高中数学——圆锥曲线与平面向量交汇题的六大类型

2019年09月19日 浏览:

由于平面向量具有代数(坐标)表示和几何表示的特点,这就使其成为表述圆锥曲线问题的重要载体。这种问题往往以圆锥曲线为主线,融向量、函数、方程、不等式、数列等知识于一体,具有知识点多、覆盖面广、综合性强的特点。下面举例介绍这种问题的六大类型,供参考。

类型1:求圆锥曲线的方程

例1、如图,A、B、C是长轴为4的椭圆上的三点,点A是长轴的一个端点,BC过椭圆的中心O,,求椭圆的方程。

分析:建立坐标系,设点C的坐标,将向量间的关系(垂直关系、长度关系)转化为代数表达式,从而确定椭圆的方程。

解析:建立如图所示的直角坐标系,则有A(2,0),椭圆方程为

设点C的坐标为,则点B的坐标为

,即

得m=1

将m=1代入(*)式,得n=1

则C(1,1)

将x=1,y=1代入椭圆方程得,,即

故椭圆方程为

例2、已知△OFQ的面积,且。设以O为中心,F为焦点的双曲线经过Q,,当取得最小值时,求此双曲线方程。

分析:设点Q的坐标,将向量的数量积、长度转化为代数表达式,再求目标函数的最小值,从而确定双曲线的方程。

解析:设双曲线方程为

当且仅当,即c=4时,最小,此时有

所以

故所求的双曲线方程为

类型2:求待定字母的值

例3、设双曲线与直线相交于两个不同的点A、B,直线与y轴交于点P,且,求a的值。

分析:设A、B两点的坐标,将向量表达式转化为坐标表达式,再利用韦达定理,通过解方程组求a的值。

解析:设

,则

联立,消去y并整理得:

司心东4810学升广软慧科限be07网0ebd优公元途点技-有件

由A、B是不同的两点,得

得到

解得:

解得:

因为,所以

类型3:求动点的轨迹

例4、如下图,动直线与y轴交于点A,与抛物线交于不同的两点B和C,且满足,其中。求△POA的重心Q的轨迹。

分析:将向量表达式转化为坐标表达式,消去参数获得重心Q的轨迹方程,再运用判别式确定实数k的取值范围,从而确定轨迹的形状。

解析:由得:

,且

,则

消去k得:

设重心,则

代入(*)式得:

可得

故点Q的轨迹方程是,其轨迹是直线上且不包括点的线段AB。

类型4:证明定值问题

例5、已知椭圆的中心在坐标原点O,焦点在x轴上,斜率为1,且过椭圆右焦点F的直线交椭圆于A、B两点,共线。设M为椭圆上任意一点,且,其中

证明:为定值。

分析:设A、B、M三点的坐标,将向量间的共线关系、和差关系转化为代数关系,再利用方程组、韦达定理、点在椭圆上满足方程等证明定值。

证明:设椭圆方程为

则直线AB的方程为

代入椭圆方程,化简得

,则

由题意知共线,可得:

,则

因此,即,则

,于是

因此椭圆方程为,即

,由得:

,且

因M为椭圆上一点,所以

代入(*)式得:,即为定值。

类型5:探索点、线的存在性

例6、在△ABC中,已知于D,△ABC的垂心H分有向线段所成的比为。设,那么是否存在点H,使成等差数列?为什么?

分析:先将转化为代数关系,由此获得动点H的轨迹方程,再将向量的长度关系转化为代数关系,通过解代数方程组获解。

解析:设,由分点坐标公式得

因为H为垂心,所以

整理得,动点H的轨迹方程为

假设成等差数列,则

∵H在椭圆上,,P、Q是焦点

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由<1>得:

联立<2><3>可得:

可得,显然满足方程

故存在点,使成等差数列。

类型6:求相关量的取值范围

例7、给定抛物线,F是C的焦点,过点F的直线与C相交于A、B两点,且,求在y轴上截距的变化范围。

分析:设A、B两点的坐标,将向量间的共线关系转化为坐标关系,再求出在y轴上的截距,利用函数的单调性求其变化范围。

解析:设,由得:

由<2>得:

,所以

联立<1><3>得:

,所以

当直线垂直于x轴时,,不符合题意。

因此直线的方程为

直线在y轴上的截距为

知,上递减,所以

于是直线l在y轴上截距的变化范围是

由上可见,解圆锥曲线与平面向量交汇题的关键是设相关点的坐标,将平面向量用坐标表示,运用相应的平面向量坐标运算法则(加、减、乘、数乘向量)或运算律或数量积的意义,将问题中向量间的关系(相等、垂直、平行、和差、数量积等)转化为代数关系。