直线和圆锥曲线的位置关系
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聚焦考点直线和圆锥曲线的位置关系
直线与圆锥曲线的位置关系是历年高考命题的热点;试题具有一定的综合性,覆盖面大,不仅考查“三基”掌握的情况,而且重点考查学生的作图、数形结合、等价转化、分类讨论、逻辑推理、合理运算,以及运用数学知识分析问题和解决问题的能力。在近几年的高考中,每年风格都在变换,考查思维的敏捷性,在探索中求创新。
具体来说,这些问题常涉及到圆锥曲线的性质和直线的基本知识点,如直线被圆锥曲线截得的弦长、弦中点问题,垂直问题,对称问题。与圆锥曲线性质有关的量的取值范围等是近几年命题的新趋向。
纵观近几年高考和各类型考试,可以发现:
1.研究直线与圆锥曲线位置关系的问题,通常有两种方法:一是转化为研究方程组的解的问题,利用直线方程与圆锥曲线方程所组成的方程组消去一个变量后,将交点问题(包括公共点个数、与交点坐标有关的问题)转化为一元二次方程根的问题,结合根与系数的关系及判别式解决问题;二是运用数形结合,迅速判断某些直线和圆锥曲线的位置关系。
2.涉及弦长问题,利用弦长公式及韦达定理求解,涉及弦的中点及中点弦问题,利用差分法较为简便。
3.充分发挥判别式和韦达定理在解题中的作用。灵活应用数形结合的思想、函数思想、等价转化思想、分类讨论思想解题。
热点透析
题型1:直线与圆锥曲线的交点个数问题
例1已知双曲线C:2x2-y2=2与点P(1,2)
(1)求过P(1,2)点的直线l的斜率取值范围,使l与C分别有一个交点,两个交点,没有交点.
(2)若Q(1,1),试判断以Q为中点的弦是否存在.
解:(1)当直线l的斜率不存在时,l的方程为x=1,与曲线C有一个交点.当l的斜率存在时,设直线l的方程为y-2=k(x-1),代入C的方程,并整理得
(2-k2)x2+2(k2-2k)x-k2+4k-6=0 .(*)
(ⅰ)当2-k2=0,即k=±时,方程(*)有一个根,l与C有一个交点
(ⅱ)当2-k2≠0,即k≠±时
Δ=[2(k2-2k)]2-4(2-k2)(-k2+4k-6)=16(3-2k)
①当Δ=0,即3-2k=0,k=时,方程(*)有一个实根,l与C有一个交点.
②当Δ>0,即k<,又k≠±,
故当k<-或-<k<或<k<时,方程(*)有两不等实根,l与C有两个交点.
③当Δ<0,即k>时,方程(*)无解,l与C无交点.
综上知:当k=±,或k=,或k不存在时,l与C只有一个交点;
当<k<,或-<k<,或k<-时,l与C有两个交点;
当k>时,l与C没有交点.
(2)假设以Q为中点的弦存在,设为AB,且A(x1,y1),B(x2,y2),
则2x12-y12=2,2x22-y22=2两式相减得:2(x1-x2)(x1+x2)=(y1-y2)(y1+y2)
又∵x1+x2=2,y1+y2=2 ∴2(x1-x2)=y1-y1 即k AB==2
但渐近线斜率为±,结合图形知直线AB与C无交点,所以假设不正确,即以Q为中点的弦不存在.
[分析]第一问考查直线与双曲线交点个数问题,归结为方程组解的问题.第二问考查处理直线与圆锥曲线问题的第二种方法——“点差法”.
易错点提醒:第一问,求二次方程根的个数,忽略了二次项系数的讨论.第二问,算得以Q为中点弦的斜率为2,就认为所求直线存在了.
技巧与方法:涉及弦长的中点问题,常用“点差法”设而不求,将弦所在直线的斜率,弦的中点坐标联系起来,相互转化.
热身训练1直线与双曲线的右支交于不同的两点A、B。(1)求实数k的取值范围。
(2)是否存在实数k,使得以线段AB为直径的圆经过双曲线C的右焦点F若存在,求出k的值;若不存在,请说明理由。
【解】(1)将直线l的方程y=kx+1代入双曲线C的方程后,整理得
。
①
依题意,直线l与双曲线C的右支交于不同的两点,故
解得k的取值范围为
(2)设A、B两点的坐标分别为、,则由①式得②假设存在实数k,使得以线段AB为直径的圆经过双曲线C的右焦点,则由得:,即
。
整理得。③
把②式及代入③式,化简得。
解得或(舍去)。
∴存在使得以线段AB为直径的圆经过双曲线C的右焦点。
题型2:有关弦长问题
【例2】如图所示,已知椭圆与抛物线有公共焦点
,M是它们的一个交点,若,且。
(1)求椭圆及抛物线的方程;
(2)是否存在过F的直线l被椭圆及抛物线截得的弦长相等,若存在,求出l 的方程;若不存在,说明理由。
【解】(1)的焦点,
准线:,∴p=2c。设,
由,得,
由,得,
∵,
∴,∴c=2。∴,代入,解得,
∴椭圆方程为,抛物线方程为。
(2)设直线l的方程为,与联立,得。
。
将l的方程与椭圆方程联立,得:
∴
由。
∴存在直线l,其方程为:
或。
题型3:与中点弦有关的问题
【例3】已知双曲线方程。
(1)过M(1,1)的直线交双曲线于A、B两点,若M为弦AB中点,求直线AB 的方程。
(2)是否存在直线l,使为l被双曲线所截弦的中点,若存在,求出直线l的方程;若不存在,请说明理由。
【解】本题涉及弦的中点问题,可以选用差分法解决。
(1)设,则,
则有①
②
①-②得。
∵,∴。
若,由知,则点A、B均不在双曲线上,与题设矛盾,∴。∴。
∴直线AB的方程为,即x-2y+1=0。
∵双曲线的一条渐近线方程为,而,
∴直线x-2y+1=0与双曲线交于两点,∴x-2y+1=0为所求。