前言
圆锥曲线一般指椭圆、双曲线、抛物线;但由于圆和椭圆有近亲关系,都是封闭曲线,且椭圆的两个焦点合二为一时,椭圆就变成了圆;双曲线和抛物线都是非封闭曲线,这两个和前两个的区别就挺大了。
基础知识
- 直线(l)和圆锥曲线(C)的位置关系
1、从几何角度看,直线(l)和圆锥曲线(C)的位置关系可以分为三类:①无公共点;②仅有一个公共点;③有两个相异的公共点;
2、从数的角度看,可以通过代入法用代数的方法求解判断。通常是将直线(l)的方程(Ax+By+C=0) ((A^2+B^2 eq 0),或者说(A),(B)不同时为(0)),代入圆锥曲线(C)的方程(F(x,y)=0)中,消去(y)(或者(x))得到一个关于变量(x)(或者变量(y))的一元方程(仿二次方程),即由(left{egin{array}{l}{Ax+By+C=0}\{F(x,y)=0}end{array} ight.),消去(y)得到(ax^2+bx+c=0);
(1)当(a eq 0)时,设一元二次方程(ax^2+bx+c=0)的判别式为(Delta),则有
(Delta >0) (Leftrightarrow) 直线(l)与圆锥曲线(C)相交于不同的两点;
(Delta =0) (Leftrightarrow) 直线(l)与圆锥曲线(C)相切;
(Delta <0) (Leftrightarrow) 直线(l)与圆锥曲线(C)相离,无公共点;
(2)当(a=0),(b eq 0)时,即得到一个一次方程,则直线(l)与圆锥曲线相交,且只有一个交点;此时
若(C)为双曲线,则直线(l)与双曲线(C)的渐近线的位置关系是平行;
若(C)为抛物线,则直线(l)与抛物线(C)的对称轴的位置关系是平行或者重合;
典例剖析
法1:从数的角度思考分析,类比(y=kx+1)恒过定点((0,1))的方法思路,令(y=0),得到(x^2=1),故上述曲线恒过定点((pm 1,0));
法2:从形的角度思考分析,变形得到(cfrac{x^2}{1}+cfrac{y^2}{frac{1}{lambda}}=1),用动态的观点思考,当(lambda)变化时,椭圆或者双曲线与(x)轴的交点坐标((-1,0))和((1,0))始终不变,故曲线恒过定点((pm 1,0));
法1:常规方法求解,(angle AOB=cfrac{pi}{2})
法2:特殊化策略思考,当我们将直线由一般的有斜率的情形特殊化为无斜率的情形时,应该没有改变题目中的已知条件,故可以思考用特殊化策略,此时能轻松得到(angle AOB=cfrac{pi}{2});
分析:椭圆上任意一点的坐标的参数方程为((sqrt{5}cos heta,sin heta)),( hetain [0,2pi)),
则(x+y=sqrt{5}cos heta+sin heta=sqrt{6}sin( heta+phi)),故(x+yin [-sqrt{6},sqrt{6}]);
解后反思:椭圆的参数方程的优越性;变量集中;三角函数;求值域中的三角换元;知一求二类[((sinx+cosx),(sinx-cosx),(sinxcdot cosx))(奇偶性,周期性,对称性)]
法一:从数的角度思考,常规方法,将直线(y=kx-k+1)代入椭圆(cfrac{x^2}{9}+cfrac{y^2}{4}=1)中,[注意运算技巧]
化简整理为((9k^2+4)x^2+18k(1-k)x+9(1-k^2)=0),(Delta =cdots=1152k^2+288k+4 imes 108>0),
则直线和椭圆相交,故选(A)。
法2:从形的角度思考,将直线变形为(y-1=k(x-1)),则可知其恒过定点((1,1)),
将((1,1))代入(cfrac{x^2}{9}+cfrac{y^2}{4}),得到(cfrac{1^2}{9}+cfrac{1^2}{4}<1),即点((1,1))在椭圆内,
则直线和椭圆必然相交,故选(A)。
相关阅读: 1、曲线或函数恒过定点;
分析:特殊化策略,当点(M)位于椭圆的上下顶点位置时,(angle F_1MF_2)最大,最大值为(cfrac{pi}{3})。
- 直线与曲线交于一点的误区:
分析:如图所示,过点((0,1))做直线,和抛物线仅有一个公共点时,这样的直线有切线和非切线两种情形:
当为切线时,其一为直线(x=0),此时直线无斜率;其二为(y=kx+1),设切点为((x_0,y_0)),则
(left{egin{array}{l}{y_0=kx_0+1}\{y_0^2=4x_0}\{k=frac{1}{sqrt{x_0}}}end{array} ight.),解得(x_0=cfrac{1}{2}),(y_0=sqrt{2}),(k=2(sqrt{2}-1)),
故另一条切线为(y=(2sqrt{2}-1)x+1);
当为非切线时,直线为(y=1),故这样的直线分别为(x=0),(y=1),(y=(2sqrt{2}-1)x+1);
分析:由于直线和渐近线平行,故只能有一个交点。
法1:判别式法,利用(Delta=0),得到(m^2=2k^2+3);
法2:平行线法。
【法1】:常规方法,利用两点间距离公式,由于(2p=3),则(cfrac{p}{2}=cfrac{3}{4}),故焦点(F(cfrac{3}{4},0)),又斜率为(k=cfrac{sqrt{3}}{3}),
则直线(AB)的方程为(y=cfrac{sqrt{3}}{3}(x-cfrac{3}{4})),
联立直线(AB)和抛物线方程,得到(left{egin{array}{l}{y^2=3x}\{y=cfrac{sqrt{3}}{3}(x-cfrac{3}{4})}end{array} ight.),
消(y)得到(16x^2-24 imes7x+9=0),设点(A(x_1,y_1)),点(B(x_2,y_2)),
则(x_1+x_2=cfrac{24 imes7}{16}=cfrac{21}{2}),(x_1x_2=cfrac{9}{16}),
故(|AB|=sqrt{1+k^2}cdot |x_1-x_2|)
(=sqrt{1+k^2}cdotsqrt{(x_1+x_2)^2-4x_1x_2}=12)。
【法2】:利用直线(AB)的参数方程的参数的几何意义,
直线(AB)的参数方程为(egin{cases}x=cfrac{3}{4}+cfrac{sqrt{3}}{2}t\y=0+cfrac{1}{2}tend{cases}(t为参数)),将其代入(y^2=3x)中,
整理得到(t^2-6sqrt{3}t-9=0),设(A),(B)对应的参数分别为(t_1),(t_2),
则(Delta>0),且有(t_1+t_2=6sqrt{3}),(t_1t_2=-9),
故(|AB|=|t_1-t_2|=sqrt{(t_1+t_2)^2-4t_1t_2}=sqrt{36 imes3-4 imes(-9)}=12)。
【法3】:利用抛物线的定义可知,(|AB|=|AF|+|BF|=|AN|+|BO|=x_1+cfrac{p}{2}+x_2+cfrac{p}{2}=x_1+x_2+p),
故由法1中,得到(x_1+x_2=cfrac{24 imes7}{16}=cfrac{21}{2}),(p=cfrac{3}{2}),即(|AB|=x_1+x_2+p=12)。
法4:利用抛物线的焦点弦长公式:(|AB|=frac{2p}{sin^2alpha}),则(|AB|=cfrac{2 imes frac{3}{2}}{(frac{1}{2})^2}=12)。
分析:由题意可知,直线(l)的方程为(y-1=k(x+2)),
由方程组(left{egin{array}{l}{y-1=k(x+2)}\{y^2=4x}end{array} ight.)(*)
消去(x)得到,(ky^2-4y+4(2k+1)=0)① [注意,此为仿二次方程]
当(k=0)时,由方程①可得(y=1),代入(y^2=4x),得到(x=cfrac{1}{4}),即此时直线和抛物线只有一个公共点((cfrac{1}{4},1)),二者位置关系为相交;
当(k eq 0)时,方程①的判别式为(Delta=-16(2k^2+k-1));
由(Delta=0),即(2k^2+k-1=0),解得(k=-1)或(k=cfrac{1}{2}),此时方程①只有一个解,则方程组(*)也只有一个解,则直线和抛物线只有一个公共点,二者位置关系为相切;
由(Delta>0),即(2k^2+k-1<0),解得(-1<k<cfrac{1}{2}),于是当(-1<k<cfrac{1}{2})且(k eq 0)时,方程①有两个解,则方程组(*)也有两个解,则直线和抛物线有两个公共点,此时二者位置关系为相交;
由(Delta<0),即(2k^2+k-1>0),解得(k<-1)或(k>cfrac{1}{2}),于是当(k<-1)或(k>cfrac{1}{2})时,方程①没有实数解,则方程组(*)没有实数解,则直线和抛物线没有公共点,此时二者位置关系为相离;
综上所述,当(k=-1)或(k=cfrac{1}{2})或(k=0)时,直线和抛物线只有一个公共点;
当(-1<k<cfrac{1}{2})且(k eq 0)时,则直线和抛物线有两个公共点;
当(k<-1)或(k>cfrac{1}{2})时,则直线和抛物线没有公共点;