圆锥曲线的定值定点问题

前言

例说运算

圆锥曲线中的定值定点问题的运算往往少不了以下的过程。

将直线(y=kx+2)代入圆锥曲线(cfrac{x^2}{4}+cfrac{y^2}{3}=1)的代入运算过程,可以如下简化:

先将圆锥曲线整理为(3x^2+4y^2-12=0),然后这样在演草纸上书写,注意对齐书写,一次运算过

(left{egin{array}{l}{3x^2}\{4(k^2x^2+4kx+4)}\{hspace{6em}-12}end{array} ight.)

一次就可以整理为((4k^2+3)x^2+16kx+4=0)

定点问题

  • 动直线(l)过定点问题

解法思路:设动直线方程(斜率存在)为(y=kx+t),由题设条件将(t)(k)表示为(t=km),得到(y=k(x+m))形式,故动直线过定点((-m,0))

  • 动曲线(C)过定点问题

解法思路:引入参变量建立曲线(C)的方程,再根据其对参变量恒成立,令其系数等于零,得出定点。

例1[定点问题]【2020届宝鸡市质检1理数第21题】已知动圆(Q)与直线(x+frac{1}{2}=0)相切,且与圆(x^2+y^2)(-2x+)(frac{3}{4})(=0)外切;

(1).求动圆(Q)的圆心轨迹(C)的方程;

[法1]:直接法,将圆(x^2+y^2-2x+frac{3}{4}=0)化为标准形式为((x-1)^2+y^2=frac{1}{4})

设动圆的圆心(Q)坐标为(Q(x,y)),由动圆(Q)与直线(x+frac{1}{2}=0)相切,且与圆((x-1)^2+y^2=frac{1}{4})外切;

可知(sqrt{(x-1)^2+y^2}=|x+frac{1}{2}|+frac{1}{2}=x+1),两边平方整理得到,(y^2=4x)

所以动圆(Q)的圆心轨迹(C)的方程为(y^2=4x)

[法2]:定义法,动圆心(Q(x,y))到定圆点((1,0))的距离为(r+frac{1}{2}),动圆心(Q(x,y))到定直线(x+frac{1}{2}=0)的距离为(r)

则动圆心(Q(x,y))到定直线(x+1=0)的距离为(r+frac{1}{2})

则动点(Q(x,y))到定点的距离与动点到定直线的距离相等,故动点的轨迹为形如(y^2=2px)的抛物线,

(cfrac{p}{2}=1),则(p=2),故(y^2=4x)

(2).已知点(P(1,2)),过点(F(1,0))且斜率存在的直线与轨迹(C)交于(A)(B)两点,直线(AP)(BP)分别交直线(x+1=0)于点(S)(T)两点,求证:以(ST)为直径的圆过定点。

分析:由题意可设直线(AB:x=my+1(m eq 0))

则由(left{egin{array}{l}{x=my+1}\{y^2=4x}end{array} ight.quad) 消去(x)得到,(y^2-4my-4=0)

(A(cfrac{y_1^2}{4},y_1))(B(cfrac{y_2^2}{4},y_2)),则由韦达定理可得,(y_1+y_2=4m)(y_1y_2=-4)

设直线(AP)(BP)的斜率分别为(k_1)(k_2),结合点(P(1,2))

则可知,(k_1=cfrac{y_1-2}{frac{y_1^2}{4}-1}=cfrac{4}{y_1+2}),同理(k_2=cfrac{4}{y_2+2})

设点(S(-1,y_{ iny{S}})),点(T(-1,y_{ iny{T}})),又直线(AP)的方程为(y-y_{ iny{S}}=k_1(x+1)),则(y_{ iny{S}}=y-k_1(x+1))

又由于此直线经过点(P(1,2)),则(y_{ iny{S}}=2-cfrac{4}{y_1+2} imes 2=2-cfrac{8}{y_1+2}=cfrac{2(y_1-2)}{y_1+2})

同理(y_{ iny{T}}=2-cfrac{8}{y_2+2}=cfrac{2(y_2-2)}{y_2+2})

从而(y_{ iny{S}}cdot y_{ iny{T}}=cfrac{2(y_1-2)}{y_1+2}cdot cfrac{2(y_2-2)}{y_2+2})

(=cfrac{4[y_1y_2-2(y_1+y_2)+4]}{y_1y_2+2(y_1+y_2)+4})(=cfrac{4(-4+2 imes 4m+4)}{-4+2 imes 4m+4}=-4)

(y_{ iny{S}}+ y_{ iny{T}}=(2-cfrac{8}{y_1+2})+(2-cfrac{8}{y_2+2}))

(=4-8(cfrac{1}{y_1+2}+cfrac{1}{y_2+2})=4-cfrac{8[(y_1+y_2)+4]}{y_1y_2-2(y_1+y_2)+4})

(=4-cfrac{8(4m+4)}{-4+2 imes 4m+4}=-cfrac{4}{m})

又由于以(ST)为直径的圆的方程为:((x+1)^2+(y-y_{ iny{S}})(y-y_{ iny{T}})=0)

(y^2-(y_{ iny{S}}+y_{ iny{T}})y+y_{ iny{S}}y_{ iny{T}}+(x+1)^2=0)

(x^2+2x-3+y^2+cfrac{4}{m}y=0①),圆的方程与(m)的取值无关,故须有(y=0)

由方程①可得,(x^2+2x-3=0),解得(x=-3)(x=1)

从而以(ST)为直径的圆恒过定点((-3,0))((1,0)).

解后反思:直径式方程((x-x_1)(x-x_2)+(y-y_1)(y-y_2)=0),[其中圆的直径的端点是(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))]

典例剖析

例2【必会例题】(A)(B)是抛物线(y^2=2px(p>0))上的两点,且(OAperp OB)

(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2)),中点(P(x_0,y_0))

(1)求(A)(B)两点的横坐标之积和纵坐标之积;

分析:(k_{OA}=cfrac{y_1}{x_1})(k_{OB}=cfrac{y_2}{x_2})

由于(OAperp OB),则有(k_{OA}cdot k_{OB}=-1),则(x_1x_2+y_1y_2=0)

又由于(y_1^2=2px_1)(y_2^2=2px_2),则有(cfrac{y_1^2}{2p}cdot cfrac{y_2^2}{2p}+y_1y_2=0)

由于(y_1 eq 0)(y_2 eq 0),故得到(y_1y_2=-4p^2)(x_1x_2=4p^2)

(2)求证:直线(AB)恒过定点;

分析:由于(y_1^2=2px_1)(y_2^2=2px_2)

所以((y_1-y_2)(y_1+y_2)=2p(x_1-x_2))

所以当(x_1 eq x_2)时,(cfrac{y_1-y_2}{x_1-x_2}=cfrac{2p}{y_1+y_2}),即(k_{AB}=cfrac{2p}{y_1+y_2})

则直线(AB:) (y-y_1=cfrac{2p}{y_1+y_2}(x-x_1)),即(y=cfrac{2px}{y_1+y_2}+y_1-cfrac{2px_1}{y_1+y_2})

所以(y=cfrac{2px}{y_1+y_2}+cfrac{y_1^2-2px_1+y_1y_2}{y_1+y_2})

由于(y_1^2=2px_1)(y_1y_2=-4p^2)

所以(y=cfrac{2px}{y_1+y_2}+cfrac{-4p^2}{y_1+y_2}),整理为(y=cfrac{2p}{y_1+y_2}(x-2p))

所以直线(AB)过定点((2p,0)),设(M(2p,0))

(x_1=x_2)时,可知(AB)方程为(x=2p),过点(M(2p,0))

综上可知,直线(AB)恒过定点(M(2p,0))

例3【衡水金卷,直线过定点类型】如图所示,已知点(A(-1,0))是抛物线的准线与(x)轴的交点,过点(A)的直线与抛物线交于点(M,N)两点,过点(M)的直线交抛物线于另一个点(Q),且直线(MQ)过点(B(1,-1)).

(1).求抛物线的方程。

分析:由题目图形可知,(cfrac{p}{2}=1),则(p=2)

故顶点在坐标原点,开口向右的抛物线的方程为(y^2=2px),即(y^2=4x)

(2).求证:直线(QN)过定点。

分析:如果直线过定点((m,n)),则直线的表达式必然应该能化为:(y-n=k(x-m))类型。

设点(M(4t^2,4t)),点(N(4t_1^2,4t_1)),点(Q(4t_2^2,4t_2))

则由题目易知直线(MN)的斜率存在,且(k_{MN}=cfrac{4t-4t_1}{4t^2-4t_1^2}=cfrac{1}{t+t_1})

从而直线(MN)的方程是(y=cfrac{1}{t+t_1}(x-4t^2)+4t)

即直线(MN)的方程是(x-(t+t_1)y+4tt_1=0)。同理可知[类比求解可得],

直线(MQ)的方程(x-(t+t_2)y+4tt_2=0)

直线(NQ)的方程(x-(t_1+t_2)y+4t_1t_2=0)

又点(A)在直线(MN)上,从而有(4tt_1=1),即(t=cfrac{1}{4t_1})

(B)在直线(MQ)上,从而有(1+(t+t_2)+4tt_2=0)

(1+(cfrac{1}{4t_1}+t_2)+4 imes cfrac{1}{4t_1}t_2=0)

化简得到(4t_1t_2=-4(t_1+t_2)-1)

代入(NQ)的方程,得到(x-(t_1+t_2)y-4(t_1+t_2)-1=0)

(y+4=cfrac{1}{t_1+t_2}(x-1)),故直线(NQ)经过定点((1,-4))

  • 抛物线(y^2=4x)上的任意点的坐标的设法一般是((x,y)),本题采用((4t^2,4t)),是抛物线的参数方程的一种。

  • 注意直线过定点的[题眼]:(y-y_0=g(k)(x-x_0)),则直线恒过定点((x_0,y_0)),其中(g(k))表示关于参数(k)的表达式,可能简单也可能复杂。

  • 延伸阅读:直线或函数恒过定点

例4【定点问题】【2019届高三理科三轮模拟训练题第7套第20题】设抛物线(C:x^2=2py(0<p<8))的焦点为(F),点(P)(C)上一点,且(PF)的中点坐标为((2,cfrac{5}{2}))

(1)求抛物线(C)的标准方程;

分析:由题意可得,(F(0,cfrac{p}{2})),设(P(x_0,y_0)),由(PF)的中点坐标为((2,cfrac{5}{2}))

得到(0+x_0=2 imes 2)(cfrac{p}{2}+y_0=2 imes cfrac{5}{2}),所以(x_0=4)(y_0=5-cfrac{p}{2})

又由于(P(x_0,y_0))在抛物线(x^2=2py)上,则有(16=2p(5-cfrac{p}{2}))

(p^2-10p+16=0),解得(p=2)(p=8)(舍去),

故抛物线(C)的方程为(x^2=4y).

(2)若动直线(l)过点(A(0,2)),且与抛物线(C)交于(M)(N)两点,点(Q)与点(M)关于(y)轴对称(点(Q)与点(N)不重合),求证:直线(QN)恒过定点。

分析:由题意可知,直线(l)的斜率存在,设直线(l:y=kx+2)(M(x_1,y_1))(N(x_2,y_2)),则(Q(-x_1,y_1))

联立(left{egin{array}{l}{x^2=4y}\{y=kx+2,}end{array} ight.) 消去(y)得到,(x^2-4kx-8=0)

显然(Delta >0),由韦达定理可知,(x_1+x_2=4k)(x_1x_2=-8)

由于(k_{QN}=cfrac{y_2-y_1}{x_2-(-x_1)}=cfrac{frac{x_2^2}{4}-frac{x_1^2}{4}}{x_2+x_1})(=cfrac{x_2-x_1}{4})

所以直线(QN)的方程为(y-y_1=cfrac{x_2-x_1}{4}(x+x_1))

(y=y_1+cfrac{x_2-x_1}{4}(x+x_1)=cfrac{x_2-x_1}{4}x+cfrac{x_1(x_2-x_1)}{4}+cfrac{x_1^2}{4})(=cfrac{x_2-x_1}{4}x+cfrac{x_1x_2}{4})

又由于(x_1x_2=-8),代入上式得到,(y=cfrac{x_2-x_1}{4}x-2)

故直线(QN)的方程为(y=cfrac{x_2-x_1}{4}x-2),即直线(QN)恒过定点((0,-2))

例5【恒过定点问题】【2019届高三理科寒假模拟试题1第20题】已知椭圆(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>b>0))的离心率为(cfrac{1}{2}),且过点(P(2,3))

(1)求椭圆(C)的标准方程;

分析:由于离心率(e=cfrac{1}{2}),故有(a:b=4:3),设椭圆(C)的方程为(cfrac{x^2}{4}+cfrac{y^2}{3}=t)

又由于点(P(2,3))在椭圆上,则有(1+3=t),即(t=4)

故椭圆(C)的标准方程为(cfrac{x^2}{16}+cfrac{y^2}{12}=1)

(2)过点(P)作两条直线(l_1)(l_2),与椭圆(C)分别交于(M)(N)(点(M)(N)与点(P)不重合),若(l_1)(l_2)的斜率之和为(-1),求证:直线(MN)恒过定点;

证明:设直线(MN)的方程为(y=kx+b),简单分析可知,当(k)不存在时,不满足要求;

联立(left{egin{array}{l}{cfrac{x^2}{16}+cfrac{y^2}{12}=1}\{y=kx+b,}end{array} ight.) 消去(y)整理得到,((4k^2+3)x^2+8kbx+4b^2-48=0)

设点(M(x_1,y_1))(N(x_2,y_2)),则有(x_1+x_2=-cfrac{8kb}{4k^2+3})(x_1x_2=cfrac{4b^2-48}{4k^2+3})

设直线(PM)(PN)的斜率分别为(k_1)(k_2),则(k_1+k_2=cfrac{kx_1+b-3}{x_1-2}+cfrac{kx_2+b-3}{x_2-2}=-1)

整理得到((2k+1)x_1x_2+(b-2k-5)(x_1+x_2)+16-4b=0),将(x_1+x_2)(x_1x_2)代入整理,

((2k+b-3)(8k+b)=0),解得(b=-2k+3)(b=-8k)

(b=-2k+3)时,直线(MN:y=kx-2k+3=k(x-2)+3)过点(P(2,3)),不合题意,舍去;

(b=-8k)时,直线(MN:y=kx-8k=k(x-8)+0)过点((8,0))

综上所述,直线(MN)恒过定点((8,0)).

例6【定值问题】已知离心率为(cfrac{1}{2})的椭圆(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>b>0))的右焦点为(F),且(C)过点((1,-frac{3}{2}))

(1)求椭圆(C)的标准方程;

分析:由题可知,(left{egin{array}{l}{frac{1}{a^2}+frac{9}{4b^2}=1}\{a^2=b^2+c^2}\{frac{c}{a}=frac{1}{2}}end{array} ight.)

解得(a=2)(b=sqrt{3}),故椭圆(C)的标准方程为(cfrac{x^2}{4}+cfrac{y^2}{3}=1).

(2)若不与(x)轴垂直的直线(l)(C)交于(M)(N)两点(点(M)(N)均在(y)轴右侧,且(M)(N)(F)不共线),坐标原点(O)到直线(l)的距离为(sqrt{3}),求( riangle MNF)的周长.[或证明:( riangle MNF)的周长为定值]

分析:由题目易知,直线(l)的斜率存在且不为零,

设其方程为(y=kx+m(k eq 0))(M(x_1,y_1))(N(x_2,y_2))

由于坐标原点(O)到直线(l)的距离为(sqrt{3}),则有(cfrac{|m|}{sqrt{1+k^2}}=sqrt{3}),即(m^2=3(1+k^2))

(left{egin{array}{l}{y=kx+m}\{cfrac{x^2}{4}+cfrac{y^2}{3}=1,}end{array} ight.) 得到((3+4k^2)x^2+8kmx+4m^2-12=0)

整理为((3+4k^2)x^2+8kmx+12k^2=0),由韦达定理得到

(x_1+x_2=-cfrac{8km}{3+4k^2})(x_1x_2=cfrac{12k^2}{3+4k^2})

(|MN|=sqrt{1+k^2}|x_1-x_2|=sqrt{1+k^2}sqrt{(x_1+x_2)^2-4x_1x_2}) (=sqrt{1+k^2}sqrt{(-cfrac{8km}{3+4k^2})^2-4 imes cfrac{12k^2}{3+4k^2}}) (=cfrac{4|m||k|}{3+4k^2})

因为(2>x_1>0)(2>x_2>0),由(x_1+x_2>0),所以(mk<0)

(|MN|=-cfrac{4mk}{3+4k^2})

(|MF|^2=(x_1-1)^2+y_1^2=(cfrac{1}{2}x_1-2)^2),则(|MF|=2-cfrac{1}{2}x_1)

同理得到,(|NF|=2-cfrac{1}{2}x_2)

(|MF|+|NF|=4-cfrac{1}{2}(x_1+x_2)=4+cfrac{4km}{3+4k^2})

所以(|MF|+|NF|+|MN|=4),即( riangle MNF)的周长为(4).

例7【定值问题】【2019届高三理科数学三轮模拟训练】已知直线(l:y=kx+1)与曲线(C:cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1(a>0,b>0))交于不同的两点,(O)为坐标原点,

(1)若(k=1)(|OA|=|OB|),求证:曲线(C)是一个圆;

证法1:设直线(l)和曲线的交点为(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))

由于(|OA|=|OB|),则有(sqrt{x_1^2+y_1^2}=sqrt{x_2^2+y_2^2}),即(x_1^2+y_1^2=x_2^2+y_2^2)

(x_1^2-x_2^2=y_2^2-y_1^2),又由于点(A)(B)在曲线(C)上,

则有(cfrac{x_1^2}{a^2}+cfrac{y_1^2}{b^2}=1)(cfrac{x_2^2}{a^2}+cfrac{y_2^2}{b^2}=1)

两式相减得到,(x_1^2-x_2^2=cfrac{a^2}{b^2}(y_2^2-y_1^2))

(cfrac{a^2}{b^2}=1),即(a^2=b^2),即曲线(C)是一个圆;

证法2:设直线(l)和曲线的交点为(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2)),则(x_1 eq x_2)

由于(|OA|=|OB|),则有(sqrt{x_1^2+y_1^2}=sqrt{x_2^2+y_2^2}),即(x_1^2+(x_1+1)^2=x_2^2+(x_2+1)^2)

整理为(2(x_1-x_2)(x_1+x_2+1)=0),所以(x_1+x_2=-1)

(left{egin{array}{l}{y=x+1}\{cfrac{x^2}{a^2}+cfrac{y^2}{b^2}=1}end{array} ight.) 得到((a^2+b^2)x^2+2a^2x+a^2(1-b^2)=0)

(Deltageqslant 0)(x_1+x_2=cfrac{-2a^2}{a^2+b^2}),所以(cfrac{-2a^2}{a^2+b^2}=-1)

(a^2=b^2),即曲线(C)是一个圆;

(2)若曲线(C)((0,2))((1,0)),是否存在一个定点(Q),使得(overrightarrow{QA}cdot overrightarrow{QB})为定值?若存在,求出定点(Q)和定值;若不存在,请说明理由。

分析:由题意得,椭圆(C)的方程为(cfrac{y^2}{4}+x^2=1),假设存在点(Q(x_0,y_0)),设交点为(A(x_1,y_1))(B(x_2,y_2))

(left{egin{array}{l}{y=kx+1}\{x^2+cfrac{y^2}{4}=1}end{array} ight.) 得到((k^2+4)x^2+2kx-3=0)

(x_1+x_2=cfrac{-2k}{k^2+4})(x_1x_2=cfrac{-3}{k^2+4})

由于直线(l:y=kx+1)恒过椭圆内定点((1,0)),故(Delta >0)恒成立,

(overrightarrow{QA}cdot overrightarrow{QB}=(x_1-x_0,y_1-y_0)cdot (x_2-x_0,y_2-y_0))(=(x_1-x_0)(x_2-x_0)+(y_1-y_0)(y_2-y_0))

(=x_1x_2-x_0(x_1+x_2)+x_0^2+(kx_1+1-y_0)(kx_2+1-y_0))(=(1+k^2)x_1x_2+[k(1-y_0)-x_0](x_1+x_2)+x_0^2+(1-y_0)^2)

(=(1+k^2)cfrac{-3}{k^2+4}+[k(1-y_0)-x_0]cfrac{-2k}{k^2+4}+x_0^2+(1-y_0)^2)(=cfrac{-3(1+k^2)-2[k(1-y_0)-x_0]k}{k^2+4}+x_0^2+(1-y_0)^2)

(=cfrac{(2y_0-5)k^2+2x_0k-3}{k^2+4}+x_0^2+(1-y_0)^2)

(left{egin{array}{l}{x_0=0}\{cfrac{2y_0-5}{1}=cfrac{-3}{4}}end{array} ight.),即(x_0=0)(y_0=cfrac{17}{8})时,(overrightarrow{QA}cdot overrightarrow{QB}=-cfrac{3}{4}+(cfrac{9}{8})^2=cfrac{33}{64}),

故存在定点((0,cfrac{17}{8})),不论(k)为何值,都有(overrightarrow{QA}cdot overrightarrow{QB}=cfrac{33}{64})为定值。

定值破解

由于这类问题的求解常常要用到韦达定理(x_1+x_2)(x_1x_2)的值,故定值问题常常考查线段长度,三角形或四边形的周长,三角形或四边形的面积,向量内积等可以用上(x_1+x_2)(x_1x_2)值的数学素材;

定值问题的破解题眼可能有以下情形:

①形如(cfrac{2k^2}{4+k^2}+cfrac{8}{4+k^2}+1=cfrac{2(k^2+4)}{4+k^2}+1=2+1=3)为定值;

②加减消参法,和式中不含有参数,如(3+cfrac{2ak}{4+k^2}+1-cfrac{2ak}{4+k^2}=4),故为定值;比如上例;

③相乘消参法,积式中不含有参数,如(cfrac{2}{2k^2+3k}cdot cfrac{2k^2+3k}{8}=cfrac{1}{4}),故为定值;

④分式中对应项系数成比例消参,分式的值为定值;借用下例理解:

引例1设存在常数(m),使得(cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)})为定值,求(m)的值以及此定值;

思路1:由于上式对任意(kin R)恒为定值,设(cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)}=t)

整理得到,((2m^2t-2)k^2+(2m^2t-m)=0),由(left{egin{array}{l}{2m^2t-2=0}\{2m^2t-m=0}end{array} ight.quad)

(left{egin{array}{l}{2m^2t=2}\{2m^2t=m}end{array} ight.quad) 两式相比,解得(m=2)

此时(cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)}=cfrac{2k^2+2}{2 imes 2^2(k^2+1)}=cfrac{1}{4})

思路2:(cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)}=cfrac{2k^2+m}{2m^2k^2+2m^2}),则分式中对应项系数成比例,

(cfrac{2}{2m^2}=cfrac{m}{2m^2}),解得(m=2)

此时(cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)}=cfrac{2k^2+2}{2 imes 2^2(k^2+1)}=cfrac{1}{4})

引例2,如设(x)轴上的一个动点(P(x_0,0)),某运算结果为(overrightarrow{PA}cdot overrightarrow{PB}=cfrac{(8x_0-5)k^2-12}{3+4k^2}+x_0^2)

要使得(overrightarrow{PA}cdot overrightarrow{PB})(k)的取值无关,只需要(cfrac{8x_0-5}{-12}=cfrac{4}{3}),解得(x_0=-cfrac{11}{8})

所以在(x)轴上存在点(P),使得(overrightarrow{PA}cdot overrightarrow{PB})为定值,(P)的坐标为((-cfrac{11}{8},0)),定值为(-cfrac{135}{64})

引例3题目运算结果为(overrightarrow{QA}cdot overrightarrow{QB}=cfrac{(2y_0-5)k^2+2x_0k-3}{k^2+4}+x_0^2+(1-y_0)^2)

问:上述结果当(x_0)(y_0)为何值时,运算结果与参数(k)无关,为定值?

(left{egin{array}{l}{x_0=0}\{cfrac{2y_0-5}{1}=cfrac{-3}{4}}end{array} ight.),即(x_0=0)(y_0=cfrac{17}{8})时,(overrightarrow{QA}cdot overrightarrow{QB}=-cfrac{3}{4}+(cfrac{9}{8})^2=cfrac{33}{64}),

故存在定点((0,cfrac{17}{8})),不论(k)为何值,都有(overrightarrow{QA}cdot overrightarrow{QB}=cfrac{33}{64})为定值。

例8[定点问题]【2020届宝鸡市质检1文数第21题】已知动圆(Q)与直线(x+frac{1}{2}=0)相切,且与圆(x^2+y^2-2x+frac{3}{4}=0)外切;

(1).求动圆(Q)的圆心轨迹(C)的方程;

[法1]:直接法,将圆(x^2+y^2-2x+frac{3}{4}=0)化为标准形式为((x-1)^2+y^2=frac{1}{4})

设动圆的圆心(Q)坐标为(Q(x,y)),由动圆(Q)与直线(x+frac{1}{2}=0)相切,且与圆((x-1)^2+y^2=frac{1}{4})外切;

可知(sqrt{(x-1)^2+y^2}=|x+frac{1}{2}|+frac{1}{2}=x+1),两边平方整理得到,(y^2=4x)

所以动圆(Q)的圆心轨迹(C)的方程为(y^2=4x)

[法2]:定义法,动圆心(Q(x,y))到定圆点((1,0))的距离为(r+frac{1}{2}),动圆心(Q(x,y))到定直线(x+frac{1}{2}=0)的距离为(r)

则动圆心(Q(x,y))到定直线(x+1=0)的距离为(r+frac{1}{2})

则动点(Q(x,y))到定点的距离与动点到定直线的距离相等,故动点的轨迹为形如(y^2=2px)的抛物线,

(cfrac{p}{2}=1),则(p=2),故(y^2=4x)

(2).已知过点(M(m,0))的直线(l:x=ky+m)与曲线(C)交于(A)(B)两点,是否存在常数(m),使得(frac{1}{|AM|^2})(+frac{1}{|BM|^2})恒为定值?

分析:由题意可设直线(l:x=ky+m)

则由(left{egin{array}{l}{x=ky+m}\{y^2=4x}end{array} ight.quad) 消去(x)得到,(y^2-4ky-4m=0)

则由韦达定理可得,(y_1+y_2=4k)(y_1y_2=-4m)

(cfrac{1}{|AM|^2})(+cfrac{1}{|BM|^2}=cfrac{1}{(x_1-m)^2+y_1^2}+cfrac{1}{(x_2-m)^2+y_2^2}=cfrac{1}{(k^2+1)y_1^2}+cfrac{1}{(k^2+1)y_2^2})

(=cfrac{y_1^2+y_2^2}{(k^2+1)y_1^2y_2^2}=cfrac{(y_1+y_2)^2-2y_1y_2}{(k^2+1)y_1^2y_2^2})

(=cfrac{16k^2+8m}{(k^2+1)16m^2}=cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)})

由于上式对任意(kin R)恒为定值,设(cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)}=t)

整理得到,((2m^2t-2)k^2+(2m^2t-m)=0),由(left{egin{array}{l}{2m^2t-2=0}\{2m^2t-m=0}end{array} ight.quad)

(left{egin{array}{l}{2m^2t=2}\{2m^2t=m}end{array} ight.quad) 两式相比,解得(m=2)

此时(cfrac{1}{|AM|^2})(+cfrac{1}{|BM|^2}=cfrac{2k^2+m}{2m^2(k^2+1)}=cfrac{2k^2+2}{2 imes 2^2(k^2+1)}=cfrac{1}{4})

故存在定点(M(2,0)),满足题意。

原文地址:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/11267592.html