11.如图,在平面直角坐标系xOy中,设点F(0,p)(p>0),直线l:y=-p,点P在直线l上移动,R是线段PF与x轴的交点,过R,P分别作直线l1,l2,使l1PF,l2l,l1∩l2=Q.
(1)求动点Q的轨迹C的方程;
(2)在直线l上任取一点M作曲线C的两条切线,设切点为A,B,求证:直线AB恒过一定点;
(3)对(2)求证:当直线MA,MF,MB的斜率存在时,直线MA,MF,MB的斜率的倒数成等差数列.
解题思路:本题考查轨迹方程的求法及直线与抛物线的位置关系.(1)利用抛物线的定义即可求出抛物线的标准方程;(2)利用导数及方程根的思想得出两切点的直线方程,进一步求出直线恒过的定点;(3)分别利用坐标表示三条直线的斜率,从而化简证明即可.
解析:(1)依题意知,点R是线段PF的中点,且RQ⊥FP,
RQ是线段FP的垂直平分线. |QP|=|QF|.故动点Q的轨迹C是以F为焦点,l为准线的抛物线,其方程为:x2=4py(p>0).
(2)设M(m,-p),两切点为A(x1,y1),B(x2,y2).
由x2=4py得y=x2,求导得y′=x.
两条切线方程为y-y1=x1(x-x1),
y-y2=x2(x-x2),
对于方程,代入点M(m,-p)得,
-p-y1=x1(m-x1),又y1=x,
-p-x=x1(m-x1),
整理得x-2mx1-4p2=0.
同理对方程有x-2mx2-4p2=0,
即x1,x2为方程x2-2mx-4p2=0的两根.
x1+x2=2m,x1x2=-4p2.
设直线AB的斜率为k,k===(x1+x2),
所以直线的方程为y-=(x1+x2)(x-x1),展开得:
y=(x1+x2)x-,
将代入得:y=x+p.
直线恒过定点(0,p).
(3)证明:由(2)的结论,设M(m,-p),A(x1,y1),B(x2,y2)且有x1+x2=2m,x1x2=-4p2,
kMA=,kMB=.
+=+
=+=+
=+=
===-.
又 ==-,
所以+=.
即直线的斜率的倒数成等差数列.
规律总结:从近几年课标地区的高考命题来看,解析几何综合题主要考查直线和圆锥曲线的位置关系以及范围、最值、定点、定值、存在性等问题,近几年高考题中经常出现以函数、平面向量、导数、数列、不等式、平面几何、数学思想方法等知识为背景,综合考查运用圆锥曲线的有关知识分析问题、解决问题的能力.
12.已知点F(0,1),直线l:y=-1,P为平面上的动点,过点P作直线l的垂线,垂足为Q,且·=·.
(1)求动点P的轨迹C的方程;
(2)已知圆M过定点D(0,2),圆心M在轨迹C上运动,且圆M与x轴交于A,B两点,设|DA|=l1,|DB|=l2,求+的最大值.
解题思路:本题考查轨迹的求法、向量的运算、基本不等式的运用.(1)利用直接法及数量积的坐标运算即可得到动点的轨迹方程;(2)先设出圆的方程,求出点A,B坐标,然后利用基本不等式求出所给式子的最大值.
解析:(1)设P(x,y),则Q(x,-1),
·=·,
(0,y+1)·(-x,2)=(x,y-1)·(x,-2).
即2(y+1)=x2-2(y-1),即x2=4y,
所以动点P的轨迹C的方程为x2=4y.
(2)设圆M的圆心坐标为M(a,b),
则a2=4b.
圆M的半径为|MD|=.
圆M的方程为(x-a)2+(y-b)2=a2+(b-2)2.
令y=0,则(x-a)2+b2=a2+(b-2)2,
整理得,x2-2ax+4b-4=0.
由,解得,x=a±2.
不妨设A(a-2,0),B(a+2,0),
l1=,l2=.
+===2
=2,
当a≠0时,由得,+=2
≤2=2.
当且仅当a=±2时,等号成立.
当a=0时,由得,+=2.
故当a=±2时,+的最大值为2.
规律总结:本题立足基础概括了解析几何的大部分内容,并融入了向量的知识.通过解析几何自身的特点,结合相应的数学知识综合考查.解决此类问题要熟练运用解析几何的经典思维,化繁为简,逐步解决.
13.已知抛物线y2=4x的焦点为F2,点F1与F2关于坐标原点对称,直线m垂直于x轴(垂足为T),与抛物线交于不同的两点P,Q,且·=-5.
(1)求点T的横坐标x0;
(2)若以F1,F2为焦点的椭圆C过点.
求椭圆C的标准方程;
过点F2作直线l与椭圆C交于A,B两点,设=λ,若λ[-2,-1],求|+|的取值范围.
解析:(1)由题意得F2(1,0),F1(-1,0),
设P(x0,y0),Q(x0,-y0),
则=(x0+1,y0),=(x0-1,-y0).
由·=-5,得x-1-y=-5,
即x-y=-4,
又P(x0,y0)在抛物线上,则y=4x0,
联立、解得x0=2.
(2)设椭圆的半焦距为c,由题意得c=1,
设椭圆C的标准方程为+=1(a>b>0),
则+=1,
a2=b2+1.
将代入,解得b2=1或b2=-(舍去),
所以a2=b2+1=2.
故椭圆C的标准方程为+y2=1.
方法一:容易验证直线l的斜率不为0,设直线l的方程为x=ky+1,
将直线l的方程代入+y2=1中得:
(k2+2)y2+2ky-1=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),y1≠0且y2≠0,
则由根与系数的关系,可得:
y1+y2=-,
y1y2=-.
因为=λ,所以=λ,且λ<0.
将式平方除以式,得:
++2=-λ++2=-.
由λ[-2,-1]-≤λ+≤-2-≤λ++2≤0-≤-≤0,
所以0≤k2≤.
因为=(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:当直线l斜率不存在时,即λ=-1时,A,B,
又T(2,0),
所以|+|=+=2.
当直线l的斜率存在时,即λ[-2,-1)时,
设直线l的方程为y=k(x-1),
由得
(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0.
设A(x1,y1),B(x2,y2),显然y1≠0,y2≠0,则由根与系数的关系,
可得:x1+x2=,x1x2=.
y1+y2=k(x1+x2)-2k=,
y1y2=k2[x1x2-(x1+x2)+1]=.⑥
因为=λ,所以=λ,且λ<0.
将式平方除以式得:
λ++2=.
由λ[-2,-1),得λ+,
即λ++2,
故-≤<0,解得k2≥.
因为=(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=,因为k2≥,
所以0<≤,即t,
所以|+|2=2t2+10t+4=22-.
所以|+|,
综上所述,|+|.