1、历届“希望杯”全国数学邀请赛高二数学精选题详析(四)题31 Let point M move along the ellipse ,and point F be its right focus, then for fixed point P(6,2) ,then maximum of 3|MF|-|MP| is ,where the coordinate of M is . (ellipse 椭圆；focus 焦点；coordinate 坐标)（第十四届高二第二试第18题）译文：点M是椭圆上一点，点F是椭圆的右焦点，点P（6，2），那么3|MF|-|MP|的最大值是 ，此时点M的坐标是 .-3
2、 O 1 3 6 9 xM M Q D y P Gl F 解 在椭圆中，则，所以椭圆的右焦点F的坐标为（1，0），离心率，右准线，显然点P（6，2）在椭圆的外部.过点P、M分别作PG于G，MD于D，过点P作PQMD于Q，由椭圆的定义知，3|MF|-|MP|=|MD|-|MP|MD|-|MQ|=|QD|=|PG|=9-6=3，当且仅当点P位于线段MD上，即点P与Q点重合时取等号.由点P位于线段MD上，MD及点P（6，2），知点M的纵坐标为2，设M的横坐标为，即M（，2），则有，解得，因此3|MF|-|MP|的最大值是3，此时点M的坐标是（，2）.评析 若设点M的坐标为(x,y)，则可将3|MF|
3、-|MP|表示成x、y的二元无理函数，然后再求其最大值，可想而知，这是一件相当麻烦的事，运用椭圆的定义，将3|MF|-|MP|转化为|MD|-|MP|，就把无理运算转化为有理运算，从而大大简化了解题过程.拓展 将此题引伸拓广，可得定理 M是椭圆E：上的动点，F是椭圆E的一个焦点，为椭圆E的半焦距，P（m,n）为定点.1、 若点P在椭圆E内，则当F是右焦点时，|MF|+|MP|的最小值是；当F是左焦点时，|MF|+|MP|的最小值是.2、 若点P在椭圆E外，则F是右焦点，且0m，|n|b时，|MF|-|MP|的最大值是.F是右焦点，且m，|n|b时，|MP|-|MF|的最小值是.F是左焦点，且m
4、0，|n|b时，|MF|-|MP|的最大值是.F是左焦点，且m，|n|b时，|MP|-|MF|的最小值是.O m F xM N y P M Ql 图1 简证 1、如图1，作MN右准线l于N，PQl于Q，由椭圆定义，|MN|=|MF|.F m O xN M y Q M Pl 图2 |MF|+|MP|=|MN|+|MP|PQ|=，当且仅当P、M、Q三点共线，且M在P、Q之间时取等号.如图2，m同理可证|MF|+|MP|=|MN|+|MP|PQ|=，当且仅当P、M、Q三点共线，且M在P、Q之间时取等号.2、 如图3，|MF|-|MP|=|MN|-|MP|MN|-|MR|=|RN|=|PQ|=，当且仅
5、当P位于线段MN上，即P与R重合时取等号.O F m xM M N Qy P l 图4 如图4，|MP|-|MF|=|MP|-|MN|MQ|-|MN|=|NQ|=，当且仅当P位于直线MN上，即点P与Q重合时取等号.O F m xM M R Ny P Ql 图3 如图5，|MF|-|MP|=|MN|-|MP|MN|-|MR|m=|RN|=|PQ|=，当且仅当P位于线段MN上，即P与R重合时取等号.m F O xP y Q N M Ml 图6 m F O xQ P y N R M Ml 图5 如图6，|MP|-|MF|=|MP|-|MN|MQ|-|MN|=|NQ|=，当且仅当P位于直线MN上，即点
6、P与Q重合时取等号.题32 已知双曲线关于直线x-y=1对称的曲线与直线x+2y=1相切，则k的值等于 （ ）A、 B、 C、 D（第十五届高二培训题第19题）解 设点P（x0,y0）是双曲线上任意一点，点P关于直线x-y=1的对称点为P（x,y）,则 ，又，解、联立方程组得.P点在双曲线上， .代入，得 ，此即对称曲线的方程，由x+2y=1，得x=1-2y,代入并整理，得.由题意，=4-12（k-1）=0，解得k=，故选B.评析 解决此题的关键是求出对称曲线的方程.由于对称曲线与直线相切，故由=0便可求得k的值.拓展 关于直线的对称，我们应熟知下面的结论 1、点（x0,y0）关于x轴的对称点
7、是（x0,-y0）.2、点（x0,y0）关于y轴的对称点是（-x0, y0）.3、点（x0,y0）关于y=x的对称点是（y0,x0）.4、点（x0,y0）关于y=-x的对称点是（-y0,-x0）.5、点（x0,y0）关于y=x+m的对称点是（y0-m,x0+m）.6、点（x0,y0）关于y=-x+n的对称点是（n-y0,n-x0）.7、点（x0,y0）关于直线Ax+By+C=0的对称点是（x,y），x,y是方程组的解. 根据以上结论，不难得到一曲线关于某直线对称的曲线的方程，比如曲线f(x,y)=0关于直线y=x+m对称的曲线的方程是f(y-m,x+m)=0.xAMyOxBCDNF1F2l题3
8、3 是双曲线的左、右焦点，两点在右支上，且与在同一条直线上，则的最小值是_.（第四届高二第二试第15题）解 双曲线,即，如图，在双曲线右支上，,故当取得最小值时，也取最小值.设是双曲线对应于的准线，,垂足为，则由双曲线定义可知，而，其中是梯形的中位线，当时，取最小值，这时，取得最小值,从而取最小值.评析 解决此题的关键是灵活运用双曲线的第一、第二定义，发现，即，亦即最小时，也最小，并能知道时最小（这点请读者自己证明）.本题虽然也有其他解法，但都不如此法简单，双曲线定义及平几知识的运用在简化本题解题过程中起了决定性的作用.拓展 将本题中的双曲线一般化，便得定理 、是双曲线的左、右焦点，两点在右支
9、上，且与在同一条直线上，则的最小值是.仿照本题的解法易证该定理（证明留给读者）.用此定理可知本题中的最小值为.题34 方程表示的曲线是 ( )A、直线 B、椭圆 C、双曲线 D、抛物线 （第十二届高二培训题第23题）解法1 由的两边平方并整理得.令，则，整理得，即，故已知方程表示双曲线，选C.解法2 已知方程就是，由双曲线的第二定义，可知动点P到定点（2，2）的距离与到定直线的距离比为，因为，所以选C.评析 根据选择支，可知解决本题的关键是将已知方程化为某二次曲线的标准方程或直线方程.显然，平方可去掉根号与绝对值符号，但却出现了乘积项.如何消去乘积项便成了问题的关键.解法1表明对称换元是消去乘
10、积项的有效方法.解法2从已知方程的结构特征联想到两点距离公式与点线距离公式，发现方程表示的曲线是到定点（2，2）的距离与到定直线的距离之比为的动点的轨迹，根据双曲线定义选C.显示了发现与联想在解题中的作用.拓展 将此题一般化，我们有下面的定理 若（为常数，且不全为零），则（1）当时，方程表示为一个焦点，直线为相应准线的椭圆.（2）当时，方程表示为一个焦点，直线为相应准线的双曲线.（3）当且时，方程表示过点且与直线垂直的直线.（4）当且时，方程表示为焦点，直线为准线的抛物线.读者可仿照解法2，运用二次曲线的第二定义自己证明该定理.题 35 已知，则动点A与点B（1，0）的距离的最小值是_.（第七
11、届高二第一试第23题）解法1 由已知得 将此式看作以为自变量的二次函数，,这表明该二次函数的定义域是.该函数在上是增函数，当时，.解法 2 令，则 当，即时，.xO 1 2By解法 3 设 （t）,两式平方并相减，得即动点A的轨迹是双曲线的右半支在x轴上方的部分（含点（2，0），由图知|AB|min=1.评析 所求距离|AB|显然是x的函数，然而它是一个复杂的分式函数与无理函数的复合函数，在定义域上的最小值并不好求，解法1根据|AB|0，通过平方，先求，再求|AB|min=，并将看作一个整体，将原问题化为求二次函数在上的最值问题；解法2通过三角换元，把求|AB|min的问题转化为求关于的二次函
12、数在的最小值问题，整体思想、转化思想使得问题化繁为简，化生为熟；解法3则求出点A的轨迹，从图形上直观地看出答案，简捷得让人拍案叫绝，这应当归功于数形结合思想的确当运用.许多最值问题，一旦转化为图形，往往答案就在眼前.题36抛物线上到直线的距离最小的点的坐标是 （第九届高二培训题第27题）解法1 设抛物线上的点的坐标是，则它到直线的距离是，当时最小，此时.故所求点的坐标是.解法2 如图，将直线平移至与抛物线相切，则此时的切点即为所求点.设切线方程为，代入，得.由，即，得.解得.故所求点的坐标是.xyxO-2-2y=x2解法3 设所求点的坐标为P，则过点P的抛物线的切线应与直线平行.而其切线方程为
13、，故，. 故所求点的坐标为.评析 解法1由点线距离公式将抛物线上的任意一点到直线的距离表示成的二次函数，再通过配方求最值，体现了函数思想在解析几何中的运用.解法2运用数形结合思想发现与直线平行的抛物线的切线的切点就是所求点，设切线方程为后运用方程思想求出，进而求出切点坐标. 解法3则设切点为P，直接写出过二次曲线上一点P的切线方程，由切线与已知直线平行.两斜率相等，求出切点坐标.解法2、3不仅适用于求抛物线上到直线的距离最小的点的坐标，同样也适用于求椭圆、双曲线上到直线的距离最小的点的坐标，故为通法.解法3涉及到过抛物线上一点的抛物线的切线方程，下面用导数证明一般情形的结论：定理 过抛物线上一
14、点P的切线方程是.证明 设过点P的抛物线的切线的方程为.，代入得，.点在抛物线上，代入，得切线方程为.拓展 观察切线方程的特征，就是同时将曲线方程中的分别换成，把分别换成便得切线方程.事实上，对于一般二次曲线，有下面的定理.定理 过二次曲线上一点的该曲线的切线方程是.运用该定理必须注意点在曲线上.例 求过点的曲线的切线的方程.解 经验证，点在曲线上，根据上面的定理，所求切线方程为，即. 题37 在抛物线上恒有两点关于直线对称,则的取值范围是 . (第十五届高二培训题第71题)解法1 设两点B、C关于直线对称，直线BC的方程为，将其代入抛物线方程，得.若设BC的中点为M，则.因为M在直线上，所以
15、.，因为BC与抛物线相交于两个不同点，所以.再将的式子代入，经化简得，即，因为，所以.解法2 由解法1，得，.因为，所以，解得.解法3 设B、C是抛物线上关于直线对称的两点，且BC中点为M.因为，所以，即，所以.又,所以,因为M在抛物线的内部，所以，即，解得.解法4 设B、C是抛物线上关于直线对称的两点， M是BC中点.设M，B，C,则，.-，得.因为点M在直线上，.代入得直线BC的方程为，故直线BC的方向向量为，同理得直线的方向向量.因为直线BC与直线垂直，所以，即，化简得，得或（舍去）.显然，解得.因为M在抛物线的内部，所以，即，又，所以.评析 定（动）圆锥曲线上存在关于动（定）直线对称的
16、两点，求直线（圆锥曲线）方程中参数的取值范围.这是解析几何中一类常见的问题.解决这类问题的关键是构造含参数的不等式，通过解不等式求出参数的范围.解法1运用二次方程根的判别式，解法2运用均值不等式，解法3、4运用抛物线弦的中点在抛物线内部，分别成功地构造了关于的不等式，这其中，韦达定理、曲线与方程的关系、两垂直直线的方向向量的数量积为零等为构造关于的不等式起了积极作用.练习 若抛物线上总存在关于直线对称的两个点，则实数的取值范围是 （ ）A、 B、 C、 D、答案：B题38 抛物线的一条弦的倾斜角是,弦长是,那么这种弦都经过一定点,该定点是 （第十三届高二培训题第73题）解法1 设弦过点，则弦所
17、在的直线是，代入抛物线方程，消去得，即(弦长)2=，即，由此得当时，弦所在直线方程为，弦长为4由，得或又由弦长，得综上，这些弦都经过点（1，0）解法2 由题意，对任意都得同一结论，故运用特殊化思想解令，则弦长为，此时弦所在直线方程为，代入，得，由题设，即所以时，弦所在直线方程为再令，则弦长为，设此时弦所在直线方程为，得，代入并整理，得，弦长，解得，所以时，弦所在直线方程为解，得定点为（1，0）评析 题目本身反映了对于一条确定的抛物线，若确定，则以为其倾斜角的弦的长也确定，变化，则以为其倾斜角的弦的长也变化但不论怎样变化，这样的弦都过一个定点，这反映了客观世界运动变化中的相对不变因素的存在由题设
18、可知，故解法1设弦过点，并分直线的斜率存在与不存在两类情形，根据弦长是，直接求出从而说明不论为何值，弦总过定点（1，0）这是合情合理的常规思维然而，根据题意，这些弦过定点肯定是正确的，这就意味着满足题设的任意两弦的交点就是所求定点这就具备了运用特殊化思想解题的前提解法2分别令与，得到两个相应的弦所在直线的方程，解其联立方程组得其交点为(1,0)，即为所求这种解法的逻辑依据是“若对一般正确，则对一般中的特殊也正确”至于解法2中为什么令与，而不令与，主要是为了计算的方便，这也是用此法解题时应当十分注意的应当指出，凡解某种一般情形下某确定结论是什么的问题都可用这种方法解拓展 原题中弦长中的4恰好为抛
19、物线方程中的，而答案中的定点又恰好为抛物线的焦点这是偶然的巧合，还是普遍规律呢？经研究，这 并非巧合，而是一个定理.定理 若抛物线的弦PQ的倾斜角为，则的充分必要条件是PQ经过抛物线的焦点证明 先证必要性:由已知，可设PQ的方程为，代入，得由已知及弦长公式得将的两根之和与积代入，得，从而得（），解得，即知过焦点容易验证当时，结论也成立再证充分性：由已知可设的方程为，代入，得 ，将的两根之和与积代入得容易验证当时，结论也成立应用该定理，可解决下面的问题：1斜率为1的直线经过抛物线的焦点，与抛物线相交于A、B两点，求线段AB的长2是经过抛物线焦点的弦，若，试求的面积（是坐标原点）（91年全国高中联
20、赛题） 3是经过抛物线焦点的弦，是抛物线的顶点，若的面积为4，求的倾斜角（98年上海高考题）答案：1. 8 2. 3.或题39 长为的线段AB的两端在抛物线上滑动，则线段AB的中点M到轴的最短距离等于 .（第13届高二第二试第20题）.,解 设AB的中点为M（），点A的坐标为（），由对称性知B的坐标为，于是有以下关系成立：+，得 ，-，得 .将、代入，得，即，因为当时, 有最小值,当时, 是单调增加的.又关于是单调增加的,所以,当时, 取得最小值.评析 点M到轴的最短距离显然就是点M的纵坐标的最小值.巧妙利用对称性，设出点M、A、B的坐标后，利用曲线与方程的关系及平几知识，可以得到三个关系式，
21、这又有何用处呢？我们要求的是的最小值，现在却出现了四个 变量，能否消去从而得到，再求其最小值呢？果然，可以消去，得到 （这里用到了“设而不求”及函数的思想方法）.若变形为，再令，得到 ，则可由方程有非负实数解求出的最小值，但方程有非负实数解的充要条件很复杂.能否用别的什么方法呢？考虑到式中的，故将式变形为 ，由于与的积是定值，故当=，即时,有最小值.然而，因为，所以，即取不到，故由函数为的单调增函数，可知当.注：形如的函数，若则当时, 取得最小值；若,则单调递增, ；若,则单调递减，.(请读者自己证明该结论)拓展 将此题推广，可得定理1 长为的线段AB的两端在抛物线上滑动，线段AB的中点M到轴
22、的距离为，则（1） 当（2） .证明 由题意，直线AB的斜率存在.设则，所以直线AB的方程为，由，消去，得，因为点M在抛物线的内部，即，所以，又，所以.于是对求导数，得.（1）若（抛物线的通径长），令，得，易知，是的唯一极小值点，所以当 （即轴）时，； （2）若，令，得或，易知当时，；当时，. 令定理中的，由定理的结论（1）可知本赛题的答案为. 此定理尽管也可以用均值不等式加以证明，但配凑的技巧性很强.这里，运用高中数学的新增内容导数进行证明，显得较为简洁.用导数研究函数的最值问题，顺理成章，不必考虑特殊技巧，易被大家接受，应当加以重视并大力提倡. 此定理还可进一步拓广到椭圆、双曲线的情形，便
23、得如下：定理2 已知A、B两点在椭圆上滑动，|AB| = ，线段AB的中点M到轴的距离为，则（1）；（2）当.定理3 已知A、B两点同在双曲线的右（或左）分支上滑动，|AB| =，线段AB的中点M到轴的距离为，则（1）；（2）当 .为证定理2、3，可以先证引理 在圆锥曲线过焦点的弦中，垂直于对称轴的弦最短.BAFO证明 设圆锥曲线的极坐标方程为，其中表 示圆锥曲线的离心率，表示焦点F到对应准线的距离，设AB是圆锥曲线过焦点F的弦，且A，因为，所以+=.当，即当AB与对称轴轴垂直时，故在圆锥曲线过焦点的弦中，垂直于对称轴的弦最短.下面运用引理证明定理2 .证明 （1）不妨设椭圆的右焦点为F（），
24、A、M、B三点到右准线的距离分别是由椭圆的第二定义知：|AF|=，|BF|=，|AF|+|BF|AB|=，所以.又过焦点的弦最小值为线段AB可以过焦点F，当AB过焦点F时，有最小值，因此.xAMyOxBtt1t2F（2）线段AB不可能过焦点F，但点M总可以在过F垂直于轴的椭圆的弦的右侧，如右图，在AFM中，设AMF=，由余弦定理知，在BFM中， ，所以，所以，又，所以 ，无论线段AB在什么位置，不等式都成立.又故 .解此不等式，得，当线段AB垂直 于轴且在焦点F的右侧时，不等式、都取等号，此时，.仿此亦可证明定理1、3，不再赘述.题40 动圆过定点且与定圆相切，那么动圆的中心的轨迹是 （ ）A
25、、圆 B、圆，或椭圆 C、圆，或椭圆，或双曲线 D、圆，或椭圆，或双曲线，或直线 （第三届高二第二试第10题）解 动圆、定点、定圆,这三者的位置关系有5种可能，如图：O在情形：在圆上，这时动圆与定圆相切于，所以点的轨迹是过的一条直线.在情形：与重合，这时动圆在定圆的内部，与它内切，所以点的轨迹是以为圆心，以定圆的半径的一半为半径的圆.在情形：在定圆的内部但不重合于点，动圆过且与定圆内切，这时动点与定点、的距离的和是（定值），其中的、分别表示定圆、动圆的半径.可知点的轨迹是以、为焦点，为长轴长的椭圆.在情形：在定圆的外部，动圆过且与定圆外切，这时（定值）.可知的轨迹是以、为焦点，为实轴长的双曲线的一支.在情形：在定圆的外部，动圆与定圆内切，这时（定值）.可知点的轨迹也是以为焦点.为实轴长的双曲线的一支（和情形4对应的另一支）.综上，可知选D.评析 分类讨论是参加高考与竞赛必须掌握的数学思想.分类要注意标准的统一，不可重复，也不能遗漏.此题的关键是要搞清全部情形有5种，然后再分别求动圆中心的轨迹.运用二次曲线的定义大大简化了解题过程.应当指出，当点在圆上时，动圆的中心的轨迹是直线，但应除去点、. 另外，讨论完第一种情形后就可排除而选，这样就更快捷了.
