圆锥曲线-定义法求轨迹方程讲义-2023届高三数学一轮复习(含答案)

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圆锥曲线-定义法求轨迹方程讲义-2023届高三数学一轮复习(含答案)

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利用定义法求轨迹方程
定义法是指先分析、说明动点的轨迹满足某种特殊曲线(如圆、椭圆、双曲线、抛物线等)的定义或特征,再求出该曲线的相关参量,从而得到轨迹方程.
一、椭圆的定义
平面内与两个定点F1,F2的距离之和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆.这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做椭圆的焦距.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c,其中a>0,c>0,且a,c为常数:
(1)若a>c,则集合P为椭圆;
(2)若a=c,则集合P为线段;
(3)若a例1.已知中,、、的对边分别为、、,若依次构成等差数列,且,,求顶点的轨迹方程.
练习1.已知A,B,C是直线l上的三点,且|AB|=|BC|=6,圆Q切直线l于点A,又过B,C作圆Q的异于l的两切线,设这两切线交于点P,求点P的轨迹方程.
二、双曲线的定义
平面内与两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于常数(小于|F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线.这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做双曲线的焦距.
集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,其中a,c为常数且a>0,c>0.
(1)当2a<|F1F2|时,P点的轨迹是双曲线;
(2)当2a=|F1F2|时,P点的轨迹是以F1,F2为端点的两条射线;
(3)当2a>|F1F2|时,P点不存在.
例2.已知圆C1:(x+3)2+y2=1和圆C2:(x-3)2+y2=9,动圆M同时与圆C1及圆C2相外切,则动圆圆心M的轨迹方程为_______________.
练习2.已知,以为圆心的圆,半径为,点是一个定点,是线段的垂直平分线和直线相交于,在下列条件下,求点的轨迹方程,并说明轨迹是什么曲线.
(1)时,点在圆上运动;(2)时,点在圆上运动.
三、抛物线的定义
平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)的距离相等的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.
注意:
(1)定直线l不经过定点F.
(2)定义中包含三个定值,分别为一个定点,一条定直线及一个确定的比值.
例3.已知动点到定点的距离比到轴的距离大.求动点的轨迹的方程.
练习3.已知点为直线上的动点,,过作直线的垂线,交的中垂线于点,记点的轨迹为.求的方程.
四、综合练习
1.已知定圆,圆,动圆与定圆外切,与定圆内切.求动圆圆心的轨迹方程.
2.已知,,求满足的动点的轨迹方程.
3.已知圆的圆心为,点是圆上的动点,点是抛物线的焦点,点在线段上,且满足.求点的轨迹的方程;
4.设圆与两圆,中的一个内切,另一个外切,求圆心的轨迹的方程.
提升练习
已知点,动点满足且,则点的轨迹方程为    .
利用定义法求轨迹方程解析
定义法是指先分析、说明动点的轨迹满足某种特殊曲线(如圆、椭圆、双曲线、抛物线等)的定义或特征,再求出该曲线的相关参量,从而得到轨迹方程.
一、椭圆的定义
平面内与两个定点F1,F2的距离之和等于常数(大于|F1F2|)的点的轨迹叫做椭圆.这两个定点叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做椭圆的焦距.
集合P={M||MF1|+|MF2|=2a},|F1F2|=2c,其中a>0,c>0,且a,c为常数:
(1)若a>c,则集合P为椭圆;
(2)若a=c,则集合P为线段;
(3)若a例1.已知中,、、的对边分别为、、,若依次构成等差数列,且,,求顶点的轨迹方程.
解:如右图,以直线为轴,线段的中点为原点建立直角坐标系.
由题意,构成等差数列,(两定点的距离等于定长—椭圆),
即,又,的轨迹为椭圆的左半部分.
在此椭圆中,,,故的轨迹方程为.
练习1.已知A,B,C是直线l上的三点,且|AB|=|BC|=6,圆Q切直线l于点A,又过B,C作圆Q的异于l的两切线,设这两切线交于点P,求点P的轨迹方程.
解:如图,由切线性质,得|PB|+|PC|=|BA|+|CA|=18>|BC|=6.可知P点轨迹是以B,C为焦点的椭圆(但除去与BC的交点).以BC为x轴,BC中点为原点建立平面直角坐标系得P点轨迹方程为+=1(y≠0).
【答案】 +=1(y≠0)
二、双曲线的定义
平面内与两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于常数(小于|F1F2|)的点的轨迹叫做双曲线.这两个定点叫做双曲线的焦点,两焦点间的距离叫做双曲线的焦距.
集合P={M|||MF1|-|MF2||=2a},|F1F2|=2c,其中a,c为常数且a>0,c>0.
(1)当2a<|F1F2|时,P点的轨迹是双曲线;
(2)当2a=|F1F2|时,P点的轨迹是以F1,F2为端点的两条射线;
(3)当2a>|F1F2|时,P点不存在.
例2.已知圆C1:(x+3)2+y2=1和圆C2:(x-3)2+y2=9,动圆M同时与圆C1及圆C2相外切,则动圆圆心M的轨迹方程为_______________.
解:如图所示,设动圆M与圆C1及圆C2分别外切于A和B.
根据两圆外切的条件,得|MC1|-|AC1|=|MA|,|MC2|-|BC2|=|MB|,因为|MA|=|MB|,
所以|MC1|-|AC1|=|MC2|-|BC2|,即|MC2|-|MC1|=|BC2|-|AC1|=2,
所以点M到两定点C1,C2的距离的差是常数且小于|C1C2|=6.根据双曲线的定义,得动点M的轨迹为双曲线的左支(点M与C2的距离大,与C1的距离小),其中a=1,c=3,则b2=8.故点M的轨迹方程为x2-=1(x≤-1).
练习2.已知,以为圆心的圆,半径为,点是一个定点,是线段的垂直平分线和直线相交于,在下列条件下,求点的轨迹方程,并说明轨迹是什么曲线.
(1)时,点在圆上运动;(2)时,点在圆上运动.
【答案】(1);(2)
三、抛物线的定义
平面内与一个定点F和一条定直线l(l不经过点F)的距离相等的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.
注意:
(1)定直线l不经过定点F.
(2)定义中包含三个定值,分别为一个定点,一条定直线及一个确定的比值.
例3.已知动点到定点的距离比到轴的距离大.求动点的轨迹的方程.
解析:由题意得轨迹方程为焦点在轴上,准线为的抛物线
则,即,故轨迹的方程为.
练习3.已知点为直线上的动点,,过作直线的垂线,交的中垂线于点,记点的轨迹为.求的方程.
【答案】
四、综合练习
1.已知定圆,圆,动圆与定圆外切,与定圆内切.求动圆圆心的轨迹方程.
【详解】设动圆的半径为,由图可知,圆内含于圆,圆的半径为,圆的半径为.
动圆与定圆外切,则,动圆与定圆内切,则,
由题意知:,根据椭圆定义,圆心的轨迹是以原点为中心,、为焦点,长半轴长,半焦距的椭圆,,的方程为;
2.已知,,求满足的动点的轨迹方程.
解:根据双曲线的定义可得,长轴长,半焦距,由,解得,故点的轨迹方程为.
3.已知圆的圆心为,点是圆上的动点,点是抛物线的焦点,点在线段上,且满足.求点的轨迹的方程;
【解析】
易知点是抛物线的焦点,,依题意,
所以点轨迹是一个椭圆,其焦点分别为,长轴长为4,设该椭圆的方程为,
则,,故点的轨迹的方程为.
4.设圆与两圆,中的一个内切,另一个外切,求圆心的轨迹的方程.
【解答】解:两圆的半径都为2,两圆心为,、,,
由题意得:或,

可知圆心的轨迹是以原点为中心,焦点在轴上,且实轴为4,焦距为的双曲线,
因此,,则,
所以轨迹的方程为.
提升练习
已知点,动点满足且,则点的轨迹方程为  .
【解答】由,,则,,
所以,
而在三角形中,
所以可得,而,
所以可得,所以为定值且大于,
所以可得的轨迹为椭圆,且长轴长,焦距,焦点在轴上,中心在原点的椭圆,即,,所以,
所以的轨迹方程为:,
故答案为:.

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