解析几何综合问题求解的策略

至此,对于一个综合的解析几何问题,我们可以归纳出如下解题策略:

第一步。明确要解决的问题是什么;

第二步,要解决此问题,根据题目的已知条件,从运动变化的角度寻找变化的主因,并在此基础上,引入参变量(例如点参()、斜率等);

第三步,充分利用平面几何知识,分析所求问题中几何要素之间的关系,在此基础上将几何条件等价的转化为坐标形式(即坐标化);

第四步,明确运算目标,寻找运算路径,准确、快速进行运算;

第五步,将代数结论还原为几何要素之间的关系,并对特殊情况,或充要性进行检验.

下面,通过具体的例子,读者体会上述解题策略在解题过程中的引领作用.

例1 (2016高考全国卷Ⅰ理科20题)

设圆的圆心为A,直线l过点且与x轴不重合,l交圆A于C、D两点,过B作AC的平行线交AD于E.

(Ⅰ)证明:为定值,并求E点的轨迹方程.

(Ⅱ)设点E的轨迹为曲线,直线l交于M,N两点,过B且与l垂直的直线与圆A交于P,Q两点,求四边形MPNQ面积的最大值.

(Ⅰ)因为,,故,

所以,故.

又圆的标准方程为,从而,所以.

由题设得,,,由椭圆定义可得点的轨迹方程为:

).

(Ⅱ)当轴不垂直时,设的方程为,,.

.

,.

所以

过点且与垂直的直线,的距离为,

所以.故四边形的面积

.

可得当轴不垂直时,四边形面积的取值范围为.

轴垂直时,其方程为,四边形的面积为12.

综上,四边形面积的取值范围为.

例2 (2016高考全国卷Ⅰ理科20题山东卷)

在平面直角坐标系中,椭圆C:的离心率是,抛物线E:的焦点F是C的一个顶点.

(I)求椭圆C的方程;

(II)设P是E上的动点,且位于第一象限,E在点P处的切线与C交于不同的两点A,B,线段AB的中点为D,直线OD与过P且垂直于x轴的直线交于点M.(i)求证:点M在定直线上;(ii)直线与y轴交于点G,记的面积为的面积为,求最大值,并求取得最大值时点P的坐标.

(Ⅰ) 由离心率是,有

又抛物线的焦点坐标为,所以,于是

所以椭圆的方程为

(Ⅱ) (i)设点坐标为

,所以E在点P处的切线的斜率为

因此切线的方程为

代入,得

于是

于是 直线的方程为

联立方程,得的坐标为

所以点在定直线上.

(ii)在切线的方程为中,令,得

即点的坐标为,又

所以

再由,得

于是有

,得

时,即时,取得最大值

此时,所以点的坐标为

所以的最大值为,取得最大值时点的坐标为

例3(2017全国Ⅰ卷理科20)

已知椭圆C:,四点中恰有三点在椭圆C.

(Ⅰ)求C的方程;

(Ⅱ)设直线不经过点且与C相交于A,B两点,若直线与直线的斜率之和为,证明:过定点.

解:(Ⅰ)根据椭圆对称性,必过

横坐标为1,椭圆必不过,所以过三点,

代入椭圆方程,解得

所以,椭圆的方程为:
(Ⅱ)当斜率不存在时,设

,此时过椭圆右顶点,不存在两个交点,故不满足.

②当斜率存在时,设

联立,整理得

时,设

,

那么

,此时,存在使得成立.

所以直线的方程为

时,

所以过定点

例4(2018全国卷Ⅰ理科19)

设椭圆的右焦点为,过的直线交于两点,点的坐标为

(Ⅰ)当轴垂直时,求直线的方程;

(Ⅱ)设为坐标原点,证明:

解(Ⅰ)由已知得,l的方程为x=1.

由已知可得,点A的坐标为

所以AM的方程为

(Ⅱ)当l与x轴重合时,

当l与x轴垂直时,OM为AB的垂直平分线,所以

当l与x轴不重合也不垂直时,设l的方程为

直线MA,MB的斜率之和为

代入

所以,

从而,故MA,MB的倾斜角互补,所以

综上,

例5已知椭圆 (a>b>0),A、B是椭圆上的两点,线段AB的垂直平分线与x轴相交于点P(x0,0).证明

证法一:设A、B的坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2).因线段AB的垂直平分线与x轴相交,故AB不平行于y轴,即x1≠x2.又交点为P(x0,0),故|PA|=|PB|,即

(x1-x0)2+=(x2-x0)2+

因为 A、B在椭圆上,

所以

将上式代入①,得2(x2-x1) x0=

因为 x1≠x2,可得

所以 -a≤x1≤a,-a≤x2≤a,且x1≠x2,

所以 -2a<x1+x2<2a,

所以

证法二:设A、B的坐标分别为(x1,y1)和(x2,y2).因P(x0,0)在AB的垂直平分线上,以点P为圆心,|PA|=r为半径的圆P过A、B两点,圆P的方程为(x-x0)2+y2=r2,

与椭圆方程联立,消去y,得(x-x0)2x2=r2-b2,

所以

因A、B是椭圆与圆P的交点,故x1,x2为方程①的两个根.

由韦达定理得x1+x2=x0.

因-a≤x1≤a,-a≤x2≤a,且x1≠x2,故-2a<x1+x2=x0<2a,

所以