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
,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
得
当且仅当,即c=4时,
最小,此时有
或
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
因,则
联立,消去y并整理得:
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由A、B是不同的两点,得
得到且
而
即且
解得:
解得:
因为且
,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:
由,且
设
则
由
由
而,则
消去k得:
设重心,则
代入(*)式得:
由且
且
可得且
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,与
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
设,则
由题意知与
共线,
可得:
又,则
因此,即
,则
而,于是
因此椭圆方程为,即
设,由
得:
即,且
因M为椭圆上一点,所以
即
则
而
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
即
整理得,动点H的轨迹方程为
假设成等差数列,则
即
∵H在椭圆上,,P、Q是焦点
即
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:
即
由<2>得:
因,所以
联立<1><3>得:
而,所以
或
当直线垂直于x轴时,
,不符合题意。
因此直线的方程为
或
。
直线在y轴上的截距为
或
。
由知,
在
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。