2019届高三数学备考冲刺140分问题35圆锥曲线中的最值、范围问题(含解析).doc
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1、1问题 35 圆锥曲线中的最值、范围问题一、考情分析与圆锥曲线有关的范围、最值问题,各种题型都有,既有对圆锥曲线的性质、曲线与方程关系的研究,又对最值范围问题有所青睐,它能综合应用函数、三角、不等式等有关知识,紧紧抓住圆锥曲线的定义进行转化,充分展现数形结合、函数与方程、化归转化等数学思想在解题中的应用二、经验分享1. 解决圆锥曲线中的取值范围问题应考虑的五个方面(1)利用圆锥曲线的几何性质或判别式构造不等关系,从而确定参数的取值范围;(2)利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是建立两个参数之间的等量关系;(3)利 用隐含的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;(4)利用
2、已知的不等关系构造不等式,从而求出参数的取值范围;(5)利用求函数的值域的方法将待求量表示为其他变量的函数,求其值域,从而确定参数的取值范围2. 处理圆锥曲线最值问题的求解方法圆锥曲线中的最值问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两种方法:一是利用几何法,即通过利用曲线的定义、几何性 质以及平面几何中的定理、性质等进行求解;二是利用代数法,即把要求最值的几何量或代数表达 式表示为某个(些 )参数的函数(解析式),然后利用函数方法、不等式方法等进行求解三、知识拓展1.已知 P 是椭圆 C: 210xyab一点,F 是该椭圆焦点,则 ,bOPacFac;2.已知 P 是双曲线 C: 210,x
3、yab一点,F 是该椭圆焦点,则 ,ac;双曲线C 的焦点弦的最小值为2min,.四、题型分析(一) 利用圆锥曲线定义求最值借助圆锥曲线定义将最值问题等价转化为易求、易解、易推理证明的问题来处理【例 1】已知 (40),2)AB, , 是椭圆2159xy内的两个点, M是椭圆上的动点,求 MAB的最大2值和最小值【分析】很容易想到联系三角形边的关系,无论 AMB、 、 三点是否共线,总有 MAB,故取不到等号,利用椭圆定义合理转化可以起到柳暗花明又一村的作用【解析】由已知得 (40)A, 是椭圆的右焦点,设左焦点为 (40)F, 根据椭圆定义得=21MBaFMB,因为 210BF,所以 BF1
4、0,故 的最小值和最大值分别为 12和 .【点评】涉及到椭圆焦点的题目,应想到椭圆定义转化条件,使得复杂问题简单化【小试牛刀】【山东省济宁市 2019 届高三第一次模拟】已知双曲线 的左、右焦点分别为 ,实轴长为 4,渐近线方程为 ,点 N 在圆 上,则的最小值为( )A B5 C6 D7【答案】B【解析】由题意可得 2a4,即 a2,渐近线方程为 y x,即有 ,即 b1,可得双曲线方程为 y21,焦点为 F1( ,0) ,F 2, ( ,0) , 由双曲线的定义可得|MF 1|2a+|MF 2|4+|MF 2|,由圆 x2+y24y0 可得圆心 C(0,2) ,半径 r2,|MN|+|MF
5、1|4+|MN|+|MF 2|,连接 CF2,交双曲线于 M,圆于 N,可得|MN|+|MF 2|取得最小值,且为|CF 2| 3,则则|MN|+|MF 1|的最小值为 4+325故选:B3(二) 单变量最值问题转化为函数最值建立目标函数求解圆锥曲线的范围、最值问题,是常规方法,关键是选择恰当的变量为自变量【例 2】已知椭圆 C: 210xyab的两焦点与短轴的一个端点的连线构成等腰直角三角形,直线 01yx与以椭圆 C 的右焦点为圆心,以椭圆的长半轴长为半径的圆相切.(1)求椭圆的方程.(2)设 P为椭圆上一点,若过点 )0,2(M的直线 l与椭圆 E相交于不同的两点 S和 T,且满足OtT
6、S(O 为坐标原点),求实数 t的取值范围.【分析】 (1)由题意可得圆的方程为 22)(aycx,圆心到直线 01yx的距离 dac21;根据椭圆 )0(1:2bayxC的两焦点与短轴的一个端点的连线构成等腰直角三角形, b=c, cba2代入*式得 c,即可得到所求椭圆方程;()由题意知直线 L的斜率存在,设直线L方程为 )(xky,设 0yxp,将直线方程代入椭圆方程得: 028212kxk,根据 08162814622kk得到 2k;设 1,yS, 2T应用韦达定理221221,8xkx.讨论当 k=0, t的情况,确定 t的不等式.【解析】 (1)由题意:以椭圆 C 的右焦点为圆心,
7、以椭圆的长半轴长为半径的圆的方程为22)(aycx,圆心到直线 01x的距离 dac21*4椭圆 )0(1:2bayxC的两焦点与短轴的一个端点的连线构成等腰直角三角形, b=c, cba代入*式得 c 2ba 故所求椭圆方程为 .12yx ()由题意知直线 L的斜率存在,设直线 L方程为 )2(xky,设 0,yxp将直线方程代入椭圆方程得: 08122xk 682462k 12k设 1,yxS, 2T则 221221 8,8kxkx8 分当 k=0 时,直线 l 的方程为 y=0,此时 t=0, OPtTS成立,故,t=0 符合题意.当 0t时得 2210 221210 814)4(kxt
8、x kxyty ,820ktx20kty 将上式代入椭圆方程得: 1)(6)1(32224ktt整理得: 2216kt由 2k知 40t所以 t( , )【点评】确定椭圆方程需要两个独立条件,从题中挖掘关于 abc、 、 的等量关系;直线和椭圆的位置关系5问题,往往要善于利用韦达定理设而不求,利用点 P在椭圆上和向量式得 ()tfk,进而求函数值域【小试牛刀】 【吉林省吉林市 2018 届高三第三次调研】已知椭圆2:10)xyCab的离心率是32,且椭圆经过点 0,1(1)求椭圆 C的标准方程;(2)若直线 1l: 2xy与圆 2:640Dxym相切:()求圆 D的标准方程;()若直线 2l过
9、定点 30, ,与椭圆 C交于不同的两点 ,EF,与圆 D交于不同的两点 ,MN,求EFMN的取值范围【解析】(1) 椭圆经过点 0,1, 21b,解得 2, 3,2eca,241,解得 24a 椭圆 C的标准方程为214xy(2) (i)圆 D的标准方程为 2313xym,圆心为 3,,直线 1l: 20xy与圆 D相切,圆 的半径 5r, 圆 D的标准方程为 223xy ()由题可得直线 2l的斜率存在, 设 23lykx方 程 为 ,由2 14ykx消去 y整理得 22214640kx,直线 2l与椭圆 C交于不同的两点 ,EF,6 22 241436150kkk,解得 05设 12,E
10、xyF, 则212124364,kkx 2222 211436411kkEFkx22154k, 又圆 D的圆心 3,到直线 2:30lky的距离 22dkk, 圆 截直线 2l所得弦长2251MNr, 2224215481kkkEFN, 设 291,5tk则 24, 2215148950tEFMNtt, 91,5t,20tt,6, EFN的取值范围为 ,8(三) 二元变量最值问题转化为二次函数最值利用点在二次曲线上,将二元函数的最值问题转化为一元函数的最值问题来 处理【例 2】若点 O、 F 分别为椭圆2143xy的中心和左焦点,点 P 为椭圆上的任一点,则 OPF的最大值7为 【分析】设点
11、Pxy( , ) ,利用平面向量数量积坐标表示,将 OPF用变量 xy, 表示,借助椭圆方程消元,转化为一元函数的最值问题处理【解析】设 xy( , ) ,则 OF= 221xyxy( ,又点 P 在椭圆上,故2143xy,所以22 231344x(,又-2 x2,所以当 x=2 时, 21取得最大值为 6,即 P的最大值为 6,故答案为:6【点评】注意利用“点在椭圆上”这个条件列方程【小试牛刀】 【湖南省益阳市 2019 届高三上学期期末】已知定点 及抛物线上 的动点 ,则(其中 为抛物线 的焦点)的最大值为( )A2 B C D3【答案】C【解析】方法一:作 准线 于 ,则 .设 倾斜角为
12、 ,则.当 与 相切时, 取最大值,由代入抛物线 得 ,解得 或 .故 最大值为 4,即 最大值为 5.即 最大值为.故选 .方法二:作 准线 于 ,则 ,设 , ,则8,则 取最大值,只需 取最大值,又 表示 的斜率 ,所以 取最大值时,直线 与抛物线相切,由 代入抛物线 得, ,解得 或 .故 最大值为 4,即最大值为 5. 即 最大值为 .故选 .(四) 双参数最值问题该类问题往往有三种类型:建立两个参数之间的等量关系和不等式关系,通过整体消元得到参数的取值范围;建立两个参数的等量关系,通过分离参数,借助一边变量的范围,确定另一个参数的取值范围;建立两个参数的等量关系,通过选取一个参数为
13、自变量,令一个变量为参数(主元思想),从而确定参数的取值范围【例 3】在平面直角坐标系 xOy中,已知椭圆 :21()xyab 的离心率 ,且 椭 圆 C 上 一 点C32e到 点 Q 的 距 离 最 大 值 为 4,过 点 的 直 线 交 椭 圆 于 点N03( , ) 3,0M( ) .AB、()求椭圆 C 的方程;()设 P 为椭圆上一点,且满足 OABtP(O 为坐标原点),当 3 时,求实数 的取值范围.t【分析】第一问,先利用离心率列出表达式找到 a与 b的关系,又因为椭圆上的 N点到点 Q的距离最大值为4,利用两点间距离公式列出表达式,因为 N在椭圆上,所以 224xy,代入表达
14、式,利用配方 法求最大值,从而求出 21b,所以 24a,所以得到椭圆的标准方程;第二问,先设 APB点坐标,由题意设出直线 AB方程,因为直线与椭圆相交,列出方程组,消参韦达定得到两根之和、两根之积,用坐标表示OtP得出 ,xy,由于点 P在椭圆上,得到一个表达式,再由 |3,得到一个表达式,2 个表达式联立,得到 的取值范围.【解析】 ()223,4cabe 2,ab 9则椭圆方程为21,4xyb即 224.xyb设 (,)Ny则 22220(3)4(3)Qxyby3649(1)yb当 1时, N有最大值为 2, 解得 2,b 24a,椭圆方程是 214xy ()设 12(,)(,)(,A
15、xyBPAB方程为 (3),kx由 23,4ky整得 222(14)640kx. 由 24226(9)0k ,得 215 .1212234,.kxx 12(,)(,OABytxy则2124()()kxtt,121226()().(14)kykxttt由点 P 在椭圆上,得 2224,()()tktk化简得 2236(14)ktk 又由 123,ABx 即 2114,xx 将 12x, 1代入得242 2(64)(1) ,)kk化简,得 22(8)63)0,k则 22180,8 , 15 由,得 222369,4ktk10联立,解得 234,t 3t 或 2.t 【点评】第一问中转化为求二次函数
16、最大值后,要注意变量取值范围;第二问利用点 P 在椭圆上,和已知向量等式得变量 ,kt的等量关系,和变量 ,kt的不等关系联立求参数 的取值范围 t【小试牛刀】已知圆 )0(2:2ryxM,若椭圆 )0(1:2bayxC的右顶点为圆的圆心,离心率为 .(1)求椭圆 C的方程;(2)若存在直线 kxyl:,使得直线 l与椭圆 C分别交于 BA,两点,与圆 M分别交于 HG,两点,点 在线段 AB上,且 HG,求圆 M的半径 r的取值范围.【解析】 (1)设椭圆的焦距为 2c,因为 1,2,bca所以椭圆的方程为 1:2yxC.(2)设 ),(),(21ByA,联立方程得 02xk所以 )1(2
17、则 222121 1)(8)(,0kkABxx又点 )0,2(M到直线 l的距离 21kd, 则 221krGH显然,若点 H也在线段 AB上,则由对称性可知,直线 kxy就是 y 轴,与已知矛盾,所以要使 BHAG,11只要 GHAB,所以 )1321(32)(12)(142)(8 242422 kkkkrr当 0时, r.当 k时, )21()31(224k3,又显然 )(242r,所以 3r.综上,圆 M的半径 r的取值范围是 ),.圆锥曲线中的最值、范围问题类型较多,解法灵活多变,但总体上主要有两种方法:一是利用几何方法,即通过利用曲线的定义、几何性质以及平面几何中的定理、性质等进行求
18、解;二是利用代数方法,即把要求最值的几何量或代数表达式表示为某个(些)参数的函数(解析式),然后利用函数方法、不等式方法等进行求解四、迁移运用 1 【湖南省浏阳一中、醴陵一中 2019 联考】在椭圆 上有两个动点 , 为定点,则 的最小值为( )A4 B C D1【答案】C【解析】由题意得 设椭圆上一点 ,则 , ,又 ,当 时, 取得最小值 故选 C122 【湖南省怀化市 2019 届高三 3 月第一次模拟】过抛物线 的焦点作两条互相垂直的弦 , ,则四边形 面积的最小值为( )A8 B16 C32 D64【答案】C【解析】显然焦点 的坐标为 ,所以可设直线 的方程为 ,代入 并整理得 ,所
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