019·内江、眉山等六市模拟)设点P是抛物线C:y2=4x上的动点,Q是C的准线上的动点,直线l过Q且与OQ(O为坐标原点)垂直,则点P到l的距离的最小值的取值范围是() A.(0,1) B.(0,1] C.[0,1]D.(0,2] 答案 B 解析 抛物线C 的准线方程是x =-1, 若点Q 的坐标为(-1,0),此时直线l 的方程为x =-1, 显然点P 到直线l 的距离的最小值是1, 若点Q 的坐标为(-1,t ),其中t ≠0, 则直线OQ 的斜率为k OQ =t -0 -1-0=-t , 直线l 的斜率为k l =-1k OQ =1 t , 直线l 的方程为y -t =1 t (x +1), 即x -ty +t 2+1=0, 设与直线l 平行且与抛物线C 相切的直线方程为 x -ty +m =0, 代入抛物线方程,得y 2-4ty +4m =0, 所以Δ=16t 2-16m =0,解得m =t 2, 所以与直线l 平行且与抛物线C 相切的直线方程为 x -ty +t 2=0, 所以点P 到直线l 的距离的最小值为直线x -ty +t 2+1=0与直线x -ty +t 2=0的距离, 即d =|t 2+1-t 2|12+t 2= 1 1+t 2 , 因为t 2>0,所以0 综合两种情况可知点P 到直线l 的距离的最小值的取值范围是(0,1]. 真题体验 1.(2018·全国Ⅱ,文,6)双曲线x2 a2-y2 b2=1(a>0,b>0)的离心率为3,则其渐近线方程为() A .y =±2x B .y =±3x C .y =±2 2x D .y =±3 2 x 答案 A 解析 双曲线x 2a 2-y 2 b 2=1的渐近线方程为bx ±ay =0. 又∵离心率c a = a 2+ b 2 a =3, ∴a 2+b 2=3a 2,∴b =2a (a >0,b >0). ∴渐近线方程为2ax ±ay =0,即y =±2x . 2.(2018·全国Ⅱ,文,11)已知F 1,F 2是椭圆C 的两个焦点,P 是C 上的一点.若PF 1⊥PF 2,且∠PF 2F 1=60°,则C 的离心率为( ) A .1- 3 2 B .2- 3 C.3-12 D.3-1 答案 D 解析 在Rt △PF 1F 2中,∠PF 2F 1=60°,设椭圆的方程为x 2a 2+y 2 b 2=1(a >b >0),且焦距|F 1F 2|= 2c , 则|PF 2|=c ,|PF 1|=3c , 由椭圆的定义,可知2a =(1+3)c , 所以离心率e =c a =2 1+3 =3-1. 3.(2019·全国Ⅱ,文,12)设F 为双曲线C :x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的右焦点,O 为坐标原点, 以OF 为直径的圆与圆x 2+y 2=a 2交于P ,Q 两点.若|PQ |=|OF |,则C 的离心率为( ) A. 2 B. 3 C .2 D. 5 答案 A 解析 如图,由题意知,以OF 为直径的圆的方程为????x -c 22+y 2=c 2 4 ①,将x 2+y 2=a 2记为②式, ①-②得x =a 2c ,则以OF 为直径的圆与圆x 2+y 2=a 2的相交弦所在直线的方程为x =a 2 c , 所以|PQ |=2 a 2- ??? ?a 2 c 2. 由|PQ |=|OF |,得2a 2- ??? ?a 2 c 2=c ,整理得c 4-4a 2c 2+4a 4=0,即e 4-4e 2+4=0,解得e =2,故选A. 押题预测 1.双曲线x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的一条渐近线与直线x -2y +1=0平行,则双曲线的离心率为 ( ) A. 5 B.52 C.3 2 D. 3 答案 B 解析 由双曲线的渐近线与直线x -2y +1=0平行, 可得双曲线的渐近线的方程为y =1 2x , 即b a =12 , 所以双曲线的离心率为 e =c a =a 2+b 2 a 2 =1+????b a 2= 1+14=5 2 . 2.已知抛物线C :y 2=2x ,过原点作两条互相垂直的直线分别交C 于A ,B 两点(A ,B 均不与坐标原点重合),则抛物线的焦点F 到直线AB 距离的最大值为( ) A .2 B .3 C.3 2 D .4 答案 C 解析 设A (2t 21,2t 1),B (2t 2 2,2t 2). 由OA ⊥OB ,得2t 12t 21·2t 2 2t 22=-1,得出t 1t 2=-1. 当直线AB 的斜率不存在时,2t 1+2t 2=0, 此时t 1=-t 2, 则AB 的方程为x =2,焦点F 到直线AB 的距离为2-12=3 2, ∵k AB =2t 1-2t 22t 21-2t 22=1 t 1+t 2, 得直线AB 的方程为y -2t 1=1 t 1+t 2 (x -2t 21). 即x -(t 1+t 2)y -2=0. 令y =0,解得x =2. ∴直线AB 恒过定点D (2,0). ∴抛物线的焦点F 到直线AB 的距离小于3 2, 综上,焦点F 到直线AB 距离的最大值为3 2 . 3.已知双曲线x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0),过原点的直线与双曲线交于A ,B 两点,以AB 为直径 的圆恰好过双曲线的右焦点C ,若△ABC 的面积为2a 2,则双曲线的渐近线方程为( ) A .y =±2 2x B .y =±2x C .y =±3 3x D .y =±3x 答案 B 解析 ∵以AB 为直径的圆恰好经过双曲线的右焦点C , ∴以AB 为直径的圆的方程为x 2+y 2=c 2, 设B 点在第一象限,坐标为(x ,y ),且到x 轴的距离为h , 由对称性知△ABC 的面积 S =2S △OBC =2×1 2ch =ch =2a 2, 即h =2a 2c ,即B 点的纵坐标为y =2a 2 c , 则由 x 2+ ????2a 2c 2=c 2,得x 2=c 2-????2a 2 c 2=c 2-4a 4 c 2 , 因为点B 在双曲线上,则 c 2- 4a 4c 2a 2-4a 4 c 2 b 2=1, 即c 2a 2-4a 2c 2-4a 4 c 2(c 2-a 2) =1, 即c 2a 2-4a 2c 2? ?? ??1+a 2c 2-a 2=1, 即c 2a 2-4a 2c 2·c 2c 2-a 2=1, 即c 2a 2-4a 2c 2-a 2 =1, 即c 2a 2-1=4a 2 c 2-a 2=c 2-a 2a 2, 得4a 4=(c 2-a 2)2, 即2a 2=c 2-a 2,得3a 2=c 2,得c =3a ,b =2a . 则双曲线的渐近线方程为y =±b a x =±2x . A 组 专题通关 1.(2019·岳阳模拟)已知抛物线y 2 =-45x 的准线l 经过双曲线x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的一个 焦点F ,且该双曲线的一条渐近线经过点P (1,-2),则该双曲线的标准方程为( ) A.x 24-y 2 =1 B .x 2- y 2 4 =1 C.x 24-y 2 2=1 D.x 22-y 2 4 =1 答案 B 解析 抛物线y 2=-45x 的准线为x =5, 所以,双曲线的焦点F (5,0),即c =5, 双曲线的一条渐近线经过点P (1,-2), 则-b a =-2, 再由c 2=a 2+b 2,可得a 2=1,b 2=4,c 2=5, 因此所求的双曲线的标准方程为 x 2- y 2 4 =1. 2.(2019·北京市海淀区模拟)抛物线W :y 2=4x 的焦点为F ,点A 在抛物线上,且点A 到直线x =-3的距离是线段AF 长度的2倍,则线段AF 的长度为( ) A .1 B .2 C .3 D .4 答案 B 解析 依题意,得F (1,0),抛物线的准线为x =-1, 线段AF 的长等于点A 到准线x =-1的距离, 因为点A 到直线x =-3的距离是线段AF 长度的2倍, 所以点A 到直线x =-3的距离是点A 到准线x =-1的距离的2倍, 设A 点横坐标为x 0,则有x 0+3=2(x 0+1),解得x 0=1, 所以|AF |=1-(-1)=2. 3.(2019·江西九校联考)两个正数a ,b 的等差中项是5,等比中项是26,则双曲线x 2a 2-y 2b 2= 1(b >a >0)的离心率等于( ) A. 133 B.132 C.32 D .2 答案 B 解析 由题设知???? ? a + b =10, ab =24, a >0, b >0,b >a , 解得a =4,b =6, ∴c =213,∴e =c a =13 2 . 4.(2019·邯郸模拟)位于德国东部萨克森州的莱科勃克桥(如图所示)有“仙境之桥”之称,它 的桥形可以近似地看成抛物线,该桥的高度为5 m ,跨径为12 m ,则桥形对应的抛物线的焦点到准线的距离为( ) A.2512 m B.256 m C.95 m D.185 m 答案 D 解析 以桥顶为坐标原点,桥形的对称轴为y 轴建立直角坐标系xOy ,结合题意可知,该抛物线x 2=-2py (p >0)经过点(6,-5),则36=10p ,解得p =18 5,故桥形对应的抛物线的焦点 到准线的距离为p =18 5 . 5.(2019·天津市和平区质检)设双曲线mx 2+ny 2=1的一个焦点与抛物线y =1 8x 2的焦点相同, 离心率为2,则抛物线的焦点到双曲线的一条渐近线的距离为( ) A .2 B. 3 C .2 2 D .2 3 答案 B 解析 ∵抛物线x 2=8y 的焦点为(0,2), ∴mx 2+ny 2=1的一个焦点为(0,2), ∴焦点在y 轴上, ∴a 2=1n ,b 2=-1 m ,c =2. 根据双曲线三个参数的关系得到4=a 2+b 2=1n -1m , 又离心率为2,即4 1n =4, 解得n =1,m =-1 3 , ∴此双曲线的渐近线方程为y 2 -x 2 3 =0, 则双曲线的一条渐近线方程为x -3y =0, 则抛物线的焦点(0,2)到双曲线的一条渐近线的距离为d = |23|1+3 = 3. 6.设椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的焦点为F 1,F 2,P 是椭圆上一点,且∠F 1PF 2=π 3,若△F 1PF 2 的外接圆和内切圆的半径分别为R ,r ,当R =4r 时,椭圆的离心率为( ) A.45 B.23 C.12 D.2 5 答案 B 解析 椭圆x 2a 2+y 2b 2=1(a >b >0)的焦点为F 1(-c ,0),F 2(c ,0),P 为椭圆上一点,且∠F 1PF 2=π3, |F 1F 2|=2c ,根据正弦定理,得|F 1F 2|sin ∠F 1PF 2 =2c sin π3=2R , ∴R =233c , ∵R =4r ,∴r = 36 c , 由余弦定理,得 ()2c 2=|PF 1|2+|PF 2|2-2|PF 1||PF 2|cos ∠F 1PF 2, 由|PF 1|+|PF 2|=2a ,∠F 1PF 2=π 3, 可得|PF 1||PF 2|= 43 () a 2-c 2 , 则由三角形面积公式12() |PF 1|+|PF 2|+|F 1F 2|·r =1 2 |PF 1||PF 2|sin ∠F 1PF 2, 可得() 2a +2c ·36c =43() a 2-c 2·3 2 , 整理得3c 2+ac -2a 2=0, 即3e 2+e -2=0, ∵0 3 . 7.(2019·六安联考)已知直线l :x +y =3与x 轴,y 轴分别交于点A ,B ,点P 在椭圆x 22+y 2 =1上运动,则△P AB 面积的最大值为( ) A .6 B.3(3+2) 2 C.3(3-3)2 D.3(3+3)2 答案 D 解析 因为l :x +y =3与x 轴,y 轴分别交于点A ,B , 所以A (3,0),B (0,3),因此|AB |=32, 又点P 在椭圆x 22+y 2 =1上运动, 所以可设P (2cos θ,sin θ), 所以点P 到直线l 的距离为 d =|2cos θ+sin θ-3|2=|3sin (θ+φ)-3|2 ≤ |-3-3|2=3+32 (其中tan φ=2), 所以S △P AB =1 2|AB |d ≤3(3+3)2 . 8.(2019·泸州模拟)双曲线C :x 2a 2-y 2 b 2=1(a >0,b >0)的左、右焦点分别为F 1,F 2,过F 1的直 线与圆x 2+y 2=a 2相切,与C 的左、右两支分别交于点A ,B ,若|AB |=|BF 2|,则C 的离心率为( ) A.5+2 3 B .5+2 3 C. 3 D. 5 答案 A 解析 由双曲线的定义可得|BF 1|-|BF 2|=2a ,