如何建立圆锥曲线中的不等关系

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如何建立圆锥曲线中的不等关系

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如何建立圆锥曲线中的不等关系
在有关圆锥曲线的参数范围问题、最值问题、存在性等问题中,建立不等关系是解题过程的一个难点。本文归纳整理几种常用的方法,共参考。
一. 利用判别式
挖掘条件中隐含着的一元二次方程的根的存在性,利用判别式建立不等关系。
例1. 已知椭圆C:,若椭圆上存在不同两点关于直线对称,求m的取值范围。
解:设椭圆上存在两点A(),B()关于已知直线对称,并设AB的中点为P(a,b),直线AB与椭圆C应有两个不同的交点,依次可用判别式大于零建立不等关系。
两式作差,整理得
而,
所以,即P(a,3a)。又P在直线上,则
于是点P的坐标为(),直线AB的方程为

代入椭圆方程中消去y,得

解得
二. 利用曲线的几何性质
将所考虑的参数与圆锥曲线自身的范围联系起来,得到不等关系。
例2. (1992年高考题)已知椭圆,点A、B是椭圆上两点,线段AB的垂直平分线与x轴相交于点P(),求的取值范围。
解:设A(),B(),AB的中点为M(m,n),则,且
(1)
(2)
(1)-(2)整理得
由于,故

由此得,其中
由椭圆的几何性质知(等号不同时成立),
所以,
从而
三. 利用已知参数的范围
寻找待求参数与已知参数的关系,利用已知参数的范围建立不等关系。
例3. (2000年全国高考题)如图1,已知梯形ABCD中,,点E分有向线段所成的比为p,双曲线过C、D、E三点且以A、B为焦点,当时,求双曲线离心率e的取值范围。
解:建立如图1所示的直角坐标系,设双曲线的方程为:
图1

A(),B(c,0),C(,h),E(m,n),
其中
由定比分点公式得
将C、E的坐标代入双曲线的方程得
由(1)得,代入(2),化简整理得
由,知,
解得
四. 利用平面几何知识
充分挖掘几何条件,利用平面几何中的有关知识建立不等关系。
例4. 已知双曲线的离心率,左右焦点分别为,左准线为,是否在双曲线的左支上存在一点P,使得是P到的距离d与的比例中项?
解:若存在点P满足条件,则
(1)
由双曲线的第一定义知
(2)
由双曲线的第二定义知
(3)
由平面几何知识可得
(4)
由(1)(2)(3)解得
代入(4)可得。故不存在满足条件的点P。
五. 利用均值不等式
例5. 给定椭圆,求与这椭圆有公共焦点的双曲线,使得以它们的交点为顶点的四边形的面积最大,最大面积是多少?
图2
解:设公共上焦点为F(0,c),双曲线的方程为,其中,第一象限的一个公共点为M(x,y)()。由第二定义得


二者相等得,代入椭圆方程中得。所以

四边形的最大面积是。
此时,
双曲线的方程为
六. 利用点在曲线内部的相关结论
例6. 已知的顶点B为椭圆短轴的一个端点,另两个顶点A、C在椭圆上,若的重心恰为椭圆的一个焦点,求该椭圆离心率e的取值范围。
解:设椭圆为(),B(0,b),F(c,0)为的重心,M为AC的中点,则BM:MF=-3。由定比分点公式得点M的坐标为()。而M必在椭圆内部,则

即,解得。
七. 数形结合
从“形”的角度解决“数”的问题,数形结合,可优化解题过程,起到事半功倍之效。
例7. 椭圆的焦点为,点P为其上的动点,当为钝角时,求点P横坐标的取值范围。
解:考虑为直角时P的坐标。如图3,以为直径作圆,当点P在圆上时,为直角;当P在圆内时,为钝角。
图3

解得
所以P的横坐标的范围是。
八. 利用函数的单调性
建立所考虑的参数与某个变量的函数关系,利用函数的单调性得到不等关系。
例8. 已知直线与抛物线相交于两点A、B,直线与x轴的交点在抛物线准线的右侧,O为坐标原点,且。若,求p的取值范围。
解:由直线与x轴的交点在准线右侧得。
设A(),B(),
由相交知恒成立,

因为,所以

可得
所以
由,知。
结合得p的定义域为。

令,
易知函数在[1,2)上是减函数,在(2,3]上是增函数。
从而或。
所以当时,;
当时,。

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