秦曉燕
圓錐曲線中的范圍(最值)問題是圓錐曲線中的重要題型。這類題目以圓錐曲線中的性質(zhì)、直線與圓錐曲線的位置關(guān)系為載體,以不等式或函數(shù)的單調(diào)性為解題工具,綜合性比較強,是考查的熱點。做此類題目,需要從以下兩個方面λ手。
方面一:熟練記憶范圍的各種出處
(1)已知條件中參數(shù)的取值范圍;
(2)直線與圓錐曲線相交,要求判別式△>0;
(3)圓錐曲線上動點P(x。,yo)的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)自身的取值范圍;
(4)圓錐曲線中離心率e的取值范圍;
(5)焦半徑的取值范圍;
(6)過焦點的弦長的取值范圍;
(7)三角形中大邊對大角,小角對小邊;
(8)三角形兩邊之和大于第三邊,兩邊之差小于第三邊;
(9)點與圓錐曲線的位置關(guān)系,如點
(10)題目中兩個不同的線段長度的比較。
方面二:恰當(dāng)建立目標(biāo)函數(shù),利用均值不等式或者是函數(shù)的單調(diào)性求解
建立目標(biāo)函數(shù)的關(guān)鍵是選取一個合適的變量,其原則是這個變量能夠表達(dá)要解決的問題的表達(dá)式,這個變量可以是直線的斜率、直線的截距、點的坐標(biāo)等,解題時靈活處理。
范圍或最值問題主要有四種情況。
(1)求離心率的范圍,目標(biāo)公式為e=C,找出與a、b、c有關(guān)的不等式。
(2)求距離型的取值范圍或最值:①若涉及焦點,則可以考慮將圓錐曲線的定義和平面幾何性質(zhì)結(jié)合起來求解;②若求圓錐曲線上的點到直線的距離,則可設(shè)出與已知直線平行的直線方程,再代λ圓錐曲線方程中,用判別式等于0求得切點坐標(biāo),這個切點就是距離取得最值的點;③若點在圓或橢圓上,則可將點的坐標(biāo)以參數(shù)形式設(shè)出,轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)的最值求解。
(3)求斜率、截距型的范圍或最值:一般是將直線的方程代λ圓錐曲線的方程中,利用判別式列出對應(yīng)的不等式,解出參數(shù)的范圍,如果給出的只是圓錐曲線的-部分則需要結(jié)合圖形,得出相應(yīng)的不等關(guān)系。
(4)求面積型的最值:恰當(dāng)選定參數(shù),把面積表示出來,用函數(shù)方法或基本不等式的方法進(jìn)行求解。
例1(2021年全國新高考I卷)第5焦點,點M在橢圓C上,則|MF1|·|MF2的最大值為()。
A.13
B.12
C.9
D.6
分析:本題屬于求距離型的最值,并且涉及焦點,可以利用橢圓定義得到MF,+IMF2|=2a=6,再借助基本不等式|MF·|MF2|=3時,等號成立)。故選C。
拓展:在本題的條件下,求MF1·|MF2I的取值范圍。
利用基本不等式只能求出最大值,這里需要利用函數(shù)的觀點研究目標(biāo)函數(shù)的值域。
在剛才解題的基礎(chǔ)上把兩個距離MF1|、|MF2|中的一個|MF,|當(dāng)成主元,把目標(biāo)函
數(shù)表示為關(guān)于|MF1|的-元二次函數(shù),再進(jìn)行求解。
IMF·「MF2「=「MF1·(6|MF1I)=-|MF:|2+6|MF1|=-(|MF1|-3)2+9,而焦半徑|MF1|的范圍是[a-c,a+c],即|MF1|∈[3-5,3+75]。利用二次函數(shù)的單調(diào)性可知:
當(dāng)|MF1|=3時,|MF1|·|MF2|取最大值9;
當(dāng)IMF1|=3士/5時,|MF1·|MF2取最小值4。
故MF1|·|MF2|的取值范圍為[4,9]。
總結(jié)提升:求解最值問題時,基本不等式法比較快捷,很受大家的青睞。但是基本不等式不是萬能的,遇到求取值范圍或值域的問題時,還是要利用函數(shù)的單調(diào)性進(jìn)行求解,特別要注意參數(shù)的取值范圍。
例2(2021年全國乙卷(理數(shù))第11題)設(shè)B是橢圓C:若+。=1(a》6》0)的a
上頂點,若橢圓C上的任意一點P都滿足|PB|≤2b,則橢圓C的離心率的取值范圍是()。
分析:本題表面上是求離心率的取值范圍,實質(zhì)上是利用距離型目標(biāo)函數(shù)的最值,在求解過程中找出相對應(yīng)的有關(guān)α、b、c的不等式,從而求出離心率的取值范圍。解題的關(guān)鍵是設(shè)出點P(xo,yo),由題意知點B(0,b),
根據(jù)兩點間的距離公式表示出「PB,分類討論求出|PB的最大值,再構(gòu)建關(guān)于α,b,c的齊次不等式。
4b2,化簡得(c2-b2)≤≤0,顯然該不等式不成立。
答案為C。
總結(jié)提升:解決本題的關(guān)鍵是如何求出PB的最大值,利用二次函數(shù)求指定區(qū)間上的最值,要根據(jù)定義域討論函數(shù)的單調(diào)性從而確定最值。本題思路簡單,但運算中容易出錯。本題中的,點P的坐標(biāo)也可以設(shè)成參數(shù)形式P(acos0,bsin0),0∈[0,2π],把問題轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)的最值問題求解,過程中仍然需要分類討論。
例3
(2021年全國乙卷(文數(shù))第20題)已知拋物線C:y=2x(p》0)的焦點F到準(zhǔn)線的距離為2。
(1)求拋物線C的方程;
(2)已知O為坐標(biāo)原點,點P在拋物線的最大值。
分析:第一問易求,第二問屬于求斜率的最值。這里直接設(shè)直線OQ斜率比較麻煩,設(shè)點Q(xo,yo)的話可以直接利用向量關(guān)系式把點P的坐標(biāo)表示出來,再利用點P在拋物線上建立關(guān)系式,最后由斜率公式及基本不等式求解由題意知,該拋物線焦點到準(zhǔn)線的距離所以該拋物線的方程為y=4x。
總結(jié)提升:本題把直線OQ的斜率表示為y0的函數(shù),通過對y0取值范圍的討論,利用基本不等式求出最值。在設(shè)點時,上述解題過程中設(shè)的是點Q(x。,yo),也可以設(shè),點P的坐標(biāo)進(jìn)行求解。
例4(2021年浙江卷第21題)如圖1,已知F是拋物線y2=2px(p》0)的焦點,M是拋物線的準(zhǔn)線與x軸的交點,且|MF=2。
(1)求拋物線的方程;
(2)設(shè)過點F的直線交拋物線于A、B兩點,斜率為2的直線L與直線MA,MB,AB,x軸依次交于點P,Q,R,N,且|RN|2=|PN|·|QN|,求直線l在x軸上截距的范圍。
分析:第一問易求,第二問中點較多,關(guān)系復(fù)雜,但是這些點是在兩條直線上,只要把直線設(shè)出來,點就能表示。直線AB過焦點且與拋物線交于A、B兩點,可以設(shè)成x=ty+1,其中點A(x1,y1),B(x2,y2)。
另外-條直線L與x軸交于點N,而且本題求的是直線L在x軸上截距的范圍,這里把點N設(shè)成N(n,0)比較合適,后面聯(lián)立對應(yīng)的方程求出對應(yīng)點P,Q,R的坐標(biāo),代λ關(guān)系式|RN|2=|PN·|QN|,進(jìn)一步可求n的范圍。
解:(1)因為|MF|=2,所以p=2,拋物線的方程為y2=4x。
(2)設(shè)直線AB的方程為x=ty+1,A(x1,y1),B(x2,y2),N(n,0)。
易知直線1的方程為x=之+,由題設(shè)又直線MA的方程為n≤-7-4/3或-7+4/3≤n《1或n》1。故直線L在x軸上的截距的范圍為{n|n≤-7-4/3或-7+4/3≤n《1或n》1}??偨Y(jié)提升:本題難度較大,解決問題的關(guān)鍵是怎么設(shè)直線或者點坐標(biāo),在設(shè)的過程中遵循的原則是盡量少引λ參數(shù);對于構(gòu)建出的函數(shù)關(guān)系式,要恰當(dāng)利用換元法把復(fù)雜函數(shù)的范圍問題轉(zhuǎn)化為常見函數(shù)的范圍問題。
下面給出常見的幾個分式型目標(biāo)函數(shù)求最值或范圍的處理辦法:
(責(zé)任編輯 徐利杰)