第八章  圆锥曲线方程
 §8.4 直线与圆锥曲线的位置关系

复习目标 知识梳理 应用举例 实践体验 拓展探究 基础训练 提高训练 学习感悟
    一、复习目标
    会运用方程研究直线与圆锥曲线的位置关系(重点是相交)及相交中的弦长、中点、定值、最值、范围等有关问题。

    二、重点难点
   

    三、特别提示
    1、直线和圆锥曲线有无公共点或有几个公共点的问题,可以转化为它们搜索对应的方程构成的方程组是否有解或解的个数问题,往往通过消元最终归结为讨论一元二次方程根的情况,若能数形结合,借助图形的几何性质则较为简便.
    2、涉及圆锥曲线的弦长,一般用弦长公式结合韦达定理求解,若是过焦点的弦利用圆锥曲线定义解题较为方便.
    3、解决弦中点有两种常用的方法,一是利用韦达定理及中点坐标公式的构造;二是利用端点在曲线上,坐标满足方程,作差构造出中点坐标的斜率的关系.
    4、有关直线与圆锥曲线位置关系的存在性问题,一般采用"假设反证法"或"假设验证法"'同时要注意直线与圆锥曲线交点是否存在,就是判断`Delta>0`.

    知识梳理
    1、直线和圆锥曲线的位置关系
    设直线`l`的方程为`Ax+By+C=0`,圆锥曲线C的方程为`f(x,y)=0`,则`{(Ax+By+C=0),(f(x,y)=0):}`可得(消y)`ax^2+by+c=0`
位置关系 交点个数 方程
相交 2 `Delta>0`
相切 1 `Delta=0`
相离 0 `Delta<0`

     说明:(1)上表中只对`a!=0`时成立;当`a=0`时,如直线平行于双曲线的渐近线,或平行于抛物线的对称轴,直线与曲线的位置关系仍是相交,但只有一个 交点.
    (2)直线于圆锥曲线的位置关系经常利用数形结合,以形助数的方法解决.
    2、弦长公式:设弦`AB`端点坐标为`(x_1,y_1),(x_2,y_2)`,直线`AB`的斜率为`k`,则`|AB|=root()(1+k^2)|x_1-x_2|=root()((1+k^2)[(x_1+x_2)^2-4x_1x_2])=root()(1+1/k^2)|y_1-y_2|=root()((1+1/k^2)[(y_1+y_2)^2-4y_1y_2])`

    说明:(1)当斜率k不存在时,可求出交点坐标,直接运算(利用轴上两点间距离公式)

    (2)经过圆锥曲线的焦点的弦(也称焦点弦)的长度,应用圆锥曲线的定义,转化为两个焦半径之和,往往比弦长公式简捷。
    3、两点`A(x_1,y_1),B(x_2,y_2)`关于直线`l:y=kx+b`对称的等价条件是
    `{((y_1-y_2)/(x_1-x_2)=-1/k(k!=0)),((y_1+y_2)/2=(x_1-x_2)/2k+b):}`

    应用举例
    一、 应用特点
    1、直线和圆锥曲线相交所得中点弦问题;
    2、直线与圆锥曲线的交点问题;
    3、直线与圆锥曲线相交所得的弦长问题.

    二、案例示范
    (回味相关知识与方法,寻找解题办法,若有困难,可以参考“提示”,还有困难,可以参考“解答”或倾听老师的分析示范)

    1、椭圆`x^2/a^2+y^2/b^2=1`的两个焦点`F_1、F_2`,点P在椭圆C上,且`PF_|_F_1F_2,|PF_1|=4/3,|PF_2|=14/3`。
    (1)求椭圆C的方程;
    (2)若直线`L`过圆`x^2+y^2+4x-2y=0`的圆心`M`,交椭圆与`A、B`两点且`A、B`关于点`M`对称,求直线`L`的方程。

    提示 示范  

    2、已知直线`y=(a+1)x-1`与曲线`y^2=ax`恰有一个公共点,求实数`a`的值。
    提示 示范  

    3、 已知圆锥曲线C经过定点`P(3,2root()(3))`,它的一个焦点为`F(1,0)`,对应于这个焦点的准线为`x=-1`,过焦点`F`任意作曲线`C`弦`AB`,若弦的长度不超过8,且直线`AB`与椭圆`3x^2+2y^2=2`相交与不同的两点,求`AB`倾斜角`theta`的取值范围。
    提示 示范  

    实践体验
    (在实践中提高能力,在体验中反思感悟,力求独立,力求提高)
    1、若曲线`y^2=ax`与直线`y=(a+1)x-1`恰巧有一个公共点,求实数`a`的值.
    提示 示范  

    2、已知动直线`y=a`与抛物线`y^2=1/2x`相交于`A`点,动点`B`的坐标为`(0,3a)`.
    (1)求线段`AB`中点`M`的轨迹`C`的方程;
    (2)若过点`N(1,0)`的直线`l`交轨迹`C`于`P,Q`两点,`O`点的坐标是(0,0),若`DeltaOPQ`面积为4,求直线`l`的倾斜角`alpha`的值.
    提示 示范  

    拓展探究
    1、 已知椭圆`x^2/a^2+y^2/b^2=1(a>b>0)`与直线`x+y-1=0`相交于`A.B`两点,椭圆的离心率为`e`
    (1)当椭圆的右准线的方程为`x=3`,`e=root()(3)/3`时,求`AB`的长度及`AB`中点的坐标;
    (2)当`root()(3)/3<=e<=root()(2)/2`时,并且`vec(OA)*vec(OB)=0`(O为坐标原点)时,求椭圆长轴长的取值范围.
    提示 示范  

 

    基础训练
    参考答案

 
    提高训练
    参考答案

    学习感悟
    1、研究直线和圆锥曲线位置关系综合问题,要注意运用方程的思想方法,而且有几个要点值得认真体会和总结:
    (1)控制未知元素量的原则
    一般来说,用方程的方法解题时,设置了几个未知元,就要列出几个独立的方程,未知元越多,列方程越易,但对方程组的处理较困难,于是恰好当地又不过多地选设未知元就成为使用方程的方法时要注意的一个原则。
    (2)在未知元较多的情况下,要分清主次
    解发成组的基本途径是消元,一般来说总是先消去辅助未知元,消去辅助元的必要条件是用已知数或主元素表示辅助元。
    (3)要注意设置未知元的技巧
    在处理多因素问题时,创造条件,使未知元所涉及的因素尽量少以排除干扰,这就是选设未知元的原则之一。
    2、熟练掌握用方程组解的组数判定直线与圆锥曲线交点个数的基本方法,将直线`l`的方程代入曲线`C`的方程,消去`y`(也可消去`x`)得一个关于变量`x`的一元方程`ax^2+bx+c=0`
    (1)当`a!=0`。若有`Delta>0`,则`l`与`C`相交;若`Delta=0`,则`l`与`C`相切;若`Delta<0`,则有`l`与`C`相离。
    (2)当`a=0`时,即得到一个一次方程,若方程有解,则直线`l`与`C`相交,此时只有一个公共点,若`C`为双曲线,则`l`平行与双曲线的渐近线;若`C`为抛物线,则`l`平行或(重合)于抛物线的对称轴,所以当直线与双曲线、抛物线只有一个公共点时,直线和双曲线、抛物线可能相切,也可以相交。
    3、给出曲线上的点到直线的最短(长)距离或求动点与直线的最短(长)距离时,可归结为函数最值问题,也可借助图形的性质。
    4、涉及有关中点弦的问题常用点差法和韦达定理。
    5、圆锥曲线上的点关与某一直线的对称问题,解此类问题的方法是利用圆锥曲线上的两点所在直线与已知直线垂直,则圆锥曲线上两点的中点一定在对称直线上,再利用判别式和中点与曲线的位置关系来求解
    6、灵活运用韦达定理解决直线与圆锥曲线的各个问题。

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