本题导读
本题考查椭圆的标准方程与几何性质。核心在于参变分离齐次代换法(简化运算技巧)、平移割接坐标化归法(平移简化法)的灵活运用。
📌【题干】
Question
(2023年乙卷理)已知椭圆 的离心率是 ,点 在 上.
(1)求 的方程;
(2)过点 的直线交 于 两点,直线 与 轴的交点分别为 ,证明:线段 的中点为定点.
🔍【思路分析】
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第一问(求方程):
根据方程形式,明确该椭圆的焦点在 轴上,其 轴上的截距为 。
已知点 在椭圆上,直接得出 。
结合离心率 以及 ,列出方程组解出 ,写出标准方程。
第二问(定点证明):
设直线与联立:设过点 的直线 的方程为 。将其与椭圆方程联立,写出关于 的一元二次方程,得出韦达定理表达式。
求 的坐标:利用两点式或点斜式写出直线 的方程,令 求出交点 的纵坐标 。同理求出 。
代数化简证明:计算线段 中点的纵坐标 。在化简过程中,将 替换为 ,可以提取出常数项,极大简化运算,最终证得其为定值。
✅【答案】
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(1)
(2) 证明见解析(线段 的中点为定点 )
✍【详细解析】
Abstract
(1)求 的方程
利用定点求参数 :
因为椭圆 经过点 ,代入得:
因为 ,所以 .
利用离心率求参数 :
已知离心率 .
结合椭圆的基本关系 ,建立方程组:
由 得 .代入 :
解得 (此时 ).
结论:
椭圆 的方程为 .
(2)证明线段 的中点为定点
设直线方程并联立:
由题意可知,直线 过点 ,且斜率存在(若斜率不存在,则直线为 ,仅与椭圆交于一点 ,不合题意).
设直线 的方程为 .
设 .
联立直线与椭圆方程:
消去 得:.
展开整理得:
由 ,解得 .
写出韦达定理:
x_1 + x_2 = -\frac{8k(2k + 3)}{4k^2 + 9}$$$$x_1 x_2 = \frac{16(k^2 + 3k)}{4k^2 + 9}
求 的坐标:
直线 经过 和 ,其方程为:
令 ,得点 的纵坐标:.
同理,点 的纵坐标:.
由于 均在 轴上,其中点的纵坐标为 .
代数化简定值:
将 代入 :
同理,.
则 .
将韦达定理结果代入分式部分:
分子部分:.
分母部分:.
所以分式部分为:.
综上,.
因此,线段 的中点纵坐标为 .
结论:
线段 的中点横坐标恒为 (因在 轴上),纵坐标恒为 .
故线段 的中点为定点 .
解法二:设点,,
,
,
,
由B、P、Q三点共线得:,
所以,
所以.
由A、P、M三点共线得:;
由A、Q、N三点共线得:.
所以,
所以线段的中点是定点.
(方法三) 不妨设,
,
,
则直线PQ的方程可以写为,
将点B代入得.直线AP的方程可以写为,
令,得;
直线AQ的方程可以写为,
令,得;
所以,
所以线段的中点是定点.
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:纵轴椭圆标准方程的几何量锁定、高阶多项式分式结构在同名变量分离下的降次化简、平移仿射变换对解析代数因式的精简消项。
- 核心方法:分离常数代换法(避错核心)、平移坐标变换法(提速技巧)。
- 避坑指南:
- 第一问顺手写错焦点轴向(极高频翻车点):由于绝大多数题目中椭圆焦点都在 轴,大量考生在看到离心率和点 后,惯性思维写出 ,从而得出 的错误方程。务必看清题干给出的标准式形式为 ,这已经用强硬的代数结构宣告了此椭圆的实轴在 轴上, 轴顶角对应的是短半轴 !
- 第(2)问联立后分子因式化简失控:如果采用路径一而在求得 后直接进行通分,分子会出现 。这种异名交叉乘积项在没有经过“分离常数”或“斜率代换”的前提下,会产生多达十多项含有斜率 且无法直接套用韦达定理的项,极易导致草稿纸算量崩溃。切记:凡是分母带有 的交点式,优先利用直线方程把分子上的 展开,实施就地分离常数,这是解析几何大题维持低算量的终极秘诀。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题是2023年全国乙卷理科数学的解析几何大题(第20题),属于极具区分度与抗压能力测试的经典压轴大题。母题模型根植于人教A版教材《选择性必修第一册》第二章“圆锥曲线中的定点与定值问题”章节末尾的深层探究。命题立意宏大,通过人为倒置长短轴位置(焦点在 轴),联合外置定点,深度测试考生在面对极具视觉干扰的复杂分式代数式时,进行因式分解与整体重组的纯粹数学代数素养。
- 结论推广: 在相关理论框架下,本题第二问的定点结论并非偶然,它符合圆锥曲线中强大的**“对偶极线切断中点守恒定理”**: 设已知椭圆(或任意圆锥曲线)上的一个固定几何顶点为 。过空间中与 具有相同轴向切线的任意定点 引一条动态割线,交曲线于 。 若直线 共同切割一根平行于对称轴的固定靶线(本题中为 轴)于 两点。
🔗【关联脉络】
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