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解析几何与圆锥曲线:模块分层训练题库

这一页是解析几何的配套训练。每组题都对应一个模块,题目不追求花哨,而是训练高考解析几何最重要的稳定动作:设、联立、韦达、转化、消参、检查。

A. 坐标与直线

A1 基础

求过点 $(1,2)$,斜率为 $-2$ 的直线方程。

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$$ y-2=-2(x-1), $$

即 $y=-2x+4$。

A2 基础

求点 $(2,-1)$ 到直线 $3x-4y+5=0$ 的距离。

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$$ d=\frac{|6+4+5|}{5}=3. $$

A3 方法

判断直线 $2x+ay+1=0$ 与 $x-y+3=0$ 垂直时,$a$ 的值。

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第一条直线法向量为 $(2,a)$,第二条法向量为 $(1,-1)$。两直线垂直等价于法向量垂直对应方向不直接方便。化成斜率:第一条斜率 $-\frac2a$,第二条斜率 $1$,垂直需 $-\frac2a\cdot1=-1$,得 $a=2$。

A4 方法

求过两点 $(1,3)$、$(4,-3)$ 的直线方程。

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斜率 $k=\frac{-6}{3}=-2$,所以

$$ y-3=-2(x-1), $$

即 $2x+y-5=0$。

A5 综合

直线 $l$ 过点 $(1,1)$,且到原点距离为 $1$,求 $l$ 的方程。

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设直线为 $y-1=k(x-1)$,即 $kx-y+1-k=0$。原点到直线距离为

$$ \frac{|1-k|}{\sqrt{k^2+1}}=1. $$

平方得 $(1-k)^2=k^2+1$,所以 $k=0$,得 $y=1$。还要考虑斜率不存在的直线 $x=1$,它到原点距离也为 $1$。故 $x=1$ 或 $y=1$。

B. 圆

B1 基础

求圆 $x^2+y^2+2x-4y-4=0$ 的圆心和半径。

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配方:

$$ (x+1)^2+(y-2)^2=9. $$

圆心 $(-1,2)$,半径 $3$。

B2 基础

判断直线 $x+y=3$ 与圆 $x^2+y^2=2$ 的位置关系。

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圆心到直线距离

$$ d=\frac3{\sqrt2}> \sqrt2. $$

所以相离。

B3 方法

求圆 $x^2+y^2=25$ 被直线 $y=3$ 截得的弦长。

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圆心到直线距离 $d=3$,半径 $5$,弦长

$$ 2\sqrt{25-9}=8. $$

B4 方法

求圆 $x^2+y^2=10$ 在点 $(1,3)$ 处的切线方程。

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切线方程为

$$ x+3y=10. $$

B5 综合

过点 $(0,3)$ 作圆 $x^2+y^2=1$ 的切线,求切线方程。

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设切线为 $y=kx+3$,即 $kx-y+3=0$。圆心到直线距离等于半径:

$$ \frac3{\sqrt{k^2+1}}=1. $$

得 $k^2=8$,所以切线为 $y=\pm2\sqrt2x+3$。

C. 圆锥曲线定义

C1 基础

动点到两定点距离和为 $8$,两定点距离为 $6$,轨迹是什么?

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因为 $8>6$,轨迹是椭圆。

C2 基础

动点到两定点距离差的绝对值为 $4$,两定点距离为 $10$,轨迹是什么?

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因为 $0<4<10$,轨迹是双曲线。

C3 方法

椭圆中 $a=6,e=\frac23$,求 $c,b$。

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$c=ae=4$,$b^2=a^2-c^2=36-16=20$,所以 $b=2\sqrt5$。

C4 方法

双曲线中 $a=4,e=\frac54$,求 $c,b$。

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$c=ae=5$,$b^2=c^2-a^2=25-16=9$,所以 $b=3$。

C5 综合

已知曲线上的点到点 $(2,0)$ 的距离等于到直线 $x=-2$ 的距离,求曲线类型和方程。

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这是抛物线,焦点 $(2,0)$,准线 $x=-2$,顶点原点,方程为

$$ y^2=8x. $$

D. 椭圆

D1 基础

椭圆 $\frac{x^2}{16}+\frac{y^2}{9}=1$ 的焦点和离心率。

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$a=4,b=3,c=\sqrt7$,焦点 $(\pm\sqrt7,0)$,离心率 $e=\frac{\sqrt7}{4}$。

D2 基础

焦点在 $y$ 轴,$a=5,b=3$,写出椭圆方程。

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焦点在 $y$ 轴,较大分母在 $y^2$ 下:

$$ \frac{x^2}{9}+\frac{y^2}{25}=1. $$

D3 方法

椭圆焦点为 $(\pm4,0)$,短轴长为 $6$,求方程。

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$c=4,b=3$,$a^2=b^2+c^2=25$,方程为

$$ \frac{x^2}{25}+\frac{y^2}{9}=1. $$

D4 方法

椭圆 $\frac{x^2}{25}+\frac{y^2}{16}=1$ 上点 $P$ 的横坐标为 $3$,求 $PF_1,PF_2$ 的和。

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由定义,$PF_1+PF_2=2a=10$。

D5 综合

直线 $y=mx$ 过椭圆 $\frac{x^2}{4}+y^2=1$ 的中心,求它截椭圆所得弦的中点。

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椭圆中心为原点,过中心的直线截得的弦关于原点对称,所以中点为 $(0,0)$。

E. 双曲线

E1 基础

双曲线 $\frac{x^2}{16}-\frac{y^2}{9}=1$ 的焦点和渐近线。

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$a=4,b=3,c=5$,焦点 $(\pm5,0)$,渐近线 $y=\pm\frac34x$。

E2 基础

焦点在 $y$ 轴,$a=2,b=5$,写出双曲线方程。

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$$ \frac{y^2}{4}-\frac{x^2}{25}=1. $$

E3 方法

双曲线渐近线为 $y=\pm2x$,且 $a=3$,焦点在 $x$ 轴,求方程。

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焦点在 $x$ 轴时渐近线 $y=\pm\frac ba x$,所以 $b=6$。方程为

$$ \frac{x^2}{9}-\frac{y^2}{36}=1. $$

E4 方法

双曲线 $\frac{x^2}{9}-\frac{y^2}{16}=1$ 的离心率。

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$a=3,b=4,c=5$,所以 $e=\frac53$。

E5 综合

为什么双曲线 $\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2}=1$ 不可能与 $y$ 轴相交?

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令 $x=0$,得 $-\frac{y^2}{b^2}=1$,无实数解。所以它不与 $y$ 轴相交。

F. 抛物线

F1 基础

求抛物线 $y^2=12x$ 的焦点和准线。

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$4a=12$,$a=3$,焦点 $(3,0)$,准线 $x=-3$。

F2 基础

焦点为 $(0,2)$,准线为 $y=-2$,求抛物线方程。

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顶点原点,向上开口,$a=2$,方程为

$$ x^2=8y. $$

F3 方法

点 $P(x_0,y_0)$ 在 $y^2=12x$ 上,求焦半径。

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$a=3$,所以 $PF=x_0+3$。

F4 方法

抛物线 $y^2=4x$ 被直线 $x=4$ 截得弦长。

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令 $x=4$,得 $y^2=16$,$y=\pm4$,弦长 $8$。

F5 综合

抛物线 $y^2=8x$ 的焦点弦过焦点且垂直于 $x$ 轴,求弦长。

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焦点为 $(2,0)$,直线为 $x=2$。代入 $y^2=16$,得 $y=\pm4$,弦长 $8$。

G. 联立与韦达

G1 基础

若 $x_1+x_2=5$,$x_1x_2=6$,求 $(x_1-x_2)^2$。

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$$ (x_1-x_2)^2=25-24=1. $$

G2 基础

直线 $y=3x+1$ 上两点横坐标差为 $2$,求两点距离。

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$$ d=\sqrt{1+3^2}\cdot2=2\sqrt{10}. $$

G3 方法

直线 $y=kx+m$ 与曲线交于 $P,Q$,写出弦长公式中最常用的横坐标形式。

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$$ PQ=\sqrt{1+k^2}\sqrt{(x_1+x_2)^2-4x_1x_2}. $$

G4 方法

为什么联立后需要判别式条件?

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判别式保证交点存在。若要求两个不同交点,需要 $\Delta>0$;若只要求有公共点,可以用 $\Delta\ge0$。

G5 综合

直线 $y=kx+1$ 与椭圆 $\frac{x^2}{4}+y^2=1$ 有两个交点,写出联立后关于 $x$ 的二次方程。

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代入得

$$ \frac{x^2}{4}+(kx+1)^2=1. $$

整理:

$$ \left(k^2+\frac14\right)x^2+2kx=0. $$

H. 定点、定值、定直线

H1 基础

直线族 $y+1=k(x-2)$ 恒过哪个点?

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恒过 $(2,-1)$。

H2 基础

动点 $P(t,3t-2)$ 在哪条定直线上?

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消去 $t$,得 $y=3x-2$。

H3 方法

方程 $(x-1)k+(y+2)=0$ 对任意 $k$ 成立,求定点。

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要对任意 $k$ 成立,需 $x-1=0$,$y+2=0$,所以定点 $(1,-2)$。

H4 方法

若 $k_1=\frac{t+2}{t-1}$,$k_2=\frac{t-1}{t+2}$,求 $k_1k_2$。

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在 $t\ne1,-2$ 时,$k_1k_2=1$。

H5 综合

说明“代特殊值猜定点”和“证明定点”的区别。

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代特殊值只能猜出可能的点;证明定点必须说明对任意允许参数,相关直线或曲线都经过该点。

I. 最值与范围

I1 基础

点 $P$ 在圆 $x^2+y^2=4$ 上,求 $x$ 的范围。

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由 $x^2\le4$,得 $-2\le x\le2$。

I2 基础

点 $P$ 在椭圆 $\frac{x^2}{16}+\frac{y^2}{9}=1$ 上,求 $y$ 的范围。

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由 $\frac{y^2}{9}\le1$,得 $-3\le y\le3$。

I3 方法

若 $t>0$,求 $2t+\frac8t$ 的最小值。

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$$ 2t+\frac8t\ge2\sqrt{16}=8, $$

当 $2t=\frac8t$,即 $t=2$ 时取等号。

I4 方法

直线 $y=kx+2$ 与圆 $x^2+y^2=1$ 是否可能相交?

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圆心到直线距离为 $\frac2{\sqrt{k^2+1}}$。当 $|k|\ge\sqrt3$ 时距离不超过 $1$,可以相交。

I5 综合

为什么圆锥曲线范围题经常用 $\Delta\ge0$?

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当某个参数对应的点或直线存在时,联立后的一元二次方程必须有实根,因此判别式非负会给出参数范围。

J. 大题策略

J1 基础

圆锥曲线大题第一步最常见的两个动作是什么?

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明确曲线方程;设直线或设点。

J2 基础

为什么“斜率不存在”常常要单独讨论?

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因为 $y=kx+b$ 不能表示竖直线,若题目允许竖直线,直接设斜率会漏情况。

J3 方法

面积题中,若一边是弦 $PQ$,另一个顶点为定点 $A$,面积怎么表达?

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$$ S=\frac12|PQ|\cdot d(A,PQ), $$

其中 $d(A,PQ)$ 是点 $A$ 到弦所在直线的距离。

J4 方法

中点弦题为什么适合点差法?

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两点代入曲线方程后相减,可以直接出现 $x_1+x_2$、$y_1+y_2$,而中点正好给这两个量。

J5 综合

一个圆锥曲线大题做完后,最后必须检查什么?

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检查判别式条件、参数范围、斜率不存在情况、是否有退化直线或重根,以及所得结论是否对所有允许情况成立。

作业建议

每次课后不要整页通刷。建议每讲布置:基础 3 道、方法 3 道、综合 1 道,再让学生选 1 道准备讲题。目标是稳定流程,而不是把计算堆到失控。