6.设椭圆方程为
,过点M(0,1)的直线l交椭圆于点A、B,O是坐标原点,点P满足![]()
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,点N的坐标为
,当l绕点M旋转时,求(1)动点P的轨迹方程;(2)
的最小值与最大值.
[专家解答](1)法1:直线l过点M(0,1)设其斜率为k,则l的方程为y=kx+1.
|
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所以![]()
于是![]()
设点P的坐标为(x,y), 则
消去参数k得4x2+y2-y=0 ③
当k不存在时,A、B中点为坐标原点(0,0),也满足方程③,
所以点P的轨迹方程为4x2+y2-y=0
解法二:设点P的坐标为(x,y),因A(x1,y1),B(x2,y2)在椭圆上,所以
④
⑤
④-⑤得
,
所以![]()
当
时,有
⑥
并且
⑦ 将⑦代入⑥并整理得 4x2+y2-y=0 ⑧
当x1=x2时,点A、B的坐标为(0,2)、(0,-2),这时点P的坐标为
(0,0)也满足⑧,所以点P的轨迹方程为
(2)由点P的轨迹方程知
所以
故当
,
取得最小值,最小值为![]()
当
时,
取得最大值,最大值为![]()
★★★高考要考什么
[考点透视]
与圆锥曲线有关的最值和范围问题,因其考查的知识容量大、分析能力要求高、区分度高而成为高考命题者青睐的一个热点。
[热点透析]
与圆锥曲线有关的最值和范围问题的讨论常用以下方法解决:
(1)结合定义利用图形中几何量之间的大小关系;
(2)不等式(组)求解法:利用题意结合图形(如点在曲线内等)列出所讨论的参数适合的不等式(组),通过解不等式组得出参数的变化范围;
(3)函数值域求解法:把所讨论的参数作为一个函数、一个适当的参数作为自变量来表示这个函数,通过讨论函数的值域来求参数的变化范围。
(4)利用代数基本不等式。代数基本不等式的应用,往往需要创造条件,并进行巧妙的构思;
(5)结合参数方程,利用三角函数的有界性。直线、圆或椭圆的参数方程,它们的一个共同特点是均含有三角式。因此,它们的应用价值在于:
① 通过参数θ简明地表示曲线上点的坐标;
② 利用三角函数的有界性及其变形公式来帮助求解诸如最值、范围等问题;
(6)构造一个二次方程,利用判别式D³0。
★★★突破重难点
[范例1]已知动点P与双曲线
的两个焦点F1、F2的距离之和为定值,且cosÐF1PF2的最小值为
.
(1)求动点P的轨迹方程;
(2)若已知D(0,3),M、N在动点P的轨迹上且
,求实数l的取值范围.
讲解 (1)由题意c2=5.设|PF1|+|PF2|=2a(
),由余弦定理, 得
.
又
·
,
当且仅当|PF1|=|PF2|时,|PF1|·|PF2| 取最大值,
此时cosÐF1PF2取最小值
,令
,
解得a2=9,
,∴b2=4,故所求P的轨迹方程为
.
(2)设N(s,t),M(x,y),则由
,可得(x,y-3) =l(s,t-3),
故x=ls,y=3+l(t-3).
∵M、N在动点P的轨迹上,
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且
,
消去s可得
,解得
,
又|t|£2,∴
,解得
,
故实数l的取值范围是
.
[点晴]为了求参数的取值范围,只要列出关于参数的不等式,而建立不等式的方法有多种方法,诸如:判别式法、均值不等式法、有界性法等等.
[文]已知点M(-2,0),N(2,0),动点P满足条件
.记动点
的轨迹为W.
(Ⅰ)求W的方程;
(Ⅱ)若A,B是W上的不同两点,O是坐标原点,求
的最小值.
解:(Ⅰ)依题意,点P的轨迹是以M,N为焦点的双曲线的右支,
所求方程为:
(x>0)
(Ⅱ)当直线AB的斜率不存在时,设直线AB的方程为x=x0,
此时A(x0,
),B(x0,-
),
=2
当直线AB的斜率存在时,设直线AB的方程为y=kx+b,
代入双曲线方程
中,得:(1-k2)x2-2kbx-b2-2=0
依题意可知方程1°有两个不相等的正数根,设A(x1,y1),B(x2,y2),则
解得|k|>1,
又
=x1x2+y1y2=x1x2+(kx1+b)(kx2+b)
=(1+k2)x1x2+kb(x1+x2)+b2=
>2
综上可知
的最小值为2
[范例2]给定点A(-2,2),已知B是椭圆
上的动点,F是右焦点,当
取得最小值时,试求B点的坐标。
解析:因为椭圆的
,所以
,而
为动点B到左准线的距离。故本题可化为,在椭圆上求一点B,使得它到A点和左准线的距离之和最小,过点B作l的垂线,垂点为N,过A作此准线的垂线,垂点为M,由椭圆定义
![]()
于是
为定值
其中,当且仅当B点AM与椭圆的定点时等点成立,此时B为![]()
所以,当
取得最小值时,B点坐标为![]()
[点晴]在处理许多与焦点有关的距离和差最值问题时,常常用圆锥曲线的定义化折为直,是一种简便而有效的好方法。
[文]点A(3,2)为定点,点F是抛物线y2=4x
的焦点,点P在抛物线y2=4x上移动,若|PA|+|PF|
取得最小值,求点P的坐标。
解:抛物线y2=4x的准线方程为x=-1,
设P到准线的距离为d,则|PA|+|PF|=|PA|+d。
要使|PA|+|PF|取得最小值,由图3可知过A点
的直线与准线垂直时,|PA|+|PF|取得最小值,把y=2
代入y2=4x,得P(1,2)。
[范例3]已知P点在圆x2+(y-2)2=1上移动,Q点在椭圆
上移动,试求|PQ|的最大值。
解:故先让Q点在椭圆上固定,显然当PQ通过圆心O1时|PQ|最大,因此要求|PQ|的最大值,只要求|O1Q|的最大值.设Q(x,y),则|O1Q|2= x2+(y-4)2 ①
因Q在椭圆上,则x2=9(1-y2) ②
将②代入①得|O1Q|2=
9(1-y2)+(y-4)2 ![]()
因为Q在椭圆上移动,所以-1£y£1,故当
时,![]()
此时![]()
[点晴]1.与圆有关的最值问题往往与圆心有关;