2021届高三新高考数学人教A版一轮复习教学案:第九章第9节 第一课时 最值、范围、证明问题 WORD版含解析.doc
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1、第 9 节 圆锥曲线的综合问题考试要求 1.掌握解决直线与椭圆、抛物线的位置关系的思想方法;2.了解圆锥曲线的简单应用;3.理解数形结合的思想.知 识 梳 理1.求定值问题常见的方法有两种:(1)从特殊入手,求出定值,再证明这个值与变量无关.(2)直接推理、计算,并在计算推理的过程中消去变量,从而得到定值.2.定点的探索与证明问题(1)探索直线过定点时,可设出直线方程为 ykxb,然后利用条件建立 b,k 等量关系进行消元,借助于直线系的思想找出定点.(2)从特殊情况入手,先探求定点,再证明与变量无关.3.求解范围问题的方法求范围问题的关键是建立求解关于某个变量的目标函数,通过求这个函数的值域
2、确定目标的范围,要特别注意变量的取值范围.4.圆锥曲线中常见最值的解题方法(1)几何法,若题目的条件和结论能明显体现几何特征及意义,则考虑利用图形性质来解决;(2)代数法,若题目的条件和结论能体现一种明确的函数关系,则可先建立起目标函数,再求这个函数的最值,最值常用基本不等式法、配方法及导数法求解.5.圆锥曲线的弦长设斜率为 k(k0)的直线 l 与圆锥曲线 C 相交于 A,B 两点,A(x1,y1),B(x2,y2),则|AB|1k2|x1x2|1k2(x1x2)24x1x211k2|y1y2|11k2(y1y2)24y1y2.常用结论与微点提醒1.直线与椭圆位置关系的有关结论(1)过椭圆外
3、一点总有两条直线与椭圆相切;(2)过椭圆上一点有且仅有一条直线与椭圆相切;(3)过椭圆内一点的直线均与椭圆相交.2.直线与抛物线位置关系的有关结论(1)过抛物线外一点总有三条直线和抛物线有且只有一个公共点,即两条切线和一条与对称轴平行或重合的直线;(2)过抛物线上一点总有两条直线与抛物线有且只有一个公共点,即一条切线和一条与对称轴平行或重合的直线;(3)过抛物线内一点只有一条直线与抛物线有且只有一个公共点,即一条与对称轴平行或重合的直线.诊 断 自 测1.判断下列结论正误(在括号内打“”或“”)(1)直线 l 与椭圆 C 相切的充要条件是:直线 l 与椭圆 C 只有一个公共点.()(2)直线
4、l 与双曲线 C 相切的充要条件是:直线 l 与双曲线 C 只有一个公共点.()(3)直线 l 与抛物线 C 相切的充要条件是:直线 l 与抛物线 C 只有一个公共点.()(4)如果直线xtya与圆锥曲线相交于A(x1,y1),B(x2,y2)两点,则弦长|AB|1t2|y1y2|.()解析(2)因为直线 l 与双曲线 C 的渐近线平行时,也只有一个公共点,是相交,但并不相切.(3)因为直线 l 与抛物线 C 的对称轴平行或重合时,也只有一个公共点,是相交,但不相切.答案(1)(2)(3)(4)2.(老教材选修 21P71 例 6 改编)过点(0,1)作直线,使它与抛物线 y24x 仅有一个公
5、共点,这样的直线有()A.1 条B.2 条C.3 条D.4 条解析 结合图形分析可知,满足题意的直线共有 3 条:直线 x0,过点(0,1)且平行于 x 轴的直线以及过点(0,1)且与抛物线相切的直线(非直线 x0).答案 C3.(老教材选修 21P69 例 4 改编)已知倾斜角为 60的直线 l 通过抛物线 x24y 的焦点,且与抛物线相交于 A,B 两点,则弦|AB|_.解析 法一 直线 l 的方程为 y 3x1,由y 3x1,x24y,得 y214y10.设 A(x1,y1),B(x2,y2),则 y1y214,|AB|y1y2p14216.法二 如图所示,过 F 作 AD 的垂线,垂足
6、为 H,则|AF|AD|p|AF|sin 60,即|AF|p1sin 6021sin 60.同理,|BF|21sin 60,故|AB|AF|BF|16.答案 164.(2019天津卷)已知抛物线 y24x 的焦点为 F,准线为 l.若 l 与双曲线x2a2y2b21(a0,b0)的两条渐近线分别交于点 A 和点 B,且|AB|4|OF|(O 为原点),则双曲线的离心率为()A.2B.3C.2 D.5解析 由已知易得,抛物线 y24x 的焦点为 F(1,0),准线 l:x1,所以|OF|1.又双曲线的两条渐近线的方程为 ybax,不妨设点 A1,ba,B1,ba,所以|AB|2ba 4|OF|4
7、,所以ba2,即 b2a,所以 b24a2.又双曲线方程中 c2a2b2,所以 c25a2,所以 eca 5.故选 D.答案 D5.(2020广东七校联考)已知点 P 为椭圆x216y2121 的动点,EF 为圆 N:x2(y1)21 的任一直径,则PEPF的最大值和最小值分别是()A.16,124 3B.17,134 3C.19,124 3D.20,134 3解析 EF 是圆 N 的直径,|NE|NF|1,且NFNE,则PEPF(PNNE)(PNNF)(PNNE)(PNNE)PN 2NE 2PN 21,设 P(x0,y0),则有x2016y20121,即 x201643y20,又 N(0,1
8、),|PN|2x20(y01)213(y03)220,又y02 3,2 3,当 y03 时,|PN|2 取得最大值 20,则(PEPF)max20119.当 y02 3时,|PN|2 取得最小值 134 3,则(PEPF)min124 3.综上,PEPF的最大值和最小值分别为 19,124 3,故选 C.答案 C6.(2020江西五校协作体联考改编)已知点 A(0,2),抛物线 C:y22px(p0)的焦点为 F,射线 FA 与抛物线 C 相交于点 M,与其准线相交于点 N,若|FM|MN|55,则p 的值等于_.解析 过点 M 向准线作垂线,垂足为 P,由抛物线的定义可知,|MF|MP|,因
9、为|FM|MN|55,所以|MP|MN|55,所以 sinMNP 55,则 tanMNP12,又OFAMNP90(O 为坐标原点),所以 tanOFA2 212p,则 p2.答案 2第一课时 最值、范围、证明问题 考点一 最值问题【例 1】(一题多解)(2020东北三省四市教研模拟)如图,已知椭圆 C:x218y291的短轴端点分别为 B1,B2,点 M 是椭圆 C 上的动点,且不与 B1,B2 重合,点 N满足 NB1MB1,NB2MB2.(1)(一题多解)求动点 N 的轨迹方程;(2)求四边形 MB2NB1 面积的最大值.解(1)法一 设 N(x,y),M(x0,y0)(x00),MB1N
10、B1,MB2NB2,B1(0,3),B2(0,3),直线 NB1:y3 x0y03x,直线 NB2:y3 x0y03x,得 y29 x20y209x2,又x2018y2091,y29181y209y209x22x2,整理得点 N 的轨迹方程为y29x2921(x0).法二 设直线 MB1:ykx3(k0),则直线 NB1:y1kx3,直线 MB1 与椭圆 C:x218y291 的交点 M 的坐标为12k2k21,6k232k21,则直线 MB2 的斜率为 kMB26k232k21312k2k21 12k,直线 NB2:y2kx3,由解得 N 点的坐标为6k2k21,36k22k21,由x6k2
11、k21y36k22k21,得点 N 的轨迹方程为y29x2921(x0).(2)由(1)中法二得,四边形 MB2NB1 的面积S12|B1B2|(|xM|xN|)312|k|2k21 6|k|2k21 54|k|2k21542|k|1|k|27 22,当且仅当|k|22 时,S 取得最大值27 22.规律方法 圆锥曲线中的最值问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两种方法:一是几何方法,即通过利用圆锥曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、性质等进行求解;二是代数方法,即把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个(些)变量的函数(解析式),然后利用函数方法、不等式方法等进行求解.【训练 1
12、】(2020武汉调研)已知椭圆:x2a2y2b21(ab0)经过点 M(2,1),且右焦点 F(3,0).(1)求椭圆 的标准方程;(2)过 N(1,0)且斜率存在的直线 AB 交椭圆 于 A,B 两点,记 tMA MB,若 t的最大值和最小值分别为 t1,t2,求 t1t2 的值.解(1)由椭圆x2a2y2b21 的右焦点为(3,0),知 a2b23,即 b2a23,则x2a2 y2a231,a23.又椭圆过点 M(2,1),4a21a231,又 a23,a26.椭圆 的标准方程为x26y231.(2)设直线 AB 的方程为 yk(x1),A(x1,y1),B(x2,y2),由x26y231
13、yk(x1)得 x22k2(x1)26,即(12k2)x24k2x2k260,点 N(1,0)在椭圆内部,0,x1x2 4k212k2,x1x22k262k21,则 tMA MB(x12)(x22)(y11)(y21)x1x22(x1x2)4(kx1k1)(kx2k1)(1k2)x1x2(2k2k)(x1x2)k22k5,将代入得,t(1k2)2k262k21(2k2k)4k22k21k22k5,t15k22k12k21,(152t)k22k1t0,kR,则 1224(152t)(1t)0,(2t15)(t1)10,即 2t213t160,由题意知 t1,t2 是 2t213t160 的两根,
14、t1t2132.考点二 范围问题【例 2】(2019江西八所重点中学联考)已知椭圆 E:x2a2y2b21(ab0),F1,F2为其左、右焦点,B1,B2 为其上、下顶点,四边形 F1B1F2B2 的面积为 2.(1)求椭圆 E 的长轴 A1A2 的最小值,并确定此时椭圆 E 的方程;(2)对于(1)中确定的椭圆 E,设过定点 M(2,0)的直线 l 与椭圆 E 相交于 P,Q 两点,若MP MQ,当 13,12 时,求OPQ 的面积 S 的取值范围.解(1)依题意四边形 F1B1F2B2 的面积为 2bc,2bc2,|A1A2|2a2 b2c22 2bc2 2,当且仅当 bc1 时等号成立,
15、此时 a 2,长轴 A1A2 的最小值为 2 2,此时椭圆 E 的方程为x22y21.(2)依题意,可设直线 l:xty2,联立得xty2,x22y21,得(t22)y24ty20.由 0,得 t22.设 P(x1,y1),Q(x2,y2),由根与系数的关系得y1y2 4tt22,y1y2 2t22.由MP MQ,得 y1y2,(1)y2 4tt22,y222t22,由2 得 12 8t2t22,y12 在 13,12 上单调递减,1292,163,92 8t2t22163,187 t24,满足 0.OPQ 的面积 SSOMQSOMP12|OM|y1y2|y1y2|(y1y2)24y1y22
16、2 t22t22.设 m t22,则 m2 77,2,t2m22,S2 2mm24 2 2m4m,ym4m在 m2 77,2 上单调递减,S 关于 m 单调递增,OPQ 的面积 S148,23.规律方法 解决圆锥曲线中的取值范围问题应考虑的五个方面(1)利用圆锥曲线的几何性质或判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围;(2)利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系;(3)利用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;(4)利用已知的不等关系构造不等式,从而求出参数的取值范围;(5)利用求函数的值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从
17、而确定参数的取值范围.【训练 2】(2020重庆七校联合考试)已知 A,B 是 x 轴正半轴上两点(A 在 B 的左侧),且|AB|a(a0),过 A,B 分别作 x 轴的垂线,与抛物线 y22px(p0)在第一象限分别交于 D,C 两点.(1)若 ap,点 A 与抛物线 y22px 的焦点重合,求直线 CD 的斜率;(2)若 O 为坐标原点,记OCD 的面积为 S1,梯形 ABCD 的面积为 S2,求S1S2的取值范围.解(1)由题意知 Ap2,0,则 Bp2a,0,Dp2,p,则 Cp2a,p22pa,又 ap,所以 kCD 3pp3p2 p2 31.(2)设直线 CD 的方程为 ykxb
18、(k0),C(x1,y1),D(x2,y2),由ykxby22px,得 ky22py2pb0,所以 4p28pkb0,得 kbp2,又 y1y22pk,y1y22pbk,由 y1y22pk 0,y1y22pbk 0,可知 k0,b0,因为|CD|1k2|x1x2|a 1k2,点 O 到直线 CD 的距离 d|b|1k2,所以 S112a1k2|b|1k212ab.又 S212(y1y2)|x1x2|122pk aapk,所以S1S2kb2p,因为 0kbp2,所以 0S1S214.即S1S2的取值范围为0,14.考点三 证明问题【例 3】(2020西安高三抽测)已知点 A(1,32)在椭圆 C
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