11.如圖,在平面直角坐標系xOy中,設點F(0,p)(p>0),直線l:y=-p,點P在直線l上移動,R是線段PF與x軸的交點,過R,P分別作直線l1,l2,使l1PF,l2l,l1∩l2=Q.
(1)求動點Q的軌跡C的方程;
(2)在直線l上任取一點M作曲線C的兩條切線,設切點為A,B,求證:直線AB恒過一定點;
(3)對(2)求證:當直線MA,MF,MB的斜率存在時,直線MA,MF,MB的斜率的倒數(shù)成等差數(shù)列.
解題思路:本題考查軌跡方程的求法及直線與拋物線的位置關系.(1)利用拋物線的定義即可求出拋物線的標準方程;(2)利用導數(shù)及方程根的思想得出兩切點的直線方程,進一步求出直線恒過的定點;(3)分別利用坐標表示三條直線的斜率,從而化簡證明即可.
解析:(1)依題意知,點R是線段PF的中點,且RQ⊥FP,
RQ是線段FP的垂直平分線. |QP|=|QF|.故動點Q的軌跡C是以F為焦點,l為準線的拋物線,其方程為:x2=4py(p>0).
(2)設M(m,-p),兩切點為A(x1,y1),B(x2,y2).
由x2=4py得y=x2,求導得y′=x.
兩條切線方程為y-y1=x1(x-x1),
y-y2=x2(x-x2),
對于方程,代入點M(m,-p)得,
-p-y1=x1(m-x1),又y1=x,
-p-x=x1(m-x1),
整理得x-2mx1-4p2=0.
同理對方程有x-2mx2-4p2=0,
即x1,x2為方程x2-2mx-4p2=0的兩根.
x1+x2=2m,x1x2=-4p2.
設直線AB的斜率為k,k===(x1+x2),
所以直線的方程為y-=(x1+x2)(x-x1),展開得:
y=(x1+x2)x-,
將代入得:y=x+p.
直線恒過定點(0,p).
(3)證明:由(2)的結論,設M(m,-p),A(x1,y1),B(x2,y2)且有x1+x2=2m,x1x2=-4p2,
kMA=,kMB=.
+=+
=+=+
=+=
===-.
又 ==-,
所以+=.
即直線的斜率的倒數(shù)成等差數(shù)列.
規(guī)律總結:從近幾年課標地區(qū)的高考命題來看,解析幾何綜合題主要考查直線和圓錐曲線的位置關系以及范圍、最值、定點、定值、存在性等問題,近幾年高考題中經(jīng)常出現(xiàn)以函數(shù)、平面向量、導數(shù)、數(shù)列、不等式、平面幾何、數(shù)學思想方法等知識為背景,綜合考查運用圓錐曲線的有關知識分析問題、解決問題的能力.
12.已知點F(0,1),直線l:y=-1,P為平面上的動點,過點P作直線l的垂線,垂足為Q,且·=·.
(1)求動點P的軌跡C的方程;
(2)已知圓M過定點D(0,2),圓心M在軌跡C上運動,且圓M與x軸交于A,B兩點,設|DA|=l1,|DB|=l2,求+的最大值.
解題思路:本題考查軌跡的求法、向量的運算、基本不等式的運用.(1)利用直接法及數(shù)量積的坐標運算即可得到動點的軌跡方程;(2)先設出圓的方程,求出點A,B坐標,然后利用基本不等式求出所給式子的最大值.
解析:(1)設P(x,y),則Q(x,-1),
·=·,
(0,y+1)·(-x,2)=(x,y-1)·(x,-2).
即2(y+1)=x2-2(y-1),即x2=4y,
所以動點P的軌跡C的方程為x2=4y.
(2)設圓M的圓心坐標為M(a,b),
則a2=4b.
圓M的半徑為|MD|=.
圓M的方程為(x-a)2+(y-b)2=a2+(b-2)2.
令y=0,則(x-a)2+b2=a2+(b-2)2,
整理得,x2-2ax+4b-4=0.
由,解得,x=a±2.
不妨設A(a-2,0),B(a+2,0),
l1=,l2=.
+===2
=2,
當a≠0時,由得,+=2
≤2=2.
當且僅當a=±2時,等號成立.
當a=0時,由得,+=2.
故當a=±2時,+的最大值為2.
規(guī)律總結:本題立足基礎概括了解析幾何的大部分內(nèi)容,并融入了向量的知識.通過解析幾何自身的特點,結合相應的數(shù)學知識綜合考查.解決此類問題要熟練運用解析幾何的經(jīng)典思維,化繁為簡,逐步解決.
13.已知拋物線y2=4x的焦點為F2,點F1與F2關于坐標原點對稱,直線m垂直于x軸(垂足為T),與拋物線交于不同的兩點P,Q,且·=-5.
(1)求點T的橫坐標x0;
(2)若以F1,F(xiàn)2為焦點的橢圓C過點.
求橢圓C的標準方程;
過點F2作直線l與橢圓C交于A,B兩點,設=λ,若λ[-2,-1],求|+|的取值范圍.
解析:(1)由題意得F2(1,0),F(xiàn)1(-1,0),
設P(x0,y0),Q(x0,-y0),
則=(x0+1,y0),=(x0-1,-y0).
由·=-5,得x-1-y=-5,
即x-y=-4,
又P(x0,y0)在拋物線上,則y=4x0,
聯(lián)立、解得x0=2.
(2)設橢圓的半焦距為c,由題意得c=1,
設橢圓C的標準方程為+=1(a>b>0),
則+=1,
a2=b2+1.
將代入,解得b2=1或b2=-(舍去),
所以a2=b2+1=2.
故橢圓C的標準方程為+y2=1.
方法一:容易驗證直線l的斜率不為0,設直線l的方程為x=ky+1,
將直線l的方程代入+y2=1中得:
(k2+2)y2+2ky-1=0.
設A(x1,y1),B(x2,y2),y1≠0且y2≠0,
則由根與系數(shù)的關系,可得:
y1+y2=-,
y1y2=-.
因為=λ,所以=λ,且λ<0.
將式平方除以式,得:
++2=-λ++2=-.
由λ[-2,-1]-≤λ+≤-2-≤λ++2≤0-≤-≤0,
所以0≤k2≤.
因為=(x1-2,y1),=(x2-2,y2),
所以+=(x1+x2-4,y1+y2),
又y1+y2=-,
所以x1+x2-4=k(y1+y2)-2=-.
故|+|2=(x1+x2-4)2+(y1+y2)2
=+
=
=16-+,
令t=,所以0≤k2≤.
所以≤≤,即t,
所以|+|2=f(t)=8t2-28t+16
=82-.
而t,所以f(t).
所以|+|∈.
方法二:當直線l斜率不存在時,即λ=-1時,A,B,
又T(2,0),
所以|+|=+=2.
當直線l的斜率存在時,即λ[-2,-1)時,
設直線l的方程為y=k(x-1),
由得
(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0.
設A(x1,y1),B(x2,y2),顯然y1≠0,y2≠0,則由根與系數(shù)的關系,
可得:x1+x2=,x1x2=.
y1+y2=k(x1+x2)-2k=,
y1y2=k2[x1x2-(x1+x2)+1]=.⑥
因為=λ,所以=λ,且λ<0.
將式平方除以式得:
λ++2=.
由λ[-2,-1),得λ+,
即λ++2,
故-≤<0,解得k2≥.
因為=(x1-2,y1),=(x2-2,y2),
所以+=(x1+x2-4,y1+y2),
又x1+x2-4=,
故|+|2=(x1+x2-4)2+(y1+y2)2
=+
=
=4++.
令t=,因為k2≥,
所以0<≤,即t,
所以|+|2=2t2+10t+4=22-.
所以|+|,
綜上所述,|+|.