圆锥曲线轨迹方程经典例题
轨迹方程经典例题
一、轨迹为圆的例题:
1、 必修2课本P124B组2:长为2a的线段的两个端点在x轴和y轴上移动,求线段AB的中点M的轨迹方程:
必修2课本P124B组:已知M与两个定点(0,0),A(3,0)的距离之比为
1
,求点M的轨迹方程;(一般地:必修2课2
本P144B组2:已知点M(x,y)与两个定点M1,M2的距离之比为一个常数m;讨论点M(x,y)的轨迹方程(分m=1,与m≠1进行讨论)
2、 必修2课本P122例5:线段AB的端点B的坐标是(4,3),端点A在圆
(x+1)2+y2=1上运动,求AB的中点M的轨迹。
(2013新课标2卷文20)在平面直角坐标系xOy中,已知圆P在x轴上截得线段长为22,在y轴上截得线段长为23。 (1)求圆心的P的轨迹方程;
(2)若P点到直线y=x的距离为
2
,求圆P的方程。 2
如图所示,已知P(4,0)是圆x2+y2=36内的一点,A、B是圆上两动点,且满足∠APB=90°,求矩形APBQ的顶点Q的轨迹方程.
解:设AB的中点为R,坐标为(x,y),则在Rt△ABP中,|AR|=|PR|.又因为R是弦AB的中点,依垂径定理:在Rt△OAR中,|AR|2=|AO|2-|OR|2=36-(x2+y2)又|AR|=|PR|=(x-4)2+y2所以有(x
-4)2+y2=36-(x2+y2),即x2+y2-4x-10=0因此点R在一个圆上,而当R在此圆上运动时,Q点即在所求的轨迹上运动.
设Q(x,y),R(x1,y1),因为R是PQ的中点,所以x1=
x+4y+0
,代入方程x2+y2-4x-10=0,得,y1=
22
(
x+42yx+4
-10=0整理得:x2+y2=56,这就是所求的轨迹方程. )+()2-4⋅
222
在平面直角坐标系xOy中,点A(0,3),直线l:y=2x-4.设圆C的半径为1,圆心在l上. (1)若圆心C也在直线y=x-1上,过点A作圆C的切线,求切线的方程;
(2)若圆C上存在点M,使MA=2MO,求圆心C的横坐标a的取值范围. (2013陕西卷理20)已知动圆过定点A(4,0),且在y轴上截得弦MN的长为8. (1) 求动圆圆心的轨迹C的方程;
(2) 已知点B(-1,0),设不垂直于x轴的直线l与轨迹C交于不同的两点P,Q,若x轴是∠PBQ的角平分线,证明
直线l过定点。
3、 定义法:(选修2-1P50第3题)点M(x,y)与定点F(2,0)的距离和它到定直线x=8的距离之比为的轨迹方程.(圆锥曲线第二定义)
讨论:当这个比例常数不是小于1,而是大于1,或等于1是的情形呢?(对应双曲线,抛物线)
4、 圆锥曲线第一定义:(选修2-1P50第2题)一个动圆与圆
1
,求点M2
x+y+6x+5=0外切,同时与圆x+y-6x-91=0内切,求
动圆的圆心轨迹方程。
5、 圆锥曲线第一定义:点M(x0,y0)圆F1(x+1)2+y2=9上的一个动点, 点F2
(1,0)为定点。线段MF2的垂直平分线与MF1相交于点Q(x,y),求点Q的轨迹方程;(注意点F2(1,0)在圆内)
2222
6、 其他形式:(选修2-1P50例3)设点A,B的坐标分别是(-5,0),(5,0),直线AM,BM相交于点M,且他们的斜
4
,求点M的轨迹方程:(是一个椭圆) 9
4
(讨论当他们的斜率的乘积为时可以得到双曲线)
9
率的乘积为-
2222
(2013新课标1卷20)已知圆M:(x+1)+y=1,圆N:(x-1)+y=9,动圆P与圆M外切并且与圆N内切,
圆心P的轨迹为曲线C。 (1)求C的方程; (2)l是与圆P,圆M都相切的一条直线,l与曲线C交于A,B两点,当圆P的半径最长时,求
(2013陕西卷文20)已知动点M(x,y)到直线l:x=4的距离是它到点N(1,0)的距离的2倍。 (1)求动点M的轨迹C的方程
(2)过点P(0,3)的直线m与轨迹C交于A,B两点,若A是PB的中点,求直线m的斜率。
8、圆锥曲线第一定义:点M(x0,y0)圆F1(x+1)+y=1上的一个动点, 点
2
2
F2(1,0)为定点。线段MF2的垂直平分线与MF1相交于点Q(x,y),求点Q
的轨迹方程;(注意点F2(1,0)在圆外)
定义法:(选修2-1P59例5)点M(x,y)与定点F(5,0)的距离和它到定直线x=程.(圆锥曲线第二定义)
四、抛物线类型:10、定义法:(选修2-1)点M(x,y)与定点F(2,0)的距离和它到定直线x=-2的距离相等,求
点M的轨迹方程。(或:点M(x,y)与定点F(2,0)的距离比它到定直线x=-3的距离小1,求点M的轨迹方程。)
(2013陕西卷文20)已知动点M(x,y)到直线l:x=4的距离是它到点N(1,0)的距离的2倍。 (1)求动点M的轨迹C的方程
(2)过点P(0,3)的直线m与轨迹C交于A,B两点,若A是PB的中点,求直线m的斜率 已知三点O(0,0),A(-2,1),B(2,1),曲线C上任意一点M(x,y)满足
165
的距离之比为,求点M的轨迹方54
|MA+MB|=OM⋅(OA+OB)+2。
(1)求曲线C的方程;
)在直角坐标系xOy中,曲线C1的点均在C2:(x-5)2+y2=9外,且对C1上任意一点M,M到直线x=﹣2的距离等于该点与圆C2上点的距离的最小值. (Ⅰ)求曲线C1的方程;
22
(湖北)设A是单位圆x+y=1上的任意一点,i是过点A与x轴垂直的直线,D是直线i与x轴的交点,点M在直线l上,且满足丨DM丨=m丨DA丨(m>0,且m≠1)。当点A在圆上运动时,记点M的轨迹为曲线C。
(I)求曲线C的方程,判断曲线C为何种圆锥曲线,并求焦点坐标;
x2y2
(辽宁)如图,椭圆C0:2+2=1(a>b>0,a,b为
ab
常数),动圆点,C1与C0相
C1:x2+y2=t12,b交于A,B,C,D四点。
(Ⅰ)求直线AA1与直线A2B交点M的轨迹方程;
(四川)如图,动点M到两定点A(-1,0)、B(2,0)构成∆MAB,且∠MBA=2∠MAB,设动点M的轨迹为C。 (Ⅰ)求轨迹C的方程;
(Ⅱ)设直线y=-2x+m与y轴交于点P, 与轨迹C相交于点Q、R,且|PQ|
|PR|
的取值范围。 |PQ|
1.(★★★★)已知椭圆的焦点是F1、F2,P是椭圆上的一个动点,如果延长F1P到Q,使得|PQ|=|PF2|,那么动点Q的轨迹是( ) A.圆 B.椭圆 C.双曲线的一支 D.抛物线
x2y2
+2.(★★★★)设A1、A2是椭圆=1的长轴两个端点,P1、P2是垂直于A1A2的弦的端点,则直线A1P1与A2P294x2y2y2x2x2y2y2x2
+=1 +=1 C.-=1 -=1 交点的轨迹方程为( ) A. B.D.94949494
二、填空题
3.(★★★★)△ABC中,A为动点,B、C为定点,B(-
aa1
,0),C(,0),且满足条件sinC-sinB=sinA,则动点A的
222
轨迹方程为_________.
4.(★★★★)高为5 m和3 m的两根旗杆竖在水平地面上,且相距10 m,如果把两旗杆底部的坐标分别确定为A(-5,0)、B(5,0),则地面观测两旗杆顶端仰角相等的点的轨迹方程是_________.
三、解答题
5.(★★★★)已知A、B、C是直线l上的三点,且|AB|=|BC|=6,⊙O′切直线l于点A,又过B、C作⊙O′异于l的两切线,设这两切线交于点P,求点P的轨迹方程
.
x2y2
6.(★★★★)双曲线2-2=1的实轴为A1A2,点P是双曲线上的一个动点,引A1Q⊥A1P,A2Q⊥A2P,A1Q与
ab
A2Q的交点为Q,求Q点的轨迹方程.
x2y2
8.(★★★★★)已知椭圆2+2=1(a>b>0),点P为其上一点,F1、F2为椭圆的焦点,∠F1PF2的外角平分线为l,
ab
点F2关于l的对称点为Q,F2Q交l于点R
.
(1)当P点在椭圆上运动时,求R形成的轨迹方程;
(2)设点R形成的曲线为C,直线l:y=k(x+2a)与曲线C相交于A、B两点,当△AOB的面积取得最大值时,求k的值.
一、1.解析:∵|PF1|+|PF2|=2a,|PQ|=|PF2|,∴|PF1|+|PF2|=|PF1|+|PQ|=2a,即|F1Q|=2a,∴动点Q到定点F1的距离等于定长2a,故动点Q的轨迹是圆.
2.解析:设交点P(x,y),A1(-3,0),A2(3,0),P1(x0,y0),P2(x0,-y0)∵A1、P1、P共线,∴
2
2
y-y0y
=∵A2、P2、P共线,x-x0x+3
x0y0y+y093yx2y2y
,代入得-=1,即-=1 =∴解得x0=,y0=
xx9494x-x0x-3
16x216y2a11a
=1(x>). 二、3.解析:由sinC-sinB=sinA,得c-b=a,∴应为双曲线一支,且实轴长为,故方程为2-2
4a3a22216x216y2a
=1(x>) 答案:2-
4a3a2
4.解析:设P(x,y),依题意有
5(x+5)2+y2
=
3(x-5)2+y2
,化简得P点轨迹方程为4x2+4y2-85x+100=0.
答案:4x2+4y2-85x+100=0
三、5.解:设过B、C异于l的两切线分别切⊙O′于D、E两点,两切线交于点P.由切线的性质知:|BA|=|BD|,|PD|=|PE|,|CA|=|CE|,故|PB|+|PC|=|BD|+|PD|+|PC|=|BA|+|PE|+|PC|
=|BA|+|CE|=|AB|+|CA|=6+12=18>6=|BC|,故由椭圆定义知,点P的轨迹是以B、C为两焦点的椭圆,以l所在的直线为
x2y2
+x轴,以BC的中点为原点,建立坐标系,可求得动点P的轨迹方程为=1(y≠0) 8172
6.解:设P(x0,y0)(x≠±a),Q(x,y). ∵A1(-a,0),A2(a,0).
y0⎧y⋅⎧x0=-x(x0≠±a)⎪x+ax+a=-1⎪⎪0
得⎨由条件⎨ x2-a2
y0⎪y⋅⎪y0==-1y⎩⎪⎩x-ax0-a
而点P(x0,y0)在双曲线上,∴b2x02-a2y02=a2b2.
x2-a2222
即b(-x)-a()=ab
y
2
2
2
化简得Q点的轨迹方程为:a2x2-b2y2=a4(x≠±a). 8.解:(1)∵点F2关于l的对称点为Q,连接PQ, ∴∠F2PR=∠QPR,|F2R|=|QR|,|PQ|=|PF2|
又因为l为∠F1PF2外角的平分线,故点F1、P、Q在同一直线上,设存在R(x0,y0),Q(x1,y1),F1(-c,0),F2(c,0). |F1Q|=|F2P|+|PQ|=|F1P|+|PF2|=2a,则(x1+c)2+y12=(2a)2.
x1+c⎧x=⎪⎪02 又⎨
⎪y=y1
0⎪2⎩
得x1=2x0-c,y1=2y0.
∴(2x0)2+(2y0)2=(2a)2,∴x02+y02=a2
.
故R的轨迹方程为:x2+y2=a2(y≠0)
a21
(2)如右图,∵S△AOB=|OA|²|OB|²sinAOB=sinAOB
22
1
当∠AOB=90°时,S△AOB最大值为a2.
2
此时弦心距|OC|=
|2ak|+k
2
.
在Rt△AOC中,∠AOC=45°,
∴
|OC||2ak|23
==cos45︒=,∴k=±.
2|OA|a+k23
专题一:求曲线的轨迹方程
课前自主练习:
1.如图1,∆ABC中,已知B(-2,0),C(2,0),点A在x轴上方运动,且tanB+tanC=2,则顶点A
的轨迹方程是 .
2.如图2,若圆C:(x+1)2+y2=36上的动点M与点B(1,0)连线BM的垂直平分线交CM于点G,
则G的轨迹方程是 . 图1 图2 图3 图4
3.如图3,已知点A(3,0),点P在圆x2+y2=1上运动,∠AOP的平分线交AP于Q,则Q的轨迹方 程是 . 4.与双曲线x-2y=2有共同的渐近线,且经过点(2,-2)的双曲线方程为 5.如图4,垂直于y轴的直线与y轴及抛物线y=2(x-1)分别交于点A、P,点B在y轴上,且点A 满足|AB|=2|OA|,则线段PB的中点Q的轨迹方程是 .
2
2
2
几种常见求轨迹方程的方法:
1.直接法:由题设所给(或通过分析图形的几何性质而得出)的动点所满足的几何条件列出等式,再用
坐标代替这等式,化简得曲线的方程,这种方法叫直接法.直接法求轨迹方程的一般步骤: 建系——设点——列式——代换——化简——检验;
【例1】(1)求和定圆x+y=R的圆周的距离等于R的动点P的轨迹方程;
222
(2)过点A(a,0)作圆O:x+y=R(a>R>0)的割线,求割线被圆O截得弦的中点的轨迹.
22222
解:(1)设动点P(x,y),则有|OP|=2R或|OP|=0.即x+y=4R或x+y=0.
2
2
2
故所求动点P的轨迹方程为x+y=4R或x+y=0.
(2)设弦的中点为M(x,y),连结OM,则OM⊥AM.∵kOM⋅kAM=-1,
22222
yyaa
⋅=-1,化简得:(x-)2+y2=()2. xx-a22
其轨迹是以OA为直径的圆在圆O内的一段弧(不含端点).
22
【例2】已知直角坐标平面上一点Q(2,0)和圆C:x+y=1,动点M到圆C的切线长等于圆C的半
径与|MQ|的和.求动点M
解:如图,设MN切圆C于N,又圆的半径|ON|=1, ∴
∴|OM|=|NM|+|ON|=|NM|+1,
∴|MN|=|MN|=|MQ|+1. 设M(x,y)=
2222
1,
343
3x2-y2-8x+5=0(x≥).可化为9(x-)2-3y2=1 (x≥).
232
45
故所求的轨迹是以点(,0)为中心,实轴在x轴上的双曲线的右支,顶点为(,0),如图.
33
【例4】已知定圆A的半径为r,定点B与圆A的圆心A的距离为m (m>2r).又一动圆P过定点B,
且与定圆A相切.求动圆圆心P的轨迹方程.
解:以AB所在的直线为x轴,以AB的中点为原点建立坐标系,如图.
当动圆P与定圆A外切时,|PA|-|PB|=r;当动圆P与定圆A外切时,|PB|-|PA|=r. 由双曲线的定义知动圆圆心P的轨迹应是以A、B为两焦点的双曲线(外切时为右支,内切时为左
mr
支).显然,c=,又a=,
22m2-r2222
故b=c-a=.
4x2y2
=1所以所求的点P轨迹方程是:2-2. rm-r2443.动点转移法:若动点P(x,y)随已知曲线上的点Q(x0,y0)的变动而变动,且0
、0可用、表示,
则将Q点坐标表达式代入已知曲线方程,即得点P的轨迹方程.这种方法称为动点转
∴2x-3=
移法(或代换法或相关点法).
【例5】已知定点A(3,1)、B为抛物线y2=x+1,上任意一点,点P在线段AB的中点,当B点在抛物
线上变动时,求点P的轨迹方程.
2
解:设点P(x,y),且设点B(x0,y0),则有y0=x0+1.∵点P是线段AB的中点.由中点坐标公式得:
x0+3⎧
x=⎪2,∴⎧x0=2x-3.将此式代入y2=x+1中,并整理得:(2y-1)2=2x-2,
⎨y=2y-1⎨00
y+10⎩0⎪y=⎩2
即为所求轨迹方程.它是一条抛物线.
4.待定系数法:当动点的轨迹是确定的某种曲线时,设出这种曲线的方程,然后列方程,求出所设的
参数,进而求出方程.如求圆、椭圆、双曲线以及抛物线的方程常用待定系数法求. 【例7】若抛物线y=4x和以坐标轴为对称轴、实轴在y轴上的双曲线仅有两个公共点,又直线y=2x
被双曲线截得的线段长等于
2
y2x2222222
解:设所求双曲线方程为2-2=1,将y=4x代入整理得:ax-4bx+ab=0.
ab
∵抛物线和双曲线仅有两个公共点,根据它们的对称性,这两个点的横坐标应相等, 因此方程ax-4bx+ab=0应有等根.∴∆=16b-4ab=0,即a=2b.
22
2
22
4
32
2
y2x2
由y=2x和2-2=1得:(4b2-a2)x2-a2b2=0.
ab
由弦长公式得:=22
2
2
⎧a2=2by222
-x2=1. 即ab=4b-a.由⎨22得:a=2,b=1.∴双曲线的方程是22
2⎩ab=4b-a
5.参数法:当动点P的坐标x、y之间的直接关系不易建立时,可适当地选取中间变量t,并用t表示
⎧x=f(t)
动点P的坐标x、y,从而动点轨迹的参数方程⎨消去参数t,便可得到动点P的
y=g(t)⎩
的轨迹的普通方程,但要注意方程的等价性,即有t的范围确定出x、y的范围.
2
【例8】抛物线x=4y的焦点为F,过点(0,-1)作直线交抛物线于不同两点A、B,以AF、BF为邻
边作平行四边形FARB,求顶点R的轨迹方程.
解:设R(x,y),AB:y+1=kx,AB中点为M(x0,y0),A(x1,y1),B(x2,y2),与x2=4y联立得:
x2-4kx+4=0.∆=16(k2-1)>0,x1+x2=4k,x1⋅x2=4.
y1+y2+2=k(x1+x2)=4k2,y1+y2=4k2-2. 2
M(2k,2k-1),∵F(0,1),M为AB中点, 22
∴x=4k,y=4k-3.消k得:x=4(y+3) ( y>1). 巩固练习:
1.平面上和两相交的定圆(半径不等)同时相外切的动圆圆心的轨为(
(A)椭圆的一部分 (B)椭圆 (C)双曲线的一部分 (D)双曲线 2.已知动点M与定点F(2,0)的距离比动点M到y轴的距离大2,则动点M的轨迹( )
(A)抛物线 (B)抛物线的一部分 (C)抛物线和一射线 (D)抛物线和一直线 3.已知定直线l和l外一点A,过A与l相切的圆的圆心轨迹是( )
(A)抛物线 (B)双曲线 (C)椭圆 (D)直线 4.一动圆与两圆x2+y2=1和x2+y2-8x+12=0都外切,则动圆圆心轨迹为( )
(A)圆 (B)椭圆 (C)双曲线的一支 (D)抛物线
P是椭圆上的一个动点.如果延长F1P到Q,使得|PQ|=|PF2|,那么 5.已知椭圆的焦点是F1、F2、
2
6.已知点A(-2,0)、B(3,0),动点P(x,y)满足PA⋅PB=x,则点P的轨迹是( )
(A)圆 (B)椭圆 (C)双曲线 (D)抛物线 7.与圆x2+y2-4x=0外切,又与y轴相切的圆的圆心的轨迹方程是( )
(A)y2=8x (B)y2=8x (x>0)和y=0 (C)y2=8x(x>0) (D)y2=8x (x>0)和y=0 (x
动点Q的轨迹是( )
(A)圆 (B)椭圆 (C)双曲线的一支 (D)抛物线
8.过抛物线y2=2x的焦点作直线与此抛物线相交于两点P、Q,则线段PQ中点的轨迹方程为( )
(A)y2=2x-1 (B)y2=-2x+1 (C)y2=2x-2 (D)y2=-2x+2
9.过点P(x,y)的直线分别与x轴的正半轴和y轴的正半轴交于A、B两点,点Q与点P关于y轴对称,
O为坐标原点,若BP=2PA,且OQ⋅AB=1,则点P的轨迹方程是( )
323222
(A)3x+y=1 (x>0, y>0) (B)3x-y=1 (x>0, y>0)
22323222
(C)x-3y=1 (x>0, y>0) (D)x+3y=1 (x>0, y>0)
22
10.已知两点M(-2,0)、N(2,0),点P为坐标平面内的动点,满足|MN|⋅|MP|+MN⋅NP=0,则动
点P(x,y)的轨迹方程为( )
(A)y2=8x (B)y2=-8x (C)y2=4x (D)y2=-4x
x2y2
-=1有共同的渐近线,且经过点(-的双曲线方程是( ) 11.与双曲线
916x24y2y24x2x24y2y24x2
-=1 (B)-=1 (C)-=-1 (D)-=-1 (A)49494949
x2
-y2=1上一动点,O为坐标原点,M为线段OP的中点,则点M的轨迹方程是 12.设P为双曲线4
.
13.已知A(-,0),B是圆F:(x-)+y=4(F为圆心)上一动点,线段AB的垂直平分线交
1212
22
BF于P,则动点P的轨迹方程为
x2
+y2=1于A、B两点,则线段AB中点的轨迹方程是 . 14.倾斜角为45︒的直线交椭圆4
15.求焦点在坐标轴上,中心在原点且经过A-2)和B(-两点的椭圆方程. 16.已知双曲线与椭圆x+4y=64共焦点,它的一条渐近线方程为x=0,则双曲线的方程是
2
2
.
x2y2
a>b>0)上的任意一点,从右焦点F2作∠FQF17.已知Q是椭圆2+2=1 (12的外角平分线的垂线,
ab垂足为P,求P点的轨迹方程.
18.如图,直线l1:y=kx (k>0)与直线l2:y=-kx之间的阴影区域 (不含边界)记为W,其左半部分记为W1,右半部分记为W2.
(1)分别用不等式组表示W1和W2;
(2)若区域W中的动点P(x,y)到l1,l2的距离之积等于d,
求点P的轨迹C的方程;
2
y2
=1,过点M(0,1)的直线l交椭圆于点A、B,O是坐标原点,点P满足 19.设椭圆方程为x+4
2OP=OA+OB,当l绕点M旋转时,求动点P的轨迹方程.
y22
=1的左焦点F作直线l与双曲线C交于P、Q
20.过双曲线C:x-3
以线段OP、OQ为邻边作平行四边形OPMQ,求顶点M的轨迹方程. 21.设点A和B为抛物线y2=4px (p>0)上原点以外的两个动点,
已知OA⊥OB
,OM⊥AB,求点M2