微专题 圆锥曲线的切线与光学性质(课件 学案)2027届高考数学一轮复习 第八章

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微专题 圆锥曲线的切线与光学性质(课件 学案)2027届高考数学一轮复习 第八章

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微专题 圆锥曲线的切线与光学性质
圆锥曲线的切线问题
1.解决圆锥曲线的切线问题的常用方法
(1)几何法:比如求圆的切线,常用圆心到直线的距离等于半径来求解;
(2)代数法:比如涉及椭圆的切线问题,常联立直线与椭圆的方程根据Δ=0来求解;比如涉及抛物线的切线问题,有时也可以通过求导求解.
2.圆锥曲线的切线和切点弦的相关结论
(1)设P(x0,y0)为圆x2+y2=r2上的点,则过该点的切线方程为xx0+yy0=r2;
(2)设P(x0,y0)为椭圆+=1上的点,则过该点的切线方程为+=1;
(3)设P(x0,y0)为双曲线-=1上的点,则过该点的切线方程为-=1;
(4)设P(x0,y0)为抛物线y2=2px上的点,则过该点的切线方程为yy0=p(x+x0);
(5)设P(x0,y0)为圆x2+y2=r2外一点,则切点弦的方程为xx0+yy0=r2;
(6)设P(x0,y0)为椭圆+=1外一点,过该点作椭圆的两条切线,切点为A,B,则弦AB的方程为+=1;
(7)设P(x0,y0)为双曲线-=1外一点,过该点作双曲线的两条切线,切点为A,B,则切点弦AB的方程为-=1;
(8)设P(x0,y0)为抛物线y2=2px外一点,过该点作抛物线的两条切线,切点为A,B,则切点弦AB的方程为yy0=p(x+x0).
角度1 切线问题
(1)〔一题多解〕已知椭圆方程为+=1,则该椭圆在点P( 1,)处的切线方程为(  )
A.x-2y+4=0 B.2x-y+4=0
C.x+2y-4=0 D.2x+y-4=0
(2)抛物线C:y2=4x的准线为l,l与x轴交于点A,过点A作抛物线的一条切线,切点为B,则△OAB的面积为(  )
A. B.
C.1 D.2
听课记录
角度2 切点弦问题
(1)已知抛物线C:x2=-2py(p>0)的焦点F与+=1的一个焦点重合,过焦点F的直线与C交于A,B两不同点,抛物线C在A,B两点处的切线相交于点M,且M的横坐标为4,则弦|AB|=(  )
A.16 B.26
C.14 D.24
(2)〔一题多解〕已知P(1,1)是双曲线x2-=1外一点,过P引双曲线的两条切线PA,PB,A,B为切点,则直线AB的方程为    .
听课记录
圆锥曲线的光学性质
1.抛物线的光学性质
如图1,从抛物线的焦点F发出的光线,被抛物线反射后,得到的是一系列的与抛物线对称轴平行(或重合)的光线;如图2,设抛物线在点P处的切线l交对称轴于点Q,PM⊥切线l交对称轴于点M,则焦点F是QM的中点.
2.椭圆的光学性质
如图3,从椭圆的一个焦点发出的光线,被椭圆反射后,必定经过另一个焦点;如图4,椭圆在点P处的切线为l,直线PQ⊥l交直线F1F2于点Q,则PQ平分∠F1PF2,由角平分线性质定理,=.
3.双曲线的光学性质
如图5,从双曲线的一个焦点发出的光线,被双曲线反射后,反射光线的反向延长线交于另一个焦点;如图6,双曲线在点P处的切线l与直线F1F2相交于点Q,则PQ平分∠F1PF2,由角平分线性质定理,=.
(1)(2026·江西南昌质检)如图所示,椭圆具有这样的光学性质:从椭圆的一个焦点发出的光线,经椭圆反射后,反射光线经过椭圆的另一个焦点.已知曲线C:x2+4y2=4的左、右焦点分别为F1,F2,直线l与椭圆C相切于点P,且|PF1|=1,过点P与直线l垂直的直线l'与椭圆的长轴交于点M,则|F1M|∶|F2M|=(  )
A.∶ B.1∶
C.1∶3 D.1∶
(2)(2026·山东青岛调研)双曲线的光学性质是:从双曲线的一个焦点发出的光线,被双曲线反射后,反射光线的反向延长线交于另一个焦点.已知双曲线C:-=1的左、右焦点分别为F1,F2,从F2发出的光线射向C上的点P(8,y0)后被反射,则入射光线与反射光线夹角的余弦值是    .
听课记录
1.过椭圆+=1上的点A(3,-1)作椭圆的切线l,则过A点且与直线l垂直的直线方程为(  )
A.x-y-3=0 B.x+y-2=0
C.2x+3y-3=0 D.3x-y-10=0
2.已知过点P(1,2)可作双曲线C:-=1(a>0,b>0)的两条切线,若两个切点分别在双曲线C的左、右两支上,则该双曲线的离心率的取值范围为(  )
A.(,+∞) B.(1,)
C.(1,) D.(,+∞)
3.在平面直角坐标系xOy中,直线l与抛物线x2=2py(p>0),单位圆O分别相切于A,B两点,当|AB|最小时,p=(  )
A.2  B.2 C.  D.
4.抛物线的光学性质:从焦点出发的光线,经过抛物线上的一点(不同于顶点)反射后,反射光线平行于抛物线的轴,现有抛物线C:y2=2px(p>0),一平行于x轴的光线射向抛物线,经抛物线两次反射之后,又沿着x轴方向射出,若两平行线间的距离的最小值为8,则抛物线的方程为(  )
A.y2=2x B.y2=4x
C.y2=8x D.y2=16x
5.已知椭圆C1:+y2=1,点B为C1在第一象限中的任意一点,过B作C1的切线l,l分别与x轴和y轴的正半轴交于C,D两点,则△OCD面积的最小值为(  )
A.1 B.
C. D.2
6.如图,已知点P(x0,y0)是双曲线C1:-=1上的点,过点P作椭圆C2:+=1的两条切线,切点为A,B,直线AB交C1的两渐近线于点E,F,O是坐标原点,则·=    .
7.智慧的人们在进行工业设计时,巧妙地利用了圆锥曲线的光学性质,比如电影放映机利用椭圆镜面反射出聚焦光线,探照灯利用抛物线镜面反射出平行光线.如图所示,从双曲线右焦点F2发出的光线通过双曲线镜面反射出发散光线,且反射光线的反向延长线交于左焦点F1.已知双曲线的离心率为,则当入射光线F2P和反射光线PE互相垂直时(其中P为入射点),tan∠F1F2P=    .
微专题 圆锥曲线的切线与光学性质
【例1】 (1)C (2)C 解析:(1)法一 由题意可知切线的斜率存在,所以设切线方程为y-=k(x-1),将y-=k(x-1)代入+=1中得,3x2+4[k(x-1)+]2=12,化简整理得(3+4k2)x2+(12k-8k2)x+4k2-12k-3=0,令Δ=(12k-8k2)2-4(3+4k2)(4k2-12k-3)=0,化简整理得4k2+4k+1=0,解得k=-,所以切线方程为y-=-(x-1),即x+2y-4=0.
法二 因为P在第一象限,+=1可化为y=·,y'=·=-·.k=y'|x=1=-,所以切线方程为y-=-(x-1),即x+2y-4=0.
法三 由+=1的切线方程为+=1,得在点P( 1,)处的切线方程为+=1,整理得x+2y-4=0.
(2)因为抛物线C:y2=4x的准线为l,所以l的方程为x=-1,A(-1,0),设过点A的抛物线的一条切线为x=my-1,m>0,由消x得y2-4my+4=0,所以Δ=(-4m)2-4×4=0,解得m=1,所以y2-4y+4=0,解得y=2,即yB=2,同理当m<0时,|yB|=2,所以△OAB的面积为×1×2=1.
【例2】 (1)A (2)2x-y-2=0
解析:(1)由题意可得,F(0,-2),则p=4,抛物线方程为x2=-8y,准线方程为y==2.由题意,直线AB的斜率存在,设直线AB的方程为y=kx-2,设A(x1,y1),B(x2,y2),其中y1=-,y2=-,由y=-,得y'=-.∴在点A处的切线方程为y-y1=-(x-x1),化简得y=-x+ ①,同理可得在点B处的切线方程为y=-x+ ②,联立①②得xM=,由M的横坐标为4,得x1+x2=8,将AB的方程代入抛物线方程,可得x2+8kx-16=0,∴Δ=64k2+64>0,x1+x2=-8k=8,得k=-1,∴y1+y2=k(x1+x2)-4=-1×8-4=-12,则|AB|=|AF|+|BF|=-y1+-y2=p-(y1+y2)=4-(-12)=16.故选A.
(2)如图所示,
法一 根据题意,设切点坐标为A(x1,y1),B(x2,y2),根据结论:若点P0(x0,y0)在双曲线-=1(a>0,b>0)上,则过点P0的双曲线的切线方程是-=1.则可得切线PA,PB的方程分别为x1x-=1,x2x-=1.又因为点P(1,1)在切线上,可得x1-=1,x2-=1.因此A(x1,y1),B(x2,y2)在直线x-=1上,可知直线AB的方程为x-=1,即2x-y-2=0.
法二 可直接利用结论:若点P0(x0,y0)在双曲线-=1(a>0,b>0)外,过点P0作双曲线的两条切线,切点为点P1,P2,则切点弦P1P2的直线方程是-=1,可得直线AB的方程为x-=1,即2x-y-2=0.
【例3】 (1)C (2) 解析:(1)由椭圆的定义,|PF1|+|PF2|=4,又|PF1|=1,所以|PF2|=3,根据椭圆的光学性质,PM是∠F1PF2的平分线,所以==.
(2)如图,F1(-5,0),F2(5,0),将P(8,y0)代入-=1可得y0=±3,不妨设P(8,3),则|PF1|==14,由双曲线定义,|PF1|-|PF2|=8,所以|PF2|=|PF1|-8=6,显然|F1F2|=10,所以cos∠F1PF2==,由题意,反射光线所在的直线即为直线PF1,所以入射光线与反射光线夹角的余弦值是.
强化训练
1.B 2.B 
3.C 令A(x0,y0),则|AB|==,y=,y'=,则k=,切线为y-y0=(x-x0),即2x0x-2py-=0,直线又与单位圆相切,则=1,即p=,则|AB|==≥=2,当且仅当-1=,即=3,即y0=,p=时取“=”.故选C.
4.C 设P(x1,y1),Q(x2,y2),设两平行线间的距离为d,由题意可知,d=|y1-y2|,因为F( ,0),而直线PQ过点F,则设直线PQ的方程为x=my+,m∈R,因为消去x得y2-2pmy-p2=0,由根与系数的关系可得y1+y2=2pm,y1y2=-p2,则d=|y1-y2|===2p≥2p,所以两平行线间的最小距离为2p=8,故抛物线方程为y2=8x.
5.C 设B(x1,y1)(x1>0,y1>0),由题意得,过点B的切线l的方程为+y1y=1,令y=0,可得C( ,0),令x=0,可得D( 0,),所以△OCD的面积S=××=,又点B在椭圆上,所以+=1,所以S===+≥2=,当且仅当=,即x1=1,y1=时等号成立,所以△OCD面积的最小值为.
6.1 解析:椭圆C2关于点P(x0,y0)的切点弦AB的方程为+=1,即3x0x+4y0y=12,由解得E(,),同理F(,),则·=+==1.
7.2+ 解析:如图,因为双曲线的离心率为,所以不妨设其方程为x2-y2=1,则F2(,0),由题意,PF1⊥PF2,所以点P在圆x2+y2=2上,不妨设P在第一象限,联立解得x=±,y=±,所以P( ,),设∠F1F2P=α,则直线PF2的斜率k=tan(π-α)=-tan α===--2,所以tan α=2+.
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微专题 圆锥曲线的切线与光学性质
圆锥曲线的切线问题
1. 解决圆锥曲线的切线问题的常用方法
(1)几何法:比如求圆的切线,常用圆心到直线的距离等于半径来求
解;
(2)代数法:比如涉及椭圆的切线问题,常联立直线与椭圆的方程根据Δ
=0来求解;比如涉及抛物线的切线问题,有时也可以通过求导求解.
2. 圆锥曲线的切线和切点弦的相关结论
(1)设P(x0,y0)为圆x2+y2=r2上的点,则过该点的切线方程为xx0+
yy0=r2;
(2)设P(x0,y0)为椭圆 + =1上的点,则过该点的切线方程为
+ =1;
(3)设P(x0,y0)为双曲线 - =1上的点,则过该点的切线方程为
- =1;
(4)设P(x0,y0)为抛物线y2=2px上的点,则过该点的切线方程为yy0
=p(x+x0);
(5)设P(x0,y0)为圆x2+y2=r2外一点,则切点弦的方程为xx0+yy0
=r2;
(6)设P(x0,y0)为椭圆 + =1外一点,过该点作椭圆的两条切
线,切点为A,B,则弦AB的方程为 + =1;
(7)设P(x0,y0)为双曲线 - =1外一点,过该点作双曲线的两条
切线,切点为A,B,则切点弦AB的方程为 - =1;
(8)设P(x0,y0)为抛物线y2=2px外一点,过该点作抛物线的两条切
线,切点为A,B,则切点弦AB的方程为yy0=p(x+x0).
角度1 切线问题
(1)〔一题多解〕已知椭圆方程为 + =1,则该椭圆在点P
( 1, )处的切线方程为( C )
A. x-2y+4=0 B. 2x-y+4=0
C. x+2y-4=0 D. 2x+y-4=0
C
解析: 法一 由题意可知切线的斜率存在,所以设切线方程为y- =k
(x-1),将y- =k(x-1)代入 + =1中得,3x2+4[k(x-
1)+ ]2=12,化简整理得(3+4k2)x2+(12k-8k2)x+4k2-12k-
3=0,令Δ=(12k-8k2)2-4(3+4k2)(4k2-12k-3)=0,化简整
理得4k2+4k+1=0,解得k=- ,所以切线方程为y- =- (x-
1),即x+2y-4=0.
法二 因为P在第一象限, + =1可化为y= · ,y'=
· =- · .k=y'|x=1=- ,所以切线方程为y- =-
(x-1),即x+2y-4=0.
法三 由 + =1的切线方程为 + =1,得在点P( 1, )处的
切线方程为 + =1,整理得x+2y-4=0.
(2)抛物线C:y2=4x的准线为l,l与x轴交于点A,过点A作抛物线的
一条切线,切点为B,则△OAB的面积为( C )
A. B. C. 1 D. 2
C
解析:因为抛物线C:y2=4x的准线为l,所以l的方程为x=-1,A(-
1,0),设过点A的抛物线的一条切线为x=my-1,m>0,由
消x得y2-4my+4=0,所以Δ=(-4m)2-4×4=0,解
得m=1,所以y2-4y+4=0,解得y=2,即yB=2,同理当m<0时,|
yB|=2,所以△OAB的面积为 ×1×2=1.
角度2 切点弦问题
(1)已知抛物线C:x2=-2py(p>0)的焦点F与 + =1的一
个焦点重合,过焦点F的直线与C交于A,B两不同点,抛物线C在A,B
两点处的切线相交于点M,且M的横坐标为4,则弦|AB|=( A )
A. 16 B. 26 C. 14 D. 24
A
解析: 由题意可得,F(0,-2),则p=4,抛物线方程为x2=-8y,
准线方程为y= =2.由题意,直线AB的斜率存在,设直线AB的方程为y
=kx-2,设A(x1,y1),B(x2,y2),其中y1=- ,y2=- ,由
y=- ,得y'=- .∴在点A处的切线方程为y-y1=- (x-x1),
化简得y=- x+  ①,同理可得在点B处的切线方程为y=- x+
 ②,联立①②得xM= ,由M的横坐标为4,得x1+x2=8,将
AB的方程代入抛物线方程,可得x2+8kx-16=0,∴Δ=64k2+64>0,x1
+x2=-8k=8,得k=-1,∴y1+y2=k(x1+x2)-4=-1×8-4=-
12,则|AB|=|AF|+|BF|= -y1+ -y2=p-(y1+y2)=4
-(-12)=16.故选A.
(2)〔一题多解〕已知P(1,1)是双曲线x2- =1外一点,过P引双
曲线的两条切线PA,PB,A,B为切点,则直线AB的方程为
.
解析: 如图所示,
2x-y-
2=0 
法一 根据题意,设切点坐标为A(x1,y1),B(x2,y2),根据结论:
若点P0(x0,y0)在双曲线 - =1(a>0,b>0)上,则过点P0的双
曲线的切线方程是 - =1.则可得切线PA,PB的方程分别为x1x-
=1,x2x- =1.又因为点P(1,1)在切线上,可得x1- =1,x2
- =1.因此A(x1,y1),B(x2,y2)在直线x- =1上,可知直线
AB的方程为x- =1,即2x-y-2=0.
法二 可直接利用结论:若点P0(x0,y0)在双曲线 - =1(a>0,b
>0)外,过点P0作双曲线的两条切线,切点为点P1,P2,则切点弦P1P2
的直线方程是 - =1,可得直线AB的方程为x- =1,即2x-y-
2=0.
圆锥曲线的光学性质
1. 抛物线的光学性质
如图1,从抛物线的焦点F发出的光线,被抛物线反射后,得到的是一
系列的与抛物线对称轴平行(或重合)的光线;如图2,设抛物线在点
P处的切线l交对称轴于点Q,PM⊥切线l交对称轴于点M,则焦点F是
QM的中点.
2. 椭圆的光学性质
如图3,从椭圆的一个焦点发出的光线,被椭圆反射后,必定经过另一个
焦点;如图4,椭圆在点P处的切线为l,直线PQ⊥l交直线F1F2于点Q,
则PQ平分∠F1PF2,由角平分线性质定理, = .
3. 双曲线的光学性质
如图5,从双曲线的一个焦点发出的光线,被双曲线反射后,反射光线的
反向延长线交于另一个焦点;如图6,双曲线在点P处的切线l与直线F1F2
相交于点Q,则PQ平分∠F1PF2,由角平分线性质定理, =
.
(1)(2026·江西南昌质检)如图所示,椭圆具有这样的光学性质:
从椭圆的一个焦点发出的光线,经椭圆反射后,反射光线经过椭圆的另一
个焦点.已知曲线C:x2+4y2=4的左、右焦点分别为F1,F2,直线l与椭
圆C相切于点P,且|PF1|=1,过点P与直线l垂直的直线l'与椭圆的长
轴交于点M,则|F1M|∶|F2M|=( C )
A. ∶ B. 1∶
C. 1∶3 D. 1∶
C
解析: 由椭圆的定义,|PF1|+|PF2|=4,又|PF1|=1,所以|
PF2|=3,根据椭圆的光学性质,PM是∠F1PF2的平分线,所以
= = .
(2)(2026·山东青岛调研)双曲线的光学性质是:从双曲线的一个焦点
发出的光线,被双曲线反射后,反射光线的反向延长线交于另一个焦点.
已知双曲线C: - =1的左、右焦点分别为F1,F2,从F2发出的光线
射向C上的点P(8,y0)后被反射,则入射光线与反射光线夹角的余弦值
是 .
 
解析:如图,F1(-5,0),F2(5,0),将P(8,
y0)代入 - =1可得y0=±3 ,不妨设P(8,
3 ),则|PF1|= =14,由双曲线定义,|PF1|-|PF2|=8,所以|PF2|=|PF1|-8=6,显然|F1F2|=10,所以 cos ∠F1PF2= = ,由题意,反射光线所在的直线即为直线PF1,所以入射光线与反射光线夹角的余弦值是 .
1. 过椭圆 + =1上的点A(3,-1)作椭圆的切线l,则过A点且与直
线l垂直的直线方程为(  )
A. x-y-3=0 B. x+y-2=0
C. 2x+3y-3=0 D. 3x-y-10=0
解析:  过椭圆 + =1上的点A(3,-1)的切线l的方程为 +
=1,即x-y-4=0,切线l的斜率为1.与直线l垂直的直线的斜率为
-1,过A点且与直线l垂直的直线方程为y+1=-(x-3),即x+y-
2=0.

2. 已知过点P(1,2)可作双曲线C: - =1(a>0,b>0)的两条
切线,若两个切点分别在双曲线C的左、右两支上,则该双曲线的离心率
的取值范围为(  )
A. ( ,+∞) B. (1, )
C. (1, ) D. ( ,+∞)

解析:  要满足题意,点P(1,2)必须在渐近线y= x与y轴围成的区
域内,且不能在渐近线及y轴上,所以必须满足 <2,所以e= =
= < ,又e>1,所以1<e< .
3. 在平面直角坐标系xOy中,直线l与抛物线x2=2py(p>0),单位圆
O分别相切于A,B两点,当|AB|最小时,p=(  )
A. 2 B. 2
C. D.

解析: 令A(x0,y0),则|AB|= =
,y= ,y'= ,则k= ,切线为y-y0= (x-
x0),即2x0x-2py- =0,直线又与单位圆相切,则 =1,即
p= ,则|AB|= = ≥ =
2 ,当且仅当 -1= ,即 =3,即y0= ,p= 时取
“=”.故选C.
4. 抛物线的光学性质:从焦点出发的光线,经过抛物线上的一点(不同于
顶点)反射后,反射光线平行于抛物线的轴,现有抛物线C:y2=2px(p
>0),一平行于x轴的光线射向抛物线,经抛物线两次反射之后,又沿着
x轴方向射出,若两平行线间的距离的最小值为8,则抛物线的方程为
(  )
A. y2=2x B. y2=4x
C. y2=8x D. y2=16x

解析:  设P(x1,y1),Q(x2,y2),设两平行线间
的距离为d,由题意可知,d=|y1-y2|,因为F( ,
0),而直线PQ过点F,则设直线PQ的方程为x=my+
,m∈R,因为 消去x得y2-2pmy-p2=0,由根与系数的关系可得y1+y2=2pm,y1y2=-p2,则d=|y1-y2|= = =2p
≥2p,所以两平行线间的最小距离为2p=8,故抛物线方程为y2=8x.
5. 已知椭圆C1: +y2=1,点B为C1在第一象限中的任意一点,过B作
C1的切线l,l分别与x轴和y轴的正半轴交于C,D两点,则△OCD面积
的最小值为(  )
A. 1 B. C. D. 2

解析:  设B(x1,y1)(x1>0,y1>0),由题意得,过点B的切线l
的方程为 +y1y=1,令y=0,可得C( ,0),令x=0,可得D
( 0, ),所以△OCD的面积S= × × = ,又点B在椭圆
上,所以 + =1,所以S= = = + ≥2 =
,当且仅当 = ,即x1=1,y1= 时等号成立,所以△OCD面积
的最小值为 .
6. 如图,已知点P(x0,y0)是双曲线C1: - =1上的点,过点P作
椭圆C2: + =1的两条切线,切点为A,B,直线AB交C1的两渐近线
于点E,F,O是坐标原点,则 · = .
1 
解析:椭圆C2关于点P(x0,y0)的切点弦AB的方程为 + =1,即
3x0x+4y0y=12,
由 解得E( , ),同理F
( , ),则 · = + = =1.
7. 智慧的人们在进行工业设计时,巧妙地利用了圆锥曲线的光学性质,比
如电影放映机利用椭圆镜面反射出聚焦光线,探照灯利用抛物线镜面反射
出平行光线.如图所示,从双曲线右焦点F2发出的光线通过双曲线镜面反
射出发散光线,且反射光线的反向延长线交于左焦点F1.已知双曲线的离
心率为 ,则当入射光线F2P和反射光线PE互相垂直时(其中P为入射
点),tan∠F1F2P= .
2+  
解析:如图,因为双曲线的离心率为 ,所以不妨设其方
程为x2-y2=1,则F2( ,0),由题意,PF1⊥PF2,所
以点P在圆x2+y2=2上,不妨设P在第一象限,联立
解得x=± ,y=± ,所以P( ,
),设∠F1F2P=α,则直线PF2的斜率k=tan(π-α)=-tan α= = =- -2,所以tan α=2+ .
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