微专题 解析几何中减少运算量的常见技巧(课件 学案)2027届高考数学一轮复习 第八章

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微专题 解析几何中减少运算量的常见技巧(课件 学案)2027届高考数学一轮复习 第八章

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微专题 解析几何中减少运算量的常见技巧
  解析几何中用代数方法研究几何问题是中学数学的重要分支,解题的第一步通常是把几何条件转化为代数语言;第二步再对代数式进行转化、化简与求值.因其条件复杂,运算量大,一直是学生的“痛点”.如何在求解解析几何问题时简化运算步骤,减少运算量,实现多想少算之目的,下面就从几种技巧入手,予以例析.
妙借向量
平面向量是衔接代数与几何的纽带,沟通“数”与“形”,融数形于一体,是数形结合的典范,具有几何形式与代数形式的双重身份,是数学知识的一个交汇点和联系多项知识的媒介.妙借向量,可以有效提升圆锥曲线的解题方向与运算效率,达到良好效果.
已知P1(x1,y1),P2(x2,y2)两点均在双曲线C:-y2=1(a>0)的右支上,若x1x2>y1y2恒成立,则实数a的取值范围为    .
听课记录
  本题的奥妙之处是寻求P2关于x轴的对称点P3,把不等关系x1x2>y1y2转化为·>0,从形入手转化为相应数的形式,简化运算.
直线方程的正设与反设
常用的设线方式有以下几种:普通直线情况选用y=kx+m和x=ty+m;如果已知直线过某点(x0,y0),那么可以选择y-y0=k(x-x0)和x-x0=t(y-y0)两种方式,需要注意的是,该设法不包含与坐标轴平行的特殊情况,在书写过程中要注意分类讨论;另外,当直线过非坐标轴上的定点,例如过点P(3,-5)时,若设y=k(x-3)-5的形式,那么联立形式太麻烦,此情况我们可以设直线方程为y=kx+m,联立之后,化简表达式,最终再利用3k+m=-5消元即可.直线和圆相切亦是如此.
如图所示,已知抛物线y2=x和点P(1,1),过点( 0,)作直线l与抛物线交于不同的两点M,N,过点M作x轴的垂线分别与直线OP,ON交于点A,B,其中O为坐标原点.求证:A为线段BM的中点.
  题干为求证A为线段BM的中点,设出M,N两点的坐标,表示坐标关系,化简可得+=2,即证该式成立,该式和y关系紧密,故采用反设法计算量会更小.
关联设元
关联设元法是减少运算量的常见方法,关联设元法的常见类型:
(1)两条相互垂直的直线,斜率可以设为k与-(注意讨论特殊情况,下同);
(2)关于x轴或y轴对称的直线,斜率可以设为k与-k(倾斜角互补);
(3)在解题的时候,熟记字母最少原则,不管是点还是线,变量尽量少,形式尽量一致;
(4)熟练使用“同理可得”,同形式的计算,使用轮换对称的方式处理.
已知椭圆+=1(a>b>0)的离心率为,且过点(2,).
(1)求椭圆的标准方程;
(2)四边形ABCD的顶点在椭圆上,且对角线AC,BD过原点O,若kAC·kBD=-.
①求·的最值;
②求证:四边形ABCD的面积为定值.
  本题设kAC=k,则kBD=-,不必再设直线BD的斜率.另外,计算点B的横坐标时,用-代替k,代入|x1|=,得|x2|=,不必再解方程组.
非对称化处理
形式不对称:例如+,(x1+1)(x2+1),=,,,x1=3x2,y1=-2y2的形式如何处理呢?
(1)配凑:如+=(x1+x2)2-2x1x2,(x1-x2)2=(x1+x2)2-4x1x2,(+)2=x1+x2+2,(x1+1)(x2+1)=x1x2+x1+x2+1;
(2)曲线代换:若两点均在曲线+y2=1和直线y=kx-上,那么形如的式子如果用直线替换显然麻烦,注意到+=1 =9-9 =9(1-y1)(1+y1),替换掉原式中含有的(1-y1),可以得到;若两点均在曲线y2=4x和直线x=ty+1上,联立可以得到y2-4ty-4=0,得到y1y2=-4,显然x1x2的式子使用曲线代换更简单,则x1x2=·=1;
(3)解方程组:运用根与系数的关系,由已知可以得到两根x1,x2有一定的等量关系,这时采用方程组法消去一个根再进行化简,当然也可以由非对称式转化为对称式处理.
已知椭圆x2+=1短轴的左、右两个端点分别为A,B,直线l:y=kx+1与x轴,y轴分别交于E,F两点,与椭圆交于C,D两点.
(1)若=,求直线l的方程;
(2)设直线AD,CB的斜率分别为k1,k2,若k1∶k2=2∶1,求k的值.
  本题采用了曲线代换,将=2平方后即可利用曲线代换.
1.已知抛物线y=x2-1上一定点B(-1,0)和两个动点P,Q,当P在抛物线上运动时,BP⊥PQ,则Q点的横坐标的取值范围是(  )
A.(-∞,3]
B.(-∞,-3]∪[1,+∞)
C.(-∞,-3]
D.(-∞,-3]∪[-1,+∞)
2.在平面直角坐标系xOy中,过点F(1,0)的直线l与抛物线C:y2=4x交于M,N两点(M在第一象限).若|MF|=3|NF|,则直线l的方程为    .
3.若椭圆E1:+=1(a1>b1>0)和椭圆E2:+=1(a2>b2>0),满足==m(m>0),则这两个椭圆相似,m称为其相似比.
(1)求经过点(2,),且与椭圆+=1相似的椭圆方程;
(2)设过原点的一条射线l分别与(1)中两个椭圆交于A,B两点(其中点A在线段OB上),求|OA|·|OB|的取值范围.
4.如图,在平面直角坐标系xOy中,焦点在x轴上的椭圆C:+=1经过点(b,2e),其中e为椭圆C的离心率.过点T(1,0)作斜率为k(k>0)的直线l交椭圆C于A,B两点(A在x轴下方).
(1)求椭圆C的方程;
(2)过原点O且平行于l的直线交椭圆C于点M,N,求的值;
(3)记直线l与y轴的交点为P,若=,求直线l的斜率k.
微专题 解析几何中减少运算量的常见技巧
【例1】 [1,+∞)
解析:由双曲线的对称性可知,P2关于x轴的对称点P3(x2,-y2)仍在双曲线右支上,由x1x2>y1y2,得x1x2-y1y2>0,即·>0恒成立,∴∠P1OP3恒为锐角,即∠MON≤90°(M,N分别为双曲线两条渐近线上的点),∴其中一条渐近线y=x的斜率≤1,∴a≥1,∴实数a的取值范围为[1,+∞).
【例2】 证明:设M(,y1),N(,y2).
直线OP的方程为y=x,由得x=y=,即A(,).
直线ON的方程为y=x,由得y=,所以B(,).
要证A为线段BM的中点,只需证+y1=2,即证+=2.
设直线l的方程为x=t(y-)(t≠0),
联立得y2-ty+t=0.
当Δ=t2-2t>0时,有
所以+==2成立.
所以A为线段BM的中点.
【例3】 解:(1)由题意得解得所以椭圆的标准方程为+=1.
(2)①设点A(x1,y1),B(x2,y2),不妨设x1x2>0,kAC=k,
因为kAC·kBD=-=-,所以kBD=-,可得直线AC,BD的方程分别为y=kx,y=-x.
联立
解得|x1|=,|x2|=,
所以·=x1x2+y1y2=x1x2+kx1·( -·x2)=x1x2==≤2,当且仅当|k|=时取等号.
可知当x1x2>0时,有最大值2;当x1x2<0时,有最小值-2.
②证明:不妨设点A在第四象限,点B在第一象限,则A( ,),B( ,),
S四边形ABCD=4S△OAB=2|OA|·|OB|·sin∠AOB=
2
=2
=2|x1y2-x2y1|=2|·-·|=2||=8.
同理证得其他情况时S四边形ABCD=8.
故四边形ABCD的面积为定值.
【例4】 解:(1)设C(x1,y1),D(x2,y2),
由得(4+k2)x2+2kx-3=0,
Δ=4k2+12(4+k2)=16k2+48>0,
x1+x2=,x1x2=,
由已知得E(-,0),F(0,1),
又=,所以(--x1,-y1)=(x2,y2-1),
所以--x1=x2,即x2+x1=-,
所以=-,解得k=±2,符合题意,
所以所求直线l的方程为2x-y+1=0或2x+y-1=0.
(2)由k1=,k2=,k1∶k2=2∶1,
所以=,平方得=4,
又+=1,所以=4(1-),
同理=4(1-),
代入上式,计算得=4,
即3x1x2+5(x1+x2)+3=0,所以3k2-10k+3=0,解得k=3或k=,
因为=,x1,x2∈(-1,1),所以y1,y2异号,故舍去k=,所以k=3.
强化训练
1.B 设Q(x1,-1),P(x2,-1),则=(x2+1,-1),=(x1-x2,-),由BP⊥PQ,知·=0,化简得+(x1-1)x2+1-x1=0,∴Δ=-4(1-x1)≥0,即+2x1-3≥0,解得x1≤-3或x1≥1.故选B.
2.y=x- 解析:设直线l:x=my+1,M(x1,y1),N(x2,y2),联立消去x,得y2-4my-4=0,∴y1+y2=4m,y1·y2=-4,又|MF|=3|NF|,则y1=-3y2,∴y1+y2=-2y2=4m,y1·y2=-3=-4,则m2=,又由题意m>0,∴m=,直线l的方程是y=x-.
3.解:(1)设相似的椭圆方程为+=1(a>b>0),则有解得所以所求的椭圆方程为+=1.
(2)当射线与y轴重合时,|OA|=,|OB|=2,此时|OA|·|OB|=4,
当射线不与y轴重合时,由于对称性,仅考虑第一象限的情形.
假定射线的方程为y=kx(k≥0,x>0),设A(x1,y1),B(x2,y2),联立解得
|OA|=,
同理|OB|=,
则|OA|·|OB|==4+∈(4,8].
综上,|OA|·|OB|的取值范围为[4,8].
4.解:(1)由椭圆过点(b,2e),得+=1,
又a2=8,e2===1-,
所以+=1,解得b2=4或b2=8(舍去),
所以椭圆C的方程为+=1.
(2)设直线l的方程为y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),
联立直线l与椭圆的方程可得
整理可得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-8=0,
所以x1+x2=,x1x2=,
y1y2=k2[x1x2-(x1+x2)+1]
=k2(-+1)=,
所以|AT|·|BT|=·==(1+)|y1y2|=·=,
由题意设直线MN的方程为y=kx,
代入椭圆的方程可得x2+2k2x2=8,所以x2=,所以y2=,
所以|MN|2=4(x2+y2)=4·,
所以==,
即的值为.
(3)设直线l的方程为y=k(x-1),A(x1,y1),B(x2,y2),
令x=0可得yP=-k,
所以P(0,-k),
联立直线l与椭圆的方程可得
整理可得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-8=0,
所以x1+x2=, ①
x1x2=, ②
=(-x1,-k-y1),=(x2-1,y2),
因为=,所以-x1=(x2-1),
所以x1+x2=, ③
综合①②③,得50k4-83k2-34=0,
解得k2=2,
又k>0,所以k=.
所以直线l的斜率k为.
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微专题 解析几何中减少运算量的常见技巧
  解析几何中用代数方法研究几何问题是中学数学的重要分支,解题的
第一步通常是把几何条件转化为代数语言;第二步再对代数式进行转化、
化简与求值.因其条件复杂,运算量大,一直是学生的“痛点”.如何在求
解解析几何问题时简化运算步骤,减少运算量,实现多想少算之目的,下
面就从几种技巧入手,予以例析.
妙借向量
平面向量是衔接代数与几何的纽带,沟通“数”与“形”,融数形于一
体,是数形结合的典范,具有几何形式与代数形式的双重身份,是数学知
识的一个交汇点和联系多项知识的媒介.妙借向量,可以有效提升圆锥曲
线的解题方向与运算效率,达到良好效果.
已知P1(x1,y1),P2(x2,y2)两点均在双曲线C: -y2=1(a
>0)的右支上,若x1x2>y1y2恒成立,则实数a的取值范围为
.
[1,+
∞) 
解析:由双曲线的对称性可知,P2关于x轴的对称点
P3(x2,-y2)仍在双曲线右支上,由x1x2>y1y2,
得x1x2-y1y2>0,即 · >0恒成立,∴∠P1OP3
恒为锐角,即∠MON≤90°(M,N分别为双曲线两
条渐近线上的点),∴其中一条渐近线y= x的斜率 ≤1,∴a≥1,∴实数a的取值范围为[1,+∞).
  本题的奥妙之处是寻求P2关于x轴的对称点P3,把不等关系x1x2>y1y2
转化为 · >0,从形入手转化为相应数的形式,简化运算.
直线方程的正设与反设
常用的设线方式有以下几种:普通直线情况选用y=kx+m和x=ty+
m;如果已知直线过某点(x0,y0),那么可以选择y-y0=k(x-x0)
和x-x0=t(y-y0)两种方式,需要注意的是,该设法不包含与坐标
轴平行的特殊情况,在书写过程中要注意分类讨论;另外,当直线过
非坐标轴上的定点,例如过点P(3,-5)时,若设y=k(x-3)-5
的形式,那么联立形式太麻烦,此情况我们可以设直线方程为y=kx+
m,联立之后,化简表达式,最终再利用3k+m=-5消元即可.直线和
圆相切亦是如此.
如图所示,已知抛物线y2=x和点P(1,1),过点(0, )作直线l
与抛物线交于不同的两点M,N,过点M作x轴的垂线分别与直线OP,
ON交于点A,B,其中O为坐标原点.求证:A为线段BM的中点.
证明:设M( ,y1),N( ,y2).
直线OP的方程为y=x,由 得x=y= ,即A( , ).
直线ON的方程为y= x,由 得y= ,所以B( , ).
要证A为线段BM的中点,只需证 +y1=2 ,即证 + =2.
设直线l的方程为x=t(y- )(t≠0),
联立 得y2-ty+ t=0.
当Δ=t2-2t>0时,有
所以 + = =2成立.
所以A为线段BM的中点.
  题干为求证A为线段BM的中点,设出M,N两点的坐标,表示坐标
关系,化简可得 + =2,即证该式成立,该式和y关系紧密,故采用反
设法计算量会更小.
关联设元
关联设元法是减少运算量的常见方法,关联设元法的常见类型:
(1)两条相互垂直的直线,斜率可以设为k与- (注意讨论特殊情况,
下同);
(2)关于x轴或y轴对称的直线,斜率可以设为k与-k(倾斜角互补);
(3)在解题的时候,熟记字母最少原则,不管是点还是线,变量尽量
少,形式尽量一致;
(4)熟练使用“同理可得”,同形式的计算,使用轮换对称的方式处理.
已知椭圆 + =1(a>b>0)的离心率为 ,且过点(2,
).
(1)求椭圆的标准方程;
解: 由题意得 解得 所以椭圆的标准方程为
+ =1.
(2)四边形ABCD的顶点在椭圆上,且对角线AC,BD过原点O,若
kAC·kBD=- .
①求 · 的最值;
②求证:四边形ABCD的面积为定值.
解: ①设点A(x1,y1),B(x2,y2),不妨设x1x2>0,kAC=k,
因为kAC·kBD=- =- ,所以kBD=- ,可得直线AC,BD的方程分
别为y=kx,y=- x.联立
解得|x1|= ,|x2|= ,
所以 · =x1x2+y1y2=x1x2+kx1·( - ·x2)= x1x2= =
≤2,当且仅当|k|= 时取等号.
可知当x1x2>0时,有最大值2;当x1x2<0时,有最小值-2.
②证明:不妨设点A在第四象限,点B在第一象限,则A( ,
),B( , ),
S四边形ABCD=4S△OAB=2|OA|·|OB|· sin ∠AOB=
2 =
2 =2|x1y2-x2y1|=2| ·
- · |=2| |=8 .
同理证得其他情况时S四边形ABCD=8 .
故四边形ABCD的面积为定值.
  本题设kAC=k,则kBD=- ,不必再设直线BD的斜率.另外,计算
点B的横坐标时,用- 代替k,代入|x1|= ,得|x2|=
,不必再解方程组.
非对称化处理
形式不对称:例如 + ,(x1+1)(x2+1), = , ,
,x1=3x2,y1=-2y2的形式如何处理呢?
(1)配凑:如 + =(x1+x2)2-2x1x2,(x1-x2)2=(x1+x2)2
-4x1x2,( + )2=x1+x2+2 ,(x1+1)(x2+1)=x1x2
+x1+x2+1;
(2)曲线代换:若两点均在曲线 +y2=1和直线y=kx- 上,那么形
如 的式子如果用直线替换显然麻烦,注意到 + =1 =
9-9 =9(1-y1)(1+y1),替换掉原式中含有的(1-y1),可
以得到 ;若两点均在曲线y2=4x和直线x=ty+1上,联立
可以得到y2-4ty-4=0,得到y1y2=-4,显然x1x2的式子使用曲线代换更
简单,则x1x2= · =1;
(3)解方程组:运用根与系数的关系,由已知可以得到两根x1,x2有一定
的等量关系,这时采用方程组法消去一个根再进行化简,当然也可以由非
对称式转化为对称式处理.
已知椭圆x2+ =1短轴的左、右两个端点分别为A,B,直线l:y
=kx+1与x轴,y轴分别交于E,F两点,与椭圆交于C,D两点.
(1)若 = ,求直线l的方程;
解:设C(x1,y1),D(x2,y2),
由 得(4+k2)x2+2kx-3=0,
Δ=4k2+12(4+k2)=16k2+48>0,
x1+x2= ,x1x2= ,
由已知得E(- ,0),F(0,1),
又 = ,所以(- -x1,-y1)=(x2,y2-1),
所以- -x1=x2,即x2+x1=- ,
所以 =- ,解得k=±2,符合题意,
所以所求直线l的方程为2x-y+1=0或2x+y-1=0.
(2)设直线AD,CB的斜率分别为k1,k2,若k1∶k2=2∶1,求k的值.
解:由k1= ,k2= ,k1∶k2=2∶1,
所以 = ,平方得 =4,
又 + =1,所以 =4(1- ),
同理 =4(1- ),
代入上式,计算得 =4,
即3x1x2+5(x1+x2)+3=0,所以3k2-10k+3=0,解得k=3或k= ,
因为 = ,x1,x2∈(-1,1),所以y1,y2异号,故舍去k=
,所以k=3.
  本题采用了曲线代换,将 =2平方后即可利用曲线代换.
1. 已知抛物线y=x2-1上一定点B(-1,0)和两个动点P,Q,当P在
抛物线上运动时,BP⊥PQ,则Q点的横坐标的取值范围是(  )
A. (-∞,3]
B. (-∞,-3]∪[1,+∞)
C. (-∞,-3]
D. (-∞,-3]∪[-1,+∞)

解析:  设Q(x1, -1),P(x2, -1),则 =(x2+1,
-1), =(x1-x2, - ),由BP⊥PQ,知 · =0,化简
得 +(x1-1)x2+1-x1=0,∴Δ= -4(1-x1)≥0,即
+2x1-3≥0,解得x1≤-3或x1≥1.故选B.
2. 在平面直角坐标系xOy中,过点F(1,0)的直线l与抛物线C:y2=
4x交于M,N两点(M在第一象限).若|MF|=3|NF|,则直线l的
方程为 .
解析:设直线l:x=my+1,M(x1,y1),N(x2,y2),联立
消去x,得y2-4my-4=0,∴y1+y2=4m,y1·y2=-4,
又|MF|=3|NF|,则y1=-3y2,∴y1+y2=-2y2=4m,y1·y2=-
3 =-4,则m2= ,又由题意m>0,∴m= ,直线l的方程是y=
x- .
y= x-  
3. 若椭圆E1: + =1(a1>b1>0)和椭圆E2: + =1(a2>b2>
0),满足 = =m(m>0),则这两个椭圆相似,m称为其相似比.
(1)求经过点(2, ),且与椭圆 + =1相似的椭圆方程;
解: 设相似的椭圆方程为 + =1(a>b>0),则有
解得 所以所求的椭圆方程为 + =1.
(2)设过原点的一条射线l分别与(1)中两个椭圆交于A,B两点(其中
点A在线段OB上),求|OA|·|OB|的取值范围.
解: 当射线与y轴重合时,|OA|= ,|OB|=2 ,此时|
OA|·|OB|=4,
当射线不与y轴重合时,由于对称性,仅考虑第一象限的情形.
假定射线的方程为y=kx(k≥0,x>0),设A(x1,y1),B(x2,
y2),联立 解得
|OA|= ,同理|OB|= ,
则|OA|·|OB|= =4+ ∈(4,8].
综上,|OA|·|OB|的取值范围为[4,8].
4. 如图,在平面直角坐标系xOy中,焦点在x轴上的椭圆C: + =1
经过点(b,2e),其中e为椭圆C的离心率.过点T(1,0)作斜率为k
(k>0)的直线l交椭圆C于A,B两点(A在x轴下方).
(1)求椭圆C的方程;
解: 由椭圆过点(b,2e),得 + =1,
又a2=8,e2= = =1- ,
所以 + =1,解得b2=4或b2=8(舍去),
所以椭圆C的方程为 + =1.
(2)过原点O且平行于l的直线交椭圆C于点M,N,求
的值;
解: 设直线l的方程为y=k(x-1),A(x1,
y1),B(x2,y2),
联立直线l与椭圆的方程可得
整理可得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-8=0,
所以x1+x2= ,x1x2= ,
y1y2=k2[x1x2-(x1+x2)+1]
=k2( - +1)= ,
所以|AT|·|BT|= ·
= =(1+ )|y1y2|= · =

由题意设直线MN的方程为y=kx,
代入椭圆的方程可得x2+2k2x2=8,所以x2= ,所以y2= ,
所以|MN|2=4(x2+y2)=4· ,
所以 = = ,
即 的值为 .
(3)记直线l与y轴的交点为P,若 = ,求直线l的斜率k.
解: 设直线l的方程为y=k(x-1),A(x1,
y1),B(x2,y2),
令x=0可得yP=-k,
所以P(0,-k),
联立直线l与椭圆的方程可得
整理可得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-8=0,
所以x1+x2= , ①
x1x2= , ②
=(-x1,-k-y1), =(x2-1,y2),
因为 = ,所以-x1= (x2-1),
所以x1+ x2= , ③
综合①②③,得50k4-83k2-34=0,
解得k2=2,
又k>0,所以k= .
所以直线l的斜率k为 .
THANKS
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