高考数学 高考试题+模拟新题分类汇编专题H 解析几何 文.docx
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高考数学高考试题+模拟新题分类汇编专题H解析几何文
H 解析几何
H1 直线的倾斜角与斜率、直线的方程
22.H1、H2、H7[2012·浙江卷]如图1-6,在直角坐标系xOy中,点P到抛物线C:
y2=2px(p>0)的准线的距离为.点M(t,1)是C上的定点,A,B是C上的两动点,且线段AB被直线OM平分.
(1)求p,t的值;
(2)求△ABP面积的最大值.
图1-6
22.解:
(1)由题意知
得
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB的中点为Q(m,m),
由题意知,设直线AB的斜率为k(k≠0).
由得
(y1-y2)(y1+y2)=x1-x2.
故k·2m=1.
所以直线AB方程为y-m=(x-m),
即x-2my+2m2-m=0.
由消去x,整理得
y2-2my+2m2-m=0,
所以Δ=4m-4m2>0,y1+y2=2m,y1·y2=2m2-m.
从而|AB|=·|y1-y2|
=·.
设点P到直线AB的距离为d,则
d=.
设△ABP的面积为S,则
S=|AB|·d=|1-2(m-m2)|·.
由Δ=4m-4m2>0,得0<m<1.
令u=,0<u≤,则
S=u(1-2u2),
设S(u)=u(1-2u2),0<u≤,则S′(u)=1-6u2.
由S′(u)=0得u=∈,所以
S(u)max=S=.
故△ABP面积的最大值为.
17.H1、H7[2012·浙江卷]定义:
曲线C上的点到直线l的距离的最小值称为曲线C到直线l的距离.已知曲线C1:
y=x2+a到直线l:
y=x的距离等于曲线C2:
x2+(y+4)2=2到直线l:
y=x的距离,则实数a=________.
17.[答案]
[解析]本题在新定义背景下考查直线、圆和抛物线的方程,一、二次曲线之间的位置关系与导数几何意义等基础知识,考查学生综合运用知识的能力和学情,考查函数方程和数形结合的数学思想.求出曲线C1到直线l的距离和曲线C2到直线l的距离,建立等式,求出参数a的值.曲线C2:
x2+(y+4)2=2到直线l:
y=x的距离为圆心到直线的距离与圆的半径之差,即d-r=-=,由y=x2+a可得y′=2x,令y′=2x=1,则x=,在曲线C1上对应的点P,所以曲线C1到直线l的距离即为点P到直线l的距离,故=,所以=,可得=2,a=-或a=,当a=-时,曲线C1:
y=x2-与直线l:
y=x相交,两者距离为0,不合题意,故a=.
4.H1、F1[2012·上海卷]若d=(2,1)是直线l的一个方向向量,则l的倾斜角的大小为________(结果用反三角函数值表示).
4.arctan [解析]考查直线的方向向量、斜率与倾斜角三者之间的关系,关键是求出直线的斜率.
由已知可得直线的斜率k=,k=tanα,所以直线的倾斜角α=arctan.
20.H5、F1、H1[2012·陕西卷]已知椭圆C1:
+y2=1,椭圆C2以C1的长轴为短轴,且与C1有相同的离心率.
(1)求椭圆C2的方程;
(2)设O为坐标原点,点A,B分别在椭圆C1和C2上,=2,求直线AB的方程.
20.解:
(1)由已知可设椭圆C2的方程为+=1(a>2),
其离心率为,故=,则a=4,
故椭圆C2的方程为+=1.
(2)解法一:
A,B两点的坐标分别记为(xA,yA),(xB,yB),
由=2及
(1)知,O,A,B三点共线且点A,B不在y轴上,
因此可设直线AB的方程为y=kx.
将y=kx代入+y2=1中,得(1+4k2)x2=4,所以x=,
将y=kx代入+=1中,得(4+k2)x2=16,所以x=,
又由=2得x=4x,即=,
解得k=±1,故直线AB的方程为y=x或y=-x.
解法二:
A,B两点的坐标分别记为(xA,yA),(xB,yB),
由=2及
(1)知,O,A,B三点共线且点A,B不在y轴上,
因此可设直线AB的方程为y=kx.
将y=kx代入+y2=1中,得(1+4k2)x2=4,所以x=,
由=2得x=,y=,
将x,y代入+=1中,得=1,
即4+k2=1+4k2,解得k=±1,
故直线AB的方程为y=x或y=-x.
H2 两直线的位置关系与点到直线的距离
22.H1、H2、H7[2012·浙江卷]如图1-6,在直角坐标系xOy中,点P到抛物线C:
y2=2px(p>0)的准线的距离为.点M(t,1)是C上的定点,A,B是C上的两动点,且线段AB被直线OM平分.
(1)求p,t的值;
(2)求△ABP面积的最大值.
图1-6
22.解:
(1)由题意知
得
(2)设A(x1,y1),B(x2,y2),线段AB的中点为Q(m,m),
由题意知,设直线AB的斜率为k(k≠0).
由得
(y1-y2)(y1+y2)=x1-x2.
故k·2m=1.
所以直线AB方程为y-m=(x-m),
即x-2my+2m2-m=0.
由消去x,整理得
y2-2my+2m2-m=0,
所以Δ=4m-4m2>0,y1+y2=2m,y1·y2=2m2-m.
从而|AB|=·|y1-y2|
=·.
设点P到直线AB的距离为d,则
d=.
设△ABP的面积为S,则
S=|AB|·d=|1-2(m-m2)|·.
由Δ=4m-4m2>0,得0<m<1.
令u=,0<u≤,则
S=u(1-2u2),
设S(u)=u(1-2u2),0<u≤,则S′(u)=1-6u2.
由S′(u)=0得u=∈,所以
S(u)max=S=.
故△ABP面积的最大值为.
H3 圆的方程
20.H3、H7、H8[2012·课标全国卷]设抛物线C:
x2=2py(p>0)的焦点为F,准线为l,A为C上一点,已知以F为圆心,FA为半径的圆F交l于B,D两点.
(1)若∠BFD=90°,△ABD的面积为4,求p的值及圆F的方程;
(2)若A、B、F三点在同一直线m上,直线n与m平行,且n与C只有一个公共点,求坐标原点到m,n距离的比值.
20.解:
(1)由已知可得△BFD为等腰直角三角形,|BD|=2p,圆F的半径|FA|=p.
由抛物线定义可知A到l的距离d=|FA|=p.
因为△ABD的面积为4,
所以|BD|·d=4,即·2p·p=4,
解得p=-2(舍去),p=2.
所以F(0,1),圆F的方程为
x2+(y-1)2=8.
(2)因为A,B,F三点在同一直线m上,所以AB为圆F的直径,∠ADB=90°.
由抛物线定义知
|AD|=|FA|=|AB|,
所以∠ABD=30°,m的斜率为或-.
当m的斜率为时,由已知可设n:
y=x+b,代入x2=2py得x2-px-2pb=0.
由于n与C只有一个公共点,故Δ=p2+8pb=0.
解得b=-.
因为m的截距b1=,=3,所以坐标原点到m,n距离的比值为3.
当m的斜率为-时,由图形对称性可知,坐标原点到m,n距离的比值为3.
21.H3、H7、H8[2012·福建卷]如图1-4所示,等边三角形OAB的边长为8,且其三个顶点均在抛物线E:
x2=2py(p>0)上.
图1-4
(1)求抛物线E的方程;
(2)设动直线l与抛物线E相切于点P,与直线y=-1相交于点Q,证明以PQ为直径的圆恒过y轴上某定点.
21.解:
解法一:
(1)依题意,|OB|=8,∠BOy=30°.
设B(x,y),则x=|OB|sin30°=4,y=|OB|cos30°=12.
因为点B(4,12)在x2=2py上,所以(4)2=2p×12,解得p=2.
故抛物线E的方程为x2=4y.
(2)由
(1)知y=x2,y′=x.
设P(x0,y0),则x0≠0,且l的方程为
y-y0=x0(x-x0),即y=x0x-x.
由得
所以Q.
假设以PQ为直径的圆恒过定点M,由图形的对称性知M必在y轴上,设M(0,y1),令·=0对满足y0=x(x0≠0)的x0,y0恒成立.
由于=(x0,y0-y1),=.
由·=0,得-y0-y0y1+y1+y=0.
即(y+y1-2)+(1-y1)y0=0.(*)
由于(*)式对满足y0=x(x0≠0)的y0恒成立,所以
解得y1=1.
故以PQ为直径的圆恒过y轴上的定点M(0,1).
解法二:
(1)同解法一.
(2)由
(1)知y=x2,y′=x,
设P(x0,y0),则x0≠0,且l的方程为
y-y0=x0(x-x0),即y=x0x-x.
由得
所以Q.
取x0=2,此时P(2,1),Q(0,-1),以PQ为直径的圆为(x-1)2+y2=2,交y轴于点M1(0,1)或M2(0,-1);取x0=1,此时P,Q,以PQ为直径的圆为2+2=,交y轴于M3(0,1)或M4.
故若满足条件的点M存在,只能是M(0,1).
以下证明点M(0,1)就是所要求的点.
因为=(x0,y0-1),=,
·=-2y0+2=2y0-2-2y0+2=0.
故以PQ为直径的圆恒过y轴上的定点M.
21.H3、H5、H8[2012·湖北卷]设A是单位圆x2+y2=1上的任意一点,l是过点A与x轴垂直的直线,D是直线l与x轴的交点,点M在直线l上,且满足|DM|=m|DA|(m>0,且m≠1).当点A在圆上运动时,记点M的轨迹为曲线C.
(1)求曲线C的方程,判断曲线C为何种圆锥曲线,并求其焦点坐标;
(2)过原点斜率为k的直线交曲线C于P,Q两点,其中P在第一象限,且它在y轴上的射影为点N,直线QN交曲线C于另一点H.是否存在m,使得对任意的k>0,都有PQ⊥PH?
若存在,求m的值;若不存在,请说明理由.
21.解:
(1)如图
(1),设M(x,y),A(x0,y0),则由|DM|=m|DA|(m>0,且m≠1),
可得x=x0,|y|=m|y0|,所以x0=x,|y0|=|y|.①
因为A点在单位圆上运动,所以x+y=1.②
将①式代入②式即得所求曲线C的方程为x2+=1(m>0,且m≠1).
因为m∈(0,1)∪(1,+∞),所以
当0<m<1时,曲线C是焦点在x轴上的椭圆,
两焦点坐标分别为(-,0),(,0);
当m>1时,曲线C是焦点在y轴上的椭圆,
两焦点坐标分别为(0,-),(0,).
(2)方法1:
如图
(2)、(3),对任意k>0,设P(x1,kx1),H(x2,y2),则Q(-x1,-kx1),N(0,kx1),直线QN的方程为y=2kx+kx1,将其代入椭圆C的方程并整理可得(m2+4k2)x2+4k2x1x+k2x-m2=0.
依题意可知此方程的两根为-x1,x2,于是由韦达定理可得
-x1+x2=-,即x2=.
因为点H在直线QN上,
所以y2-kx1=2kx2=.
于是=(-2x1,-2kx1),=(x2-x1,y2-kx1)=.
而PQ⊥PH等价于·==0,
即2-m2=0,又m>0,得m=,
故存在m=,使得在其对应的椭圆x2+=1上,对任意的k>0都有PQ⊥PH.
方法2:
如图
(2)、(3),对任意x1∈(0,1),设P(x1,y1),H(x2,y2),则Q(-x1,-y1),N(0,y1),
因为P,H两点在椭圆C上,所以两式相减可得m2(x-x)+(y-y)=0.③
依题意,由点P在第一象限可知,点H也在第一象限,且P,H不重合,
故(x1-x2)(x1+x2)≠0.于是由③式可得
=-m2.④
又Q,N,H三点共线,所以kQN=kQH,即=.
于是由④式可得kPQ·kPH=·=·=-,
而PQ⊥PH等价于kPQ·kPH=-1,即-=-1,又m>0,得m=,
故存在m=,使得在其对应的椭圆x2+=1上,对任意的k>0,都有PQ⊥PH.
H4 直线与圆、圆与圆的位置关系
6.H4[2012·陕西卷]已知圆C:
x2+y2-4x=0,l是过点P(3,0)的直线,则( )
A.l与C相交B.l与C相切
C.l与C相离D.以上三个选项均有可能
6.A [解析]本小题主要考查直线与圆的位置关系,解题的突破口为熟练掌握判断直线与圆位置关系的方法.x2+y2-4x=0是以(2,0)为圆心,以2为半径的圆,而点P(3,0)到圆心的距离为d==1<2,点P(3,0)恒在圆内,过点P(3,0)不管怎么样画直线,都与圆相交.故选A.
7.H4[2012·辽宁卷]将圆x2+y2-2x-4y+1=0平分的直线是( )
A.x+y-1=0B.x+y+3=0
C.x-y+1=0D.x-y+3=0
7.C [解析]本小题主要考查直线与圆的位置关系.解题的突破口为弄清平分线的实质是过圆心的直线,即圆心符合直线方程.
圆的标准方程为(x-1)2+(y-2)2=4,所以圆心为(1,2),把点(1,2)代人A、B、C、D,不难得出选项C符合要求.
5.H4[2012·湖北卷]过点P(1,1)的直线,将圆形区域分为两部分,使得这两部分的面积之差最大,则该直线的方程为( )
A.x+y-2=0B.y-1=0
C.x-y=0D.x+3y-4=0
5.A [解析]要使直线将圆形区域分成两部分的面积之差最大,通过观察图形,显然只需该直线与直线OP垂直即可,又已知P(1,1),则所求直线的斜率为-1,又该直线过点P(1,1),易求得该直线的方程为x+y-2=0.故选A.
8.H4[2012·广东卷]在平面直角坐标系xOy中,直线3x+4y-5=0与圆x2+y2=4相交于A、B两点,则弦AB的长等于( )
A.3B.2
C.D.1
8.B [解析]考查直线与圆相交求弦长,突破口是“弦心距、半径、弦长之半构成直角三角形”,利用勾股定理计算.由点到直线的距离得,弦心距d==1,所以弦长AB=2=2,所以选择B.9.H4[2012·北京卷]直线y=x被圆x2+(y-2)2=4截得的弦长为________.
9.2 [解析]本题考查直线和圆的位置关系、考查简单的平面几何知识.
法一:
几何法:
圆心到直线的距离为d==,圆的半径r=2,所以弦长为l=2×=2=2;
法二:
代数法:
联立直线和圆的方程消去y可得x2-2x=0,所以直线和圆的两个交点坐标分别为(2,2),(0,0),弦长为=2.
9.H4[2012·安徽卷]若直线x-y+1=0与圆(x-a)2+y2=2有公共点,则实数a的取值范围是( )
A.[-3,-1]B.[-1,3]
C.[-3,1]D.(-∞,-3]∪[1,+∞)
9.C [解析]因为直线x-y+1=0与圆2+y2=2有公共点,所以圆心到直线的距离d=≤r=,可得≤2,即a∈.
7.H4[2012·福建卷]直线x+y-2=0与圆x2+y2=4相交于A,B两点,则弦AB的长度等于( )
A.2B.2C.D.1
7.B [解析]根据圆的方程知,圆的圆心为(0,0),半径R=2,弦心距d==1,所以弦长|AB|=2=2,所以选择B.
12.H4[2012·江苏卷]在平面直角坐标系xOy中,圆C的方程为x2+y2-8x+15=0,若直线y=kx-2上至少存在一点,使得以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,则k的最大值是________.
12. [解析]本题考查用几何方法判定两圆的位置关系.解题突破口为设出圆的圆心坐标.
圆C方程可化为(x-4)2+y2=1圆心坐标为(4,0),半径为1,由题意,直线y=kx-2上至少存在一点(x0,kx0-2),以该点为圆心,1为半径的圆与圆C有公共点,因为两个圆有公共点,故≤2,整理得(k2+1)x2-(8+4k)x+16≤0,此不等式有解的条件是Δ=(8+4k)2-64(k2+1)≥0,解之得0≤k≤,故最大值为.
14.H4[2012·江西卷]过直线x+y-2=0上点P作圆x2+y2=1的两条切线,若两条切线的夹角是60°,则点P的坐标是________.
14.(,) [解析]设切点为A,B,设P(x,2-x),连结PA,PB,PO,则|PO|=2|OA|=2,即x2+(2-x)2=4,整理得x2-2x+2=0,解得x=,故P的坐标为(,).
22.H6、H4[2012·上海卷]在平面直角坐标系xOy中,已知双曲线C:
2x2-y2=1.
(1)设F是C的左焦点,M是C右支上一点.若|MF|=2,求点M的坐标;
(2)过C的左顶点作C的两条渐近线的平行线,求这两组平行线围成的平行四边形的面积;
(3)设斜率为k(|k|<)的直线l交C于P、Q两点.若l与圆x2+y2=1相切,求证:
OP⊥OQ.
22.解:
(1)双曲线C:
-y2=1,左焦点F,
设M(x,y),则|MF|2=2+y2=2,
由M点是右支上一点,知x≥,所以|MF|=x+=2,得x=,
所以M.
(2)左顶点A,渐近线方程:
y=±x.
过点A与渐近线y=x平行的直线方程为
y=,即y=x+1.
解方程组得
所以所求平行四边形的面积为S=|OA||y|=.
(3)证明:
设直线PQ的方程是y=kx+b,因直线PQ与已知圆相切,故=1,即b2=k2+1(*).
由得(2-k2)x2-2kbx-b2-1=0.
设P(x1,y1)、Q(x2,y2),则
又y1y2=(kx1+b)(kx2+b),所以
·=x1x2+y1y2=(1+k2)x1x2+kb(x1+x2)+b2
=++b2=.
由(*)知,·=0,所以OP⊥OQ.
20.H4、H5[2012·辽宁卷]如图1-7,动圆C1:
x2+y2=t2,1+y2=1相交于A,B,C,D四点,点A1,A2分别为C2的左,右顶点.
(1)当t为何值时,矩形ABCD的面积取得最大值?
并求出其最大面积;
(2)求直线AA1与直线A2B交点M的轨迹方程.
图1-7
20.解:
(1)设A(x0,y0),则矩形ABCD的面积
S=4|x0||y0|.
由+y=1得y=1-,从而
xy=x=-2+,
当x=,y=时,Smax=6.从而
t=时,矩形ABCD的面积最大,最大面积为6.
(2)由A(x0,y0),B(x0,-y0),A1(-3,0),A2(3,0)知直线AA1的方程为
y=(x+3). ①
直线A2B的方程为
y=(x-3). ②
由①②得
y2=(x2-9) ③
又点A(x0,y0)在椭圆C上,故
y=1-. ④
将④代入③得-y2=1(x<-3,y<0).
因此点M的轨迹方程为
-y2=1(x<-3,y<0).
3.H4[2012·重庆卷]设A,B为直线y=x与圆x2+y2=1的两个交点,则|AB|=( )
A.1B.
C.D.2
3.D [解析]因为圆x2+y2=1的圆心(0,0)在直线AB上,所以AB为圆的直径,所以|AB|=2×1=2.
9.H4[2012·山东卷]圆(x+2)2+y2=4与圆(x-2)2+(y-1)2=9的位置关系为( )
A.内切B.相交
C.外切D.相离
9.B [解析]本题考查两圆的位置关系,考查数形结合思想,推理能力,容易题.
∵两圆的圆心距为=,又∵3-2<<3+2,∴两圆相交.
12.H4[2012·天津卷]设m,n∈R,若直线l:
mx+ny-1=0与x轴相交于点A,与y轴相交于点B,且l与圆x2+y2=4相交所得弦的长为2,O为坐标原点,则△AOB面积的最小值为________.
12.3 [解析]直线mx+ny-1=0与两坐标轴的交点坐标分为,,又∵直线l被圆x2+y2=4截得弦长为2,由垂径定理得,2+12=22,即=3,
∴S△OAB=××≥=3.
4.A2、H2[2012·浙江卷]设a∈R,则“a=1”是“直线l1:
ax+2y-1=0与直线l2:
x+2y+4=0平行”的( )
A.充分不必要条件B.必要不充分条件
C.充分必要条件D.既不充分也不必要条件
4.C [解析]本题考查了简易逻辑、两直线平行等基础知识,考查了学生简单的逻辑推理能力.
若a=1,则直线l1:
ax+2y-1=0与l2:
x+2y+4=0平行;若直线l1:
ax+2y-1=0与l2:
x+2y+4=0平行,则2a-2=0即a=1.
∴“a=1”是“l1:
ax+2y-1=0与l2:
x+2y+4=0平行”的充要条件.
H5 椭圆及其几何性质
21.H5、H8、F3[2012·重庆卷]如图,设椭圆的中点为原点O,长轴在x轴上,上顶点为A,左、右焦点分别为F1,F2,线段OF1,OF2的中点分别为B1,B2,且△AB1B2是面积为4的直角三角形.
(1)求该椭圆的离心率和标准方程;
(2)过B1作直线交椭圆于P,Q两点,使PB2⊥QB2,求△PB2Q的面积.
21.解:
(1)设所求椭圆的标准方程为+=1(a>b>0),右焦点为F2(c,0).
因△AB1B2是直角三角形且|AB1|=|AB2|,故∠B1AB2为直角,从而|OA|=|OB2|,
即b=.结合c2=a2-b2得4b2=a2-b2,故a2=5b2,
c2=4b2,所以离心率e==.
在Rt△AB1B2中,OA⊥B1B2,故
S△AB1B2=·|B1B2|·|OA|=|OB2|·|OA|=·b=b2,
由题设条件S△AB1B2=4得b2=4,从而a2=5b2=20.
因此所求椭圆的标准方程为:
+=1.
(2)由
(1)知B1(-2,0)、B2(2,0).由题意,直线PQ的倾斜角不为0,故可设直线PQ的方程为:
x=my-2.代入椭圆方程得
(m2+5)y2-4my-16=0.(*)
设P(x1,y1),Q(x2,y2),则y1,y2是上面方程的两根,因此
y1+y2=,y1·y2=.
又=(x1-2,y1),=(x2-2,y2),所以
·=(x1-2)(x2-2)+y1y2
=(my1-4)(my2-4)+y1y2
=(m2+1)y1y2-4m(y1+y2)+16
=-+16
=-,
由PB2⊥QB2,知·=0,即16m2-64=0,解得m=±2.
当m=2时,方程(*)化为:
9y2-8y-16=0,
故y1=,y2=,|y1-y2|=,
△PB2Q的面积S=|B1B2|·|y1-y2|=.
当m=-2时,同理可得(或由对称性可得)△PB2Q的面积S=.
综上所述,△PB2Q的面积为.
8.H5、H6[2012·浙江卷]如图1-3,中心均为原点O的双曲线与椭圆有公共焦点,M,N是双曲线的两顶点.若M,O,N将椭圆长轴四等分,则双曲线与椭圆的离心率的比值是( )
图1-3
A.3B.2
C.D.
8.B [解析]本题考查了椭圆与双曲线的简单几何性质,考查了学生对书本知识掌握的熟练程度,属于送分题.设椭圆、双曲线的方程分别为+=1(a1>b1>0),
-=1(a2>0,b2>0),由题意知c1=c2且a1=2a2,则===2.
19.H5、H8[2012·天津卷]已知椭圆+=1(a>b>0),点P在椭圆上.
(1)求椭圆的离心率;
(2)设A为椭圆的左顶点,O为坐标原点,若点Q在椭圆上且满足|AQ|=|AO|,求直线OQ的斜率的值.
19.解:
(1)因为点P在椭圆上,故+=1,可得=,
于是e2==1-=,
所以椭圆的离心率e=.
(2)设直线OQ的斜率为k,则其方程为y=kx.设点Q的坐标为(x0,y0).
由条件得消去y0并整理得
x=.①
由|AQ|=|AO|,A(-a,0)及y0=kx0,得(x0+a)2+k2x=a2.整理得,(1+k2)x+2ax0=0.而x0≠0,故x0=