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)当与
轴不垂直时,设
的方程为
,
,
.
由得
.
则,
.
所以.
过点且与
垂直的直线
:
,
到
的距离为
,
所以.故四边形
的面积
.
可得当与
轴不垂直时,四边形
面积的取值范围为
.
当与
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
,
由得
,所以E在点P处的切线
的斜率为
,
因此切线的方程为
,
设,
,
将代入
,得
.
于是,
,
又,
于是 直线的方程为
.
联立方程与
,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 .
令,得
,
当时,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、
,
又横坐标为1,椭圆必不过
,所以过
三点,
将,
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
得,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
,
当时,设
,
,
则,
,
那么
又,此时
,存在
使得
成立.
所以直线的方程为
,
当时,
,
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
与
交于
,
两点,点
的坐标为
.
(Ⅰ)当与
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的坐标为或
.
所以AM的方程为或
.
(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,
,
则,
直线MA,MB的斜率之和为.
由得
.
将代入
得
.
所以,.
则.
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+
①
因为 A、B在椭圆上,
所以 ,
.
将上式代入①,得2(x2-x1) x0= ②
因为 x1≠x2,可得 ③
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 ①
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