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圆锥曲线最值问题的解题策略
[典例] 如图,椭圆M:+=1(a>b>0)的离心率为,直线x=±a和y=±b所围成的矩形ABCD的面积为8.
(1)求椭圆M的标准方程;
(2)设直线l:y=x+m(m∈R)与椭圆M有两个不同的交点P,Q,l与矩形ABCD有两个不同的交点S,T,求的最大值及取得最大值时m的值.
[审题视角] 解决圆锥曲线的最值与范围问题常见的解法有两种:几何法和代数法.若题目的条件和结论能明显体现几何特征和意义,则考虑利用图形性质来解决,这就是几何法.若题目的条件和结论能体现一种明确的函数关系,则可首先建立起目标函数,再求这个函数的最值,这就是代数法.
[解析] (1)设椭圆M的半焦距为c,由题意知所以a=2,b=1.
因此椭圆M的方程为+y2=1.
(2)由
整理得5x2+8mx+4m2-4=0.
由Δ=64m2-80(m2-1)=80-16m2>0,
得-<m<.
设P(x1,y1),Q(x2,y2),
则x1+x2=-,x1x2=,
所以|PQ|=
=
=(-<m<).
线段CD的方程为y=1(-2≤x≤2),线段AD的方程为x=-2(-1≤y≤1).
①不妨设点S在AD边上,T在CD边上,可知1≤m≤,S(-2,m-2),D(-2,1),
所以|ST|=|SD|=[1-(m-2)]=(3-m),
因此=.
令t=3-m(1≤m≤),
则m=3-t,t∈(3-,2],
所以==
=.
由于t∈(3-,2],所以∈[,),
因此当=,即t=时,取得最大值,此时m=.
在利用代数法解决最值与范围问题时常从以下五个方面考虑:
(1)利用判别式来构造不等关系,从而确定参数的取值范围;
(2)利用已知参数的范围,求新参数的范围,解这类问题的核心是在两个参数之间建立等量关系;
(3)利用隐含或已知的不等关系建立不等式,从而求出参数的取值范围;
(4)利用基本不等式求出参数的取值范围;
(5)利用函数的值域的求法,确定参数的取值范围.
1.(2021·辽宁理,20)如图,抛物线C1:x2=4y,C2:x2=-2py(p>0).点M(x0,y0)在抛物线C2上,过M作C1的切线,切点为A,B(M为原点O时,A,B重合于O).当x0=1-时,切线MA的斜率为-.
(1)求p的值;
(2)当M在C2上运动时,求线段AB中点N的轨迹方程(A,B重合于O时,中点为O).
解:(1)由于抛物线C1:x2=4y上任意一点(x,y)的切线斜率为y′=,且切线MA的斜率为-,
所以A点坐标为(-1,),
故切线MA的方程为y=-(x+1)+.
由于点M(1-,y0)在切线MA及抛物线C2上,
于是y0=-(2-)+=-.①
y0=-=-.②
由①②得p=2.
(2)设N(x,y),A(x1,),B(x2,),x1≠x2,
由N为线段AB中点知x=.③
y=.④
切线MA,MB的方程为
y=(x-x1)+,⑤
y=(x-x2)+.⑥
由⑤⑥得MA,MB的交点M(x0,y0)的坐标为
x0=,y0=.
由于点M(x0,y0)在C2上,即x=-4y0,
所以x1x2=-.⑦
由③④⑦得x2=y,x≠0.
当x1=x2时,A,B重合于原点O,AB中点N为O,坐标满足x2=y.
因此AB中点N的轨迹方程为x2=y.
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