高三数学教案：平面向量与解析几何综合问题

平面向量与解析几何交汇的综合问题设计立意及思路向量具有代数与几何形式的双重身份，故它是联系多项知识的媒介，成为中学数学知识的一个交汇点，数学高考重视能力立意，在知识网络的交汇点上设计试题，因此，解析几何与平面向量的融合交汇是新课程高考命题改革的发展方向和创新的必然趋势。而学生普遍感到不适应，因此，我们在解析几何复习时应适时融合平面向量的基础，渗透平面向量的基本方法。本专题就以下两方面对平面向量与圆锥曲线交汇综合的问题进行复习；1、以向量为载体，求轨迹方程为命题切入点，综合考查学生平面向量的加法与减法及其几何意义，平面向量的数量积及其几何意义，圆锥曲线的定义。2、以向量作为工具考查圆锥曲线的标准方程和几何性质，直线与圆锥曲线位置关系，曲线和方程的关系等解析几何的基本思想方法和综合解题能力。高考考点回顾近三年来平面向量与圆锥曲线交汇命题可以说经历了三个阶段：2002年天津卷21道只是数学符号上的混合；2003年江苏卷20道用平面向量的语言描述解析几何元素的关系，可谓是知识点层面上整合；2004年有6份卷（分别是全国卷理科（必修+选修I）21道；全国卷理科（选修Ⅱ）21道；辽宁19道；湖南文21道；江苏卷21道；天津卷22道）涉及平面向量与圆锥曲线交汇综合，可以说是应用层面上综合。就应用层面上又有两个层次。第一层次：考查学生对平面向量的概念、加减运算、坐标表示、数量积等基本概念、运算的掌握情况.第二层次：考查学生对平面向量知识的简单运用，如平面向量共线定理、定比分点、加减运算几何意义（这三点已有所涉及）、数量积几何意义、射影定理（这两点挖掘不够，本专题着重讲述见例1变式）。考查学生把向量作为工具的运用能力.这一层次的问题有一定的难度，而且是未来几年平面向量高考题的一个走向.基础知识梳理1．向量的概念、向量的几何表示、向量的加法和减法；2．实数与向量的积、两个向量共线的充要条件、向量的坐标运算；3．平面向量的数量积及其几何意义、平面两点间的距离公式、线段定比分点人坐标公式和向量的平衡移公式；4．椭圆、双曲线、抛物线的定义及简单几何性质的灵活运用；5．曲线方程（含指定圆锥曲线方程及轨迹方程）；6．直线与圆锥曲线的位置关系问题（交点、弦长、中点弦与斜率、对称问题）确定参数的取值范围；7．平面向量作为工具综合处理有关长度、角度、垂直、射影等问题以及圆锥曲线中的典型问题。例题讲解一、“减少运算量，提高思维量”是未来几年高考的一个方向，高考中对求轨迹的方程倾向于利用适当的转化再用定义法，以利于减少运算量，提高思维量。而圆锥曲线的两种定义均可用向量的模及数量积几何意义、射影定理来表示，无疑为平面向量与圆锥曲线交汇命题开拓了广阔的空间。在以向量为载体，求轨迹方程为命题切入点，可以综合考查学生平面向量的加法与减法及其几何意义，平面向量的数量积及其几何意义，圆锥曲线的定义。例1．已知ji,是x,y轴正方向的单位向量，设a=jyix)3(,b=jyix)3(,且满足|a|+|b|=4.(1)求点P(x,y)的轨迹C的方程.(2)如果过点Q(0，m)且方向向量为c=(1,1)的直线l与点P的轨迹交于A，B两点，当AOB的面积取到最大值时，求m的值。解：(1)a=jyix)3(,|b|=jyix)3(,且|a|+|b|=4.点P(x,y)到点(3,0)，(-3,0)的距离这和为4，故点P的轨迹方程为1422yx(2)设A(11,yx),B(22,yx)依题意直线AB的方程为y=x+m.代入椭圆方程，得0448522mmxx，则1x+2x=-58m,1x2x=)1(254m因此，225221)5(mmdABSAOB当225mm时，即m=210时，1maxS[题设变式I.1]已知ji,是x,y轴正方向的单位向量，设a=jyix)3(,b=jyix)3(,且满足||a|-|b||=2.求点P(x,y)的轨迹C的方程.(轨迹为双曲线)[题设变式I.2]已知ji,是x,y轴正方向的单位向量，设a=jyix)3(,b=jyix)3(,且满足bi=|a|.求点P(x,y)的轨迹C的方程.[提示：设K(-3,0)，F(3,0)，则bi表示KP在x轴上射影，即点P到x=-3的距离，所以点P到定点F的距离与到定直线x=-3的距离比为1，故点P的轨迹是以(3,0)为焦点以x=-3为准线抛物线][题设变式I.3]已知ji,是x,y轴正方向的单位向量，设a=jyix)3(,b=jyix)3(,且满足bi=|a|.求点P(x,y)的轨迹C的方程.[提示：设K(-3,0)，F(3,0)，则bi表示KP在x轴上射影，即点P到x=-3的距离，所以点P到定点F的距离与到定直线x=-3的距离比为1iba，当110时，点P的轨迹是以(3,0)为焦点，以x=-3为相应准线的椭圆；当11时，点P的轨迹是以(3,0)为焦点，以x=-3为相应准线的双曲线的右支；若想得到双曲线的双支应满足什么条件？][题设变式I.4]已知平面上两定点K、F，P为一动点，满足，KFKPKFPF.求点P(x,y)的轨迹C的方程.(以F焦点，过K且垂直于KF的直线为准线的抛物线)[题设变式I.5]已知平面上两定点K、F，P为一动点，满足，KFKPPF.求点P(x,y)的轨迹C的方程.(以F焦点，过K且垂直于KF的直线为准线的圆锥曲线。)[考题]已知点A(22，0)，B(2，0)动点P满足||||2BPABABAP(1)若动点P的轨迹记作曲线C1，求曲线C1的方程.(2)已知曲线C1交y轴正半轴于点Q，过点D（0，32）作斜率为k的直线交曲线C1于M、N点，求证：无论k如何变化，以MN为直径的圆过点Q.（解答见附页）[题设变式II.1]已知ji,是x,y轴正方向的单位向量，设a=jyix)3(,b=jyix)3(,且满足|a+b|=4..求点P(x,y)的轨迹C的方程.(OPBPAP2,点P轨迹为圆，其中A（3，0），B（－3，0）)[题设变式II.2]已知ji,是x,y轴正方向的单位向量，设a=jyix)3(,b=jyix)3(,且满足ab＝6.求点P(x,y)的轨迹C的方程.(轨迹为圆)例2、已知两点M(-2，0)，N(2，0)，动点P在y轴上的射影是H，如果PNPMPHPH,分别是公比q=2的等比数列的第三、第四项.（1）求动点P的轨迹C的方程；（2）已知过点N的直线l交曲线C于x轴下方两个不同的点，A、B，设R为AB的中点，若过点R与定点Q(0，-2)的直线交x轴于点D(x0，0)，求x0的取值范围.导析（1）设P(x，y)，则H(0，y)，),0,(xPH),,2(yxPM).,2(yxPN.4)2)(2(,2222yxyxxPNPMxPHPH所以又因为,2PHPHPNPM所以有.24222xyx所以点P的轨迹方程为y2-x2=4(x≠0).（2）设AB：y=k(x-2)，A(x1y1)，B(x2y2)，R(x3y3).42)(22xyxky由化简得(k2-1)x2-4k2x=4(k2-1)=0..12,1222322213kkykkxxx所以有所以.133kxy所以DQ的方程为,2233xyxy令y=0，得,21223330xkxyx45)211(2212122220kkkkx所以又由.0,0,01632)1(161623212224yyyykkk可得k2＞21，由题意可知22＜k＜1，所以1＜k1＜2，所以12＜-(211k)2+45＜1，所以2＜x0＜2+22.故所求的x0的取值范围为(2，2+22).[题后反思]若改变q的值能否构造出椭圆来呢？[当0＜q＜1时，点P的轨迹为椭圆]例3、如图所示，点F(a，0)(a＞0)，点P在y轴上运动，M在x轴上，N为动点，且PMPNPFPM,0（1）求点N的轨迹C的方程；（2）过点F(a，0)的直线l(不与x轴垂直)与曲线C交于A、B两点，设点K(-a，0)，KA与KB的夹角为，求证：0＜＜2.[答案提示]（1）点N的轨迹C的方程为axy42[变化]点F(a，0)(a＞0)，点P在y轴上运动，M在x轴上，N为动点，且PMPNPFPM,0（为常数）求点N的轨迹仍为抛物线吗？；二、把向量作为工具去推导与探索圆锥曲线的标准方程和几何性质，曲线和方程的关系等解析几何的基本思想方法和综合解题能力。例4、已知1F，F椭圆12622yx的两个焦点，过点F的直线BC交椭圆于B、C两点，(1))(21OBOCOM，求点M的轨迹方程.[答案13)1(22yx](2)若相应于焦点F的准线l与x轴相交于点A，|OF|=2|FA|，过点A的直线与椭圆相交于P、Q两点.设AQAP（1），过点P且平行于准线l的直线与椭圆相交于另一点M，证明:FQFM.解：(1)略(2)证明：),3(),,3(2211yxAQyxAP.由已知得方程组.126,126,),3(3222221212121yxyxyyxx注意1，解得2152x因),(),0,2(11yxMF，故),1)3((),2(1211yxyxFM),21(),21(21yy.而),21(),2(222yyxFQ，所以FQFM.[结论发散]设P(00,yx)为椭圆上一点，(1)求PFPF1的Min(2)求PFPF1的Max(3)当PFPF10时，0x的取值范围。(4)若相应于焦点F的准线l与x轴相交于点A，31FFAP，求1PF(5)已知点M的坐标为(2,3)，求OPOM的最值。(6)已知点Q的坐标为(1,1)，求PFPQ26的最小值(7)已知点Q的坐标为(1,1)，求PFPQ的最值[提示]PFPQPFPQ=QFPFPQ=2a+1PFPQ2a+1PFPQ=2a+QF1例5.已知A、B为抛物线pyx22(p0)上两点，直线AB过焦点F，A、B在准线上的射影分别为C、D，（1）若6OBOA，求抛物线的方程。（2）CD是否恒存在一点K，使得0KBKAYAFPBXODKC解：（1）提示：记A（1,1yx）、B（22,yx）设直线AB方程为2pkxy代入抛物线方程得0222pkpxx24121221,pyypxxOBOA62432121pyyxx（2）设线段AB中点P在在准线上的射影为T，则)()(PBTPPATPTBTAPBPAPBPATPTP)(2241)(CADBPBPA＝412)(FAFB－2PA＝412AB－412AB＝0故存在点K即点T，使得0KBKA[实质：以AB为直径的圆与准线相切][结论发散1]y轴上是否恒存在一点K，使得0KFKA[实质：以AF为直径的圆与y轴相切][结论发散2]求证：0DFCF[结论发散3]求证：存在实数使得AOAD[实质：证明A、O、D三点共线（2001年高考题）][结论发散4]设线段AB中点P在在准线上的射影为T，证明：0ABFT[题设变更1]已知A、B为抛物线pyx22(p0)上两点，0OBOA，点C坐标为)4,0(p（1）求证：AC∥AB（2）若AM＝BM（R）且0ABOM试求点M的轨迹方程。[题设变更2]（2004全国湖南文21）如图，过抛物线x2=4y的对称轴上任一点P（0,m）(m0)作直线与抛物线交于A，B两点，点Q是点