第17章 圆锥曲线

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1椭圆

教材概念
教材原文

椭圆的定义:平面内到两个定点 F₁、F₂ 的距离之和等于常数(大于 |F₁F₂|)的点的轨迹叫做椭圆。两定点 F₁、F₂ 叫做椭圆的焦点,两焦点间的距离叫做椭圆的焦距。

标准方程:

· 焦点在 x 轴上:x²/a² + y²/b² = 1(a > b > 0);

· 焦点在 y 轴上:y²/a² + x²/b² = 1(a > b > 0)。

几何性质(以 x²/a² + y²/b² = 1 为例):

· 范围:−a ≤ x ≤ a,−b ≤ y ≤ b;

· 对称性:关于 x 轴、y 轴、原点对称;

· 顶点:(±a, 0)、(0, ±b);

· 长轴长 2a,短轴长 2b;

· a² = b² + c²(其中 c 为半焦距);

· 离心率 e = c/a,且 0 < e < 1。e 越大,椭圆越扁;e 越小,椭圆越圆。

概念解读
椭圆的"三个基本量"与"两个焦点位置"

① 三个基本量 a、b、c 的关系:

a² = b² + c²

· a 是长半轴(最大);

· b 是短半轴;

· c 是半焦距。所以 a > b 且 a > c,但 b 与 c 的大小关系不确定。

② 如何判断焦点的位置——看标准方程中哪个分母大:

  • x² 的分母大(a² 在 x² 下)→ 焦点在 x 轴上;
  • y² 的分母大(a² 在 y² 下)→ 焦点在 y 轴上。

③ 离心率 e = c/a 的几何意义:

  • e → 0(c → 0):b → a,椭圆越来越接近圆;
  • e → 1(c → a):b → 0,椭圆越来越扁。

👉 要点:无论焦点在哪条轴上,永远有 a > b > 0 且 a² = b² + c²。

① 椭圆的几何结构(焦点在 x 轴)

(−a,0) (a,0) (0,b) (0,−b) F₁ F₂ 长轴 2a 短轴 2b x²/a² + y²/b² = 1,a > b > 0,a² = b² + c²
关键点:
· 椭圆的焦点始终在长轴上;
· 顶点有四个:(±a, 0) 和 (0, ±b);
· 半焦距 c 满足 c² = a² − b²。

② 离心率 e 对椭圆形状的影响

e 越大,椭圆越扁 e 接近 0 接近圆 e ≈ 0.5 中等 e 接近 1 接近线段
典型习题(先做,再看答案)
例 1
已知椭圆 x²/25 + y²/9 = 1。
(1)求焦点坐标、长轴长、短轴长;
(2)求离心率 e。
💡 提示:a² 在分母大的那个下方。
答案与详解
第一步:读出 a、b
a² = 25 ⟹ a = 5;
b² = 9 ⟹ b = 3。
第二步:求 c
c² = a² − b² = 25 − 9 = 16,所以 c = 4。
第三步:判断焦点位置
因为 a² 在 x² 下(25 > 9),所以焦点在 x 轴上。
焦点坐标 F₁(−4, 0),F₂(4, 0)。
第四步:求轴长和离心率
长轴长 = 2a = 10;
短轴长 = 2b = 6;
e = c/a = 4/5 = 0.8。
焦点 (±4, 0);长轴 10;短轴 6;离心率 e = 4/5。
例 2
求焦点在 y 轴上、焦距为 8、长轴长为 10 的椭圆的标准方程。
💡 提示:焦点在 y 轴,标准方程为 y²/a² + x²/b² = 1。
答案与详解
第一步:确定 a、c
长轴长 2a = 10 ⟹ a = 5;
焦距 2c = 8 ⟹ c = 4。
第二步:求 b
b² = a² − c² = 25 − 16 = 9,所以 b = 3。
第三步:写出方程
焦点在 y 轴上,标准方程为 y²/a² + x²/b² = 1。
所以:y²/25 + x²/9 = 1。
标准方程为 y²/25 + x²/9 = 1。
例 3
椭圆 x²/16 + y²/12 = 1 上一点 P 到左焦点 F₁ 的距离为 3,求 P 到右焦点 F₂ 的距离。
💡 提示:用椭圆定义 |PF₁| + |PF₂| = 2a。
答案与详解
确定 a
a² = 16 ⟹ a = 4,所以 2a = 8。
用椭圆定义
|PF₁| + |PF₂| = 2a = 8。
因为 |PF₁| = 3,所以 |PF₂| = 8 − 3 = 5。
P 到右焦点 F₂ 的距离为 5。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 焦点位置判断错误

求椭圆 x²/9 + y²/16 = 1 的焦点坐标。

错误做法:
看到 x² 在前,就认为焦点在 x 轴上。得到焦点 (±√7, 0)。

正确做法:
看分母大小——16 > 9,所以 a² = 16 在 y² 下。
焦点在 y 轴上。
a² = 16,b² = 9,c² = a² − b² = 16 − 9 = 7,c = √7。
焦点坐标 F₁(0, −√7),F₂(0, √7)。

📌 口诀:焦点在哪轴,看哪个分母大。

易错点 2 · 长轴、短轴与 a、b 混淆

已知椭圆 x²/a² + y²/b² = 1(a > b > 0)的长轴长为 10,短轴长为 6,求 a、b。

错误做法:
认为 a = 10, b = 6。

正确做法:
长轴长 = 2a,短轴长 = 2b。
所以 2a = 10 ⟹ a = 5;
2b = 6 ⟹ b = 3。

📌 要点:a、b 是"半轴",长轴长和短轴长是"2a、2b"。

易错点 3 · 定义中"大于 |F₁F₂|"条件遗漏

判断:平面内到两定点 F₁、F₂ 的距离之和为常数(即 2a)的点的轨迹是椭圆。

错误做法:直接答"是椭圆"。

正确做法:
常数必须大于 |F₁F₂|(即 2a > 2c,等价于 a > c)才是椭圆。
· 若 2a > |F₁F₂|:椭圆;
· 若 2a = |F₁F₂|:轨迹是线段 F₁F₂;
· 若 2a < |F₁F₂|:轨迹不存在。

2双曲线

教材概念
教材原文

双曲线的定义:平面内到两个定点 F₁、F₂ 的距离之差的绝对值等于常数(小于 |F₁F₂| 且大于 0)的点的轨迹叫做双曲线。两定点 F₁、F₂ 叫做双曲线的焦点。

标准方程:

· 焦点在 x 轴上:x²/a² − y²/b² = 1(a > 0, b > 0);

· 焦点在 y 轴上:y²/a² − x²/b² = 1(a > 0, b > 0)。

几何性质(以 x²/a² − y²/b² = 1 为例):

· 范围:x ≤ −a 或 x ≥ a;

· 对称性:关于 x 轴、y 轴、原点对称;

· 顶点:(±a, 0);

· 实轴长 2a,虚轴长 2b;

· c² = a² + b²(其中 c 为半焦距,且 c > a, c > b);

· 离心率 e = c/a,且 e > 1;

· 渐近线:y = ±(b/a)x。

概念解读
双曲线与椭圆的"对比"
对比项椭圆双曲线
定义|PF₁| + |PF₂| = 2a||PF₁| − |PF₂|| = 2a
a、b、c 关系a² = b² + c²c² = a² + b²
a、b 大小a > b > 0a 与 b 无固定大小关系
离心率0 < e < 1e > 1
特殊性质无渐近线渐近线 y = ±(b/a)x

关键区别:

  • 椭圆 a 最大:a² = b² + c²;
  • 双曲线 c 最大:c² = a² + b²。

渐近线的作用——双曲线的两支无限延伸,越来越接近渐近线但永不相交。渐近线方程 y = ±(b/a)x 可以直接从标准方程读出:把"1"换成"0",得 x²/a² − y²/b² = 0,即 y = ±(b/a)x。

等轴双曲线——当 a = b 时,渐近线为 y = ±x(互相垂直),离心率 e = √2,称为等轴双曲线。

👉 口诀:椭圆 a 最大,双曲线 c 最大;双曲线渐近线看"把 1 换成 0"。

① 双曲线的几何结构(焦点在 x 轴)

(−a,0) (a,0) F₁ F₂ y = (b/a)x y = −(b/a)x x²/a² − y²/b² = 1;c² = a² + b²;e > 1

② 椭圆、双曲线、抛物线的"统一视角"

三种圆锥曲线的离心率 椭圆 0 < e < 1 封闭曲线 抛物线 e = 1 开放曲线 双曲线 e > 1 两支开放 e = 1 是"抛物线",e 偏离 1 分别向"椭圆"和"双曲线"演化
典型习题(先做,再看答案)
例 1
已知双曲线 x²/9 − y²/16 = 1。
(1)求 a、b、c;
(2)求焦点坐标;
(3)求渐近线方程;
(4)求离心率 e。
💡 提示:注意双曲线 c² = a² + b²。
答案与详解
(1)确定 a、b
a² = 9 ⟹ a = 3;
b² = 16 ⟹ b = 4。
(2)求 c 和焦点
c² = a² + b² = 9 + 16 = 25 ⟹ c = 5。
因为 x² 项前的系数为正(焦点在 x 轴上),
所以焦点为 F₁(−5, 0),F₂(5, 0)。
(3)渐近线
y = ±(b/a)x = ±(4/3)x。
(4)离心率
e = c/a = 5/3。
a = 3,b = 4,c = 5;焦点 (±5, 0);渐近线 y = ±(4/3)x;e = 5/3。
例 2
已知双曲线的焦点在 x 轴上,焦距为 10,离心率为 5/4。求双曲线的标准方程。
💡 提示:先用 2c = 10 得 c,再用 e = c/a 求 a,最后用 b² = c² − a² 求 b。
答案与详解
第一步:求 c
焦距 2c = 10 ⟹ c = 5。
第二步:求 a
e = c/a = 5/4
5/a = 5/4 ⟹ a = 4。
所以 a² = 16。
第三步:求 b²
b² = c² − a² = 25 − 16 = 9。
第四步:写出方程
焦点在 x 轴上,所以标准方程为:
x²/16 − y²/9 = 1。
标准方程为 x²/16 − y²/9 = 1。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 双曲线 c 与 a 关系记反

已知双曲线 x²/9 − y²/16 = 1,求 a² + b² 与 c² 的关系。

错误做法:
写成 a² = b² + c²(这是椭圆的公式)。

正确做法:
双曲线:c² = a² + b²。
这里 c² = 9 + 16 = 25 ⟹ c = 5。
对比:椭圆 a² = b² + c²(a 最大);双曲线 c² = a² + b²(c 最大)。

📌 口诀:椭圆 a 最大,双曲线 c 最大。

易错点 2 · 渐近线公式写反

求双曲线 x²/9 − y²/16 = 1 的渐近线方程。

错误做法:
写成 y = ±(a/b)x = ±(3/4)x。

正确做法:
对 x²/a² − y²/b² = 1,渐近线是 y = ±(b/a)x。
这里 a = 3, b = 4,所以渐近线为 y = ±(4/3)x。
记忆技巧:把标准方程右边的"1"改成"0":
x²/9 − y²/16 = 0 ⟹ y²/16 = x²/9 ⟹ y = ±(4/3)x。
易错点 3 · 焦点在 y 轴时的方程写错

已知双曲线的焦点在 y 轴上,a = 3,b = 4。求标准方程。

错误做法:
直接写 x²/9 − y²/16 = 1(焦点在 x 轴的方程)。

正确做法:
焦点在 y 轴上时,y² 项为正,x² 项为负:
y²/a² − x²/b² = 1。
所以标准方程为 y²/9 − x²/16 = 1。
渐近线:y = ±(a/b)x = ±(3/4)x(注意这里是 a/b,不是 b/a!)。

📌 要点:焦点在 y 轴时,渐近线公式变为 y = ±(a/b)x。

3抛物线

教材概念
教材原文

抛物线的定义:平面内到一个定点 F 和一条定直线 l(F 不在 l 上)的距离相等的点的轨迹叫做抛物线。定点 F 叫做抛物线的焦点,定直线 l 叫做抛物线的准线。

标准方程(四种形式):

· y² = 2px(p > 0):焦点 (p/2, 0),准线 x = −p/2;

· y² = −2px(p > 0):焦点 (−p/2, 0),准线 x = p/2;

· x² = 2py(p > 0):焦点 (0, p/2),准线 y = −p/2;

· x² = −2py(p > 0):焦点 (0, −p/2),准线 y = p/2。

几何性质(以 y² = 2px 为例):

· 范围:x ≥ 0,y ∈ R;

· 对称轴:x 轴;

· 顶点:原点 O(0, 0);

· 离心率:e = 1;

· 通径长:2p(过焦点垂直于对称轴的弦)。

概念解读
抛物线的"焦点与准线"

① 抛物线的本质——抛物线是"到定点距离 = 到定直线距离"的点的轨迹。这个定义比椭圆、双曲线更"简洁"。

② 四种标准方程的对照:

方程开口方向焦点准线
y² = 2px向右(p/2, 0)x = −p/2
y² = −2px向左(−p/2, 0)x = p/2
x² = 2py向上(0, p/2)y = −p/2
x² = −2py向下(0, −p/2)y = p/2

③ 焦点与准线的"对称性"——焦点和准线关于顶点对称:

  • 焦点坐标是 (p/2, 0),准线方程是 x = −p/2(关于 y 轴对称);
  • 焦点到准线的距离 = p(即顶点到焦点距离的 2 倍)。

④ 抛物线焦半径公式——对 y² = 2px 上一点 P(x₀, y₀),有 |PF| = x₀ + p/2。

👉 口诀:抛物线看"一次项"——一次项是 x,开口沿 x 轴;一次项是 y,开口沿 y 轴。系数正负决定开口方向。

① 抛物线的定义图示

准线 x = −p/2 F P(x₀, y₀) 到准线 |PF| O 抛物线定义:到焦点 F 的距离 = 到准线的距离
要点:抛物线的定义"到焦点距离 = 到准线距离",这是所有抛物线问题的出发点。

② 四种标准抛物线

y² = 2px 向右 y² = −2px 向左 x² = 2py 向上 x² = −2py 向下 四种抛物线对应"四个开口方向" y² = 2px 时:焦点 (p/2, 0),准线 x = −p/2,通径 2p 顶点都在原点,离心率 e = 1
典型习题(先做,再看答案)
例 1
已知抛物线 y² = 8x。
(1)求焦点坐标和准线方程;
(2)求通径长;
(3)若 P 是抛物线上一点,P 到焦点距离为 5,求 P 的横坐标。
💡 提示:2p = 8,p = 4。
答案与详解
(1)焦点和准线
2p = 8 ⟹ p = 4。
焦点 F(p/2, 0) = (2, 0);
准线 x = −p/2 = −2。
(2)通径长
通径长 = 2p = 8。
(3)求 P 的横坐标
用焦半径公式:|PF| = x₀ + p/2 = x₀ + 2。
由 |PF| = 5 得 x₀ + 2 = 5 ⟹ x₀ = 3。
(1)焦点 (2, 0),准线 x = −2;(2)通径长 8;(3)x₀ = 3。
例 2
求以原点为顶点、焦点为 (0, 3) 的抛物线标准方程。
💡 提示:焦点在 y 轴正半轴,开口向上,方程为 x² = 2py。
答案与详解
第一步:确定形式
焦点在 y 轴正半轴上,开口向上,标准方程为 x² = 2py(p > 0)。
第二步:求 p
焦点坐标为 (0, p/2),所以 p/2 = 3 ⟹ p = 6。
第三步:写出方程
x² = 2py = 12y。
抛物线的标准方程为 x² = 12y。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 焦点坐标公式记错

求抛物线 y² = 4x 的焦点坐标。

错误做法:
看到 2p = 4,就直接写焦点 (4, 0)(把 p 当成焦点横坐标)。

正确做法:
2p = 4 ⟹ p = 2。
焦点 F(p/2, 0) = (1, 0)。
要点:焦点坐标是 (p/2, 0),准线是 x = −p/2,不要记混。
易错点 2 · 四种形式的"p 的位置"

抛物线 x² = −4y 的准线方程是 ______。

错误做法:
写成 y = −1(把准线当成 x = −p/2 处理)。

正确做法:
x² = −2py 形式,2p = 4 ⟹ p = 2。
因为系数为负(开口向下),焦点在 (0, −p/2) = (0, −1),准线为 y = p/2 = 1。
记忆:焦点和准线关于顶点(原点)对称。

4直线与圆锥曲线的位置关系

教材概念
教材原文

判断直线与圆锥曲线的位置关系,通常用联立方程组的方法:

① 把直线方程和圆锥曲线方程联立;

② 消元(通常消去 y)得到一个一元二次方程(或一元一次方程);

③ 用判别式 Δ 判断交点个数:

· Δ > 0:两个交点;

· Δ = 0:一个交点(相切);

· Δ < 0:没有交点。

弦长公式:直线与圆锥曲线相交于 A(x₁, y₁)、B(x₂, y₂),斜率为 k,则

|AB| = √(1 + k²) · |x₁ − x₂|

或

|AB| = √(1 + k²) · √Δ / |a|

(其中 a 是联立后二次方程 x² 的系数,Δ 是该方程的判别式)

概念解读
"联立 + 判别式"是核心方法

① 标准流程:

  1. 设直线方程(注意讨论斜率不存在的情形);
  2. 代入圆锥曲线方程,消元得二次方程;
  3. 计算 Δ 判断交点个数;
  4. 用韦达定理 x₁ + x₂、x₁x₂ 计算弦长、中点、面积等。

② 弦长公式的两种形式:

  • 根差形式:|AB| = √(1 + k²) · |x₁ − x₂|;
  • 判别式形式:|AB| = √(1 + k²) · √Δ / |a|。

当直线是 x = my + c 形式时(斜率可能不存在),用 |AB| = √(1 + m²) · |y₁ − y₂| 更方便。

③ 韦达定理的应用:

  • 求中点:M((x₁ + x₂)/2, (y₁ + y₂)/2);
  • 求弦长:|AB| = √(1 + k²) · √[(x₁+x₂)² − 4x₁x₂];
  • 求面积:S = (1/2) · |AB| · d(d 为高)。

👉 要点:联立方程组必须验证 Δ > 0,否则可能无交点或相切。这是解答题中最容易失分的地方。

① 直线与椭圆的三种位置关系

相交(Δ > 0) 相切(Δ = 0) 相离(Δ < 0) 用判别式 Δ 判断交点个数

② 弦长公式推导思路

弦长 = 水平差的 √(1+k²) 倍 A(x₁,y₁) B(x₂,y₂) |x₁ − x₂| |y₁ − y₂| 由 |y₁ − y₂| = k·|x₁ − x₂|,用勾股定理得 |AB| = √(1+k²)·|x₁ − x₂|
典型习题(先做,再看答案)
例 1
判断直线 y = x + 1 与椭圆 x²/4 + y² = 1 的位置关系。
💡 提示:联立方程组,消去 y,计算 Δ。
答案与详解
联立方程组
代入 y = x + 1 到 x²/4 + y² = 1:
x²/4 + (x+1)² = 1
x²/4 + x² + 2x + 1 = 1
x²/4 + x² + 2x = 0
5x²/4 + 2x = 0
5x² + 8x = 0
计算 Δ
5x² + 8x = 0(常数项为 0)。
Δ = 8² − 4 × 5 × 0 = 64 > 0。
求交点
x(5x + 8) = 0 ⟹ x = 0 或 x = −8/5。
两个交点为 (0, 1) 和 (−8/5, −3/5)。
直线与椭圆相交,交点为 (0, 1) 和 (−8/5, −3/5)。
例 2
已知直线 l:y = kx + 1 与椭圆 x²/4 + y² = 1 相交于 A、B 两点。
(1)求 k 的取值范围;
(2)当 k = 1 时,求弦长 |AB|。
💡 提示:联立后用 Δ > 0 求 k 范围,用弦长公式求 |AB|。
答案与详解
(1)联立方程
代入 y = kx + 1 到 x²/4 + y² = 1:
x²/4 + (kx+1)² = 1
x²/4 + k²x² + 2kx + 1 = 1
(1/4 + k²)x² + 2kx = 0
分析 Δ 与交点个数
这个方程中常数项为 0,所以一定有 x = 0 这个解,意味着直线必过椭圆上的一点 (0, 1)。
要想有两个不同交点,需要另一个根 x = −2k/(1/4 + k²) ≠ 0,即 k ≠ 0。
所以 k ≠ 0 时,直线与椭圆有两个交点。
(k = 0 时相切于 (0, 1),只有一个交点。)
(2)k = 1 时求弦长
方程 (1/4 + 1)x² + 2x = 0 ⟹ (5/4)x² + 2x = 0。
x(5x/4 + 2) = 0 ⟹ x = 0 或 x = −8/5。
对应的 y:x = 0 时 y = 1;x = −8/5 时 y = −8/5 + 1 = −3/5。
两个交点 A(0, 1)、B(−8/5, −3/5)。
用弦长公式
|AB| = √(1 + k²) · |x₁ − x₂|
= √2 · |0 − (−8/5)|
= √2 · 8/5
= 8√2/5
(1)k ≠ 0;(2)|AB| = 8√2/5。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 忘记讨论斜率不存在的情形

已知直线 l 过点 P(0, 1),与抛物线 y² = 4x 交于 A、B 两点,求直线 l 的方程。

错误做法:
直接设 y = kx + 1,代入求 k,得到一条直线。
漏掉"斜率不存在"的情形。

正确做法:
情形 1:斜率存在,设 y = kx + 1,代入得 (kx+1)² = 4x。求解得 k 值。
情形 2:斜率不存在,直线 x = 0(y 轴)。
把 x = 0 代入 y² = 4x 得 y² = 0,只有 y = 0 一个交点。
所以 x = 0 与抛物线只有一个交点,不满足"交于两点"。
结论:本题只有斜率存在的那一条直线满足题意。

📌 口诀:设直线方程先看斜率是否存在。

易错点 2 · 忘记验证 Δ > 0

已知直线 y = kx + 1 与椭圆 x²/4 + y² = 1 有两个交点,求 k 的取值范围。

错误做法:
联立后得 (1/4 + k²)x² + 2kx = 0,直接说"因为这是二次方程,所以必有两个交点"。

正确做法:
二次方程 "有两个不同实根" 的条件是 Δ > 0。
本题中常数项为 0,Δ = (2k)² = 4k²。
需要 Δ > 0,即 4k² > 0,即 k ≠ 0。

📌 要点:判断交点个数必须计算判别式。

5圆锥曲线综合应用

教材概念
教材原文

圆锥曲线的综合问题通常涉及:

① 求轨迹方程——根据条件建立动点坐标 (x, y) 的关系式;

② 求最值——转化为函数、不等式或几何最值问题;

③ 定值、定点问题——证明某些量恒为定值,或某些点/直线恒过定点;

④ 与向量、数列等综合——把几何条件转化为代数式。

概念解读
圆锥曲线综合题的"解题三步"

① 审清几何条件,转化为代数式——如"以 AB 为直径的圆过原点" ⟺ OA ⊥ OB ⟺ x₁x₂ + y₁y₂ = 0。

② 联立方程,用韦达定理——把几何条件转化为 x₁ + x₂、x₁x₂ 的关系。

③ 化简求值或证明——用代数运算得到最终结论。

常见的几何条件转化:

几何条件代数表达
OA ⊥ OBx₁x₂ + y₁y₂ = 0
OA ∥ OBx₁y₂ − x₂y₁ = 0
|OA| = |OB|x₁² + y₁² = x₂² + y₂²
M 是 AB 中点M 的坐标为 ((x₁+x₂)/2, (y₁+y₂)/2)
点 P 在直线 AB 上P 的坐标满足直线方程

👉 要点:圆锥曲线综合题本质上是"几何条件 → 代数运算 → 几何结论"的转化过程。

典型习题(先做,再看答案)
例 1
已知椭圆的中心在原点,焦点在 x 轴上,离心率为 √3/2,且过点 (2, 1)。求椭圆的标准方程。
💡 提示:设方程 x²/a² + y²/b² = 1,由 e = c/a 和过点求 a、b。
答案与详解
第一步:设方程
焦点在 x 轴上,设椭圆方程为 x²/a² + y²/b² = 1(a > b > 0)。
第二步:利用离心率
e = c/a = √3/2 ⟹ c = √3a/2。
由 b² = a² − c² = a² − 3a²/4 = a²/4,得 b = a/2。
第三步:代入过点条件
椭圆过点 (2, 1):
4/a² + 1/b² = 1
因为 b² = a²/4,所以:
4/a² + 1/(a²/4) = 1
4/a² + 4/a² = 1
8/a² = 1
a² = 8。
第四步:求 b²
b² = a²/4 = 2。
椭圆方程为 x²/8 + y²/2 = 1。
例 2
已知抛物线 y² = 4x 的焦点为 F,过 F 的直线与抛物线交于 A、B 两点。若 |AB| = 8,求直线 AB 的斜率。
💡 提示:设直线 x = my + 1,代入抛物线,用韦达定理和弦长公式。
答案与详解
第一步:确定焦点
y² = 4x,2p = 4 ⟹ p = 2,焦点 F(1, 0)。
第二步:设直线方程
过 F(1, 0) 的直线设为 x = my + 1(这样设可以包含斜率不存在的情形)。
当 m = 0 时对应 x = 1(垂直于 x 轴);当 m ≠ 0 时对应斜率 k = 1/m。
第三步:联立方程
代入 y² = 4x:
y² = 4(my + 1) = 4my + 4
y² − 4my − 4 = 0。
由韦达定理:y₁ + y₂ = 4m,y₁y₂ = −4。
第四步:用弦长公式(对 y 的版本)
|AB| = √(1 + m²) · |y₁ − y₂|
|y₁ − y₂|² = (y₁ + y₂)² − 4y₁y₂ = (4m)² − 4(−4) = 16m² + 16 = 16(m² + 1)。
所以 |y₁ − y₂| = 4√(m² + 1)。
|AB| = √(1 + m²) · 4√(m² + 1) = 4(1 + m²)。
第五步:解方程
4(1 + m²) = 8 ⟹ 1 + m² = 2 ⟹ m² = 1 ⟹ m = ±1。
第六步:求斜率
当 m = 1 时,x = y + 1 ⟹ y = x − 1,斜率 k = 1;
当 m = −1 时,x = −y + 1 ⟹ y = −x + 1,斜率 k = −1。
直线 AB 的斜率为 k = 1 或 k = −1。
例 3
已知椭圆 x²/4 + y² = 1 与直线 y = x + m 相交于 A、B 两点,求 |AB| 的最大值。
💡 提示:用弦长公式表示 |AB| 关于 m 的函数,再求最值。
答案与详解
第一步:联立方程
代入 y = x + m 到 x²/4 + y² = 1:
x²/4 + (x+m)² = 1
x²/4 + x² + 2mx + m² = 1
(5/4)x² + 2mx + m² − 1 = 0
两边乘 4:5x² + 8mx + 4m² − 4 = 0
第二步:求 Δ > 0 条件
Δ = (8m)² − 4 × 5 × (4m² − 4)
= 64m² − 80m² + 80
= 80 − 16m²
需要 Δ > 0:80 − 16m² > 0 ⟹ m² < 5 ⟹ |m| < √5。
第三步:用弦长公式
|AB| = √(1 + k²) · √Δ / |a|,k = 1, a = 5:
|AB| = √2 · √(80 − 16m²) / 5
= (√2/5) · √(80 − 16m²)
= (√2/5) · 4√(5 − m²)
= (4√2/5) · √(5 − m²)
第四步:求最值
|AB| 关于 m² 递减,所以 m² = 0 时 |AB| 最大:
|AB|max = (4√2/5) · √5 = 4√10/5。
|AB| 的最大值为 4√10/5(当 m = 0 时取到)。
易错题(具体例子)
易错点 1 · 几何条件转化错误

已知椭圆与直线相交于 A、B 两点,O 为原点。若"以 AB 为直径的圆过原点",求代数条件。

错误做法:
以为条件是 |OA| = |OB|。

正确做法:
"以 AB 为直径的圆过原点 O"等价于 OA ⊥ OB。
因为根据圆周角定理,若以 AB 为直径的圆过 O 点,则 ∠AOB = 90°。
代数表达:x₁x₂ + y₁y₂ = 0。

📌 要点:先想清楚几何条件到底意味着什么,再转化为代数式。

易错点 2 · 忽略几何条件对参数的限制

已知直线与椭圆交于两点,求参数 m 的取值范围,仅由 Δ > 0 求得。

错误做法:
只由 Δ > 0 求 m 的范围,忽略其他几何条件(如"两点在 y 轴两侧"、"三角形为锐角三角形"等)。

正确做法:
除了 Δ > 0,还要把其他几何条件也转化为关于 x₁、x₂ 的代数式:
· "两点在 y 轴两侧":x₁ · x₂ < 0;
· "AB 的中点在 x 轴上":y₁ + y₂ = 0;
· "OA · OB > 0":x₁x₂ + y₁y₂ > 0。

📌 要点:把所有几何条件都转化为代数式,综合求解。

★高考链接 · 本章真题与考法

本章在高考中的定位

圆锥曲线是上海高考数学的重头戏,每年必考,且常作为压轴题出现。本章主要考查位置:

  • 填空题 10—12 题(5分):圆锥曲线基本量、离心率、渐近线
  • 选择题 15—16 题(5分):圆锥曲线性质、定义应用
  • 解答题 20 题(18分):圆锥曲线综合,是拉开差距的关键

近五年上海卷中,解析几何解答题(通常第 20 题,18 分)几乎都是圆锥曲线综合题。2026 年第 12 题考查椭圆离心率、第 20 题是解析几何综合;2025 年第 20 题考查双曲线与直线综合。掌握好本章,是冲刺高分的必经之路。

上海卷真题(典型考法)
真题 1 · 椭圆基本量
上海卷 · 填空第 4—8 题(4分)
已知椭圆 x²/16 + y²/7 = 1,则其焦距为 ______,离心率为 ______。
答案与详解
第一步:确定 a²、b²
a² = 16 ⟹ a = 4;
b² = 7 ⟹ b = √7。
第二步:求 c
c² = a² − b² = 16 − 7 = 9 ⟹ c = 3。
第三步:求焦距和离心率
焦距 = 2c = 6;
e = c/a = 3/4。
焦距 6,离心率 e = 3/4。
题型:填空 4 分 | 考点:椭圆基本量 | 难度:★☆☆☆☆
真题 2 · 双曲线渐近线
上海卷 · 填空第 6—10 题(5分)
已知双曲线 x²/4 − y²/12 = 1,则其渐近线方程为 ______。
答案与详解
第一步:确定 a、b
a² = 4 ⟹ a = 2;
b² = 12 ⟹ b = 2√3。
第二步:渐近线方程
对 x²/a² − y²/b² = 1,渐近线为 y = ±(b/a)x。
y = ±(2√3/2)x = ±√3 x。
渐近线方程为 y = ±√3 x。
题型:填空 5 分 | 考点:双曲线渐近线 | 难度:★★☆☆☆
真题 3 · 抛物线焦点
上海卷 · 填空第 5—8 题(4分)
已知抛物线 y² = 6x,则其焦点坐标为 ______,准线方程为 ______。
答案与详解
求 p
2p = 6 ⟹ p = 3。
焦点和准线
焦点 F(p/2, 0) = (3/2, 0);
准线 x = −p/2 = −3/2。
焦点 (3/2, 0),准线 x = −3/2。
题型:填空 4 分 | 考点:抛物线焦点与准线 | 难度:★☆☆☆☆
真题 4 · 弦长问题
上海卷 · 填空第 8—11 题(5分)
已知抛物线 y² = 4x 的焦点为 F,过 F 的直线交抛物线于 A、B 两点,若 |AB| = 8,则这样的直线有 ______ 条。
答案与详解
第一步:焦点
y² = 4x ⟹ p = 2 ⟹ 焦点 F(1, 0)。
第二步:设直线方程
设过焦点的直线为 x = my + 1。
代入 y² = 4x:y² = 4(my + 1) ⟹ y² − 4my − 4 = 0。
第三步:弦长
|AB| = 4(1 + m²)(参照例 2 的推导)。
由 |AB| = 8 得 4(1 + m²) = 8 ⟹ m² = 1 ⟹ m = ±1。
对应两条直线(斜率分别为 1 和 −1)。
第四步:考虑特殊情况
m = 0 时 x = 1,此时直线垂直于 x 轴,|AB| = 通径 = 2p = 4 ≠ 8。
所以不考虑。
共有 2 条直线满足条件。
题型:填空 5 分 | 考点:抛物线焦点弦 | 难度:★★★☆☆
真题 5 · 圆锥曲线综合(压轴)
上海卷 · 解答题第 20 题(18分)
已知椭圆 C:x²/4 + y² = 1,过点 P(0, 2) 的直线 l 与椭圆 C 交于 A、B 两点。
(1)求椭圆 C 的焦距和离心率;
(2)若 |AB| = 4√5/5,求直线 l 的方程。
答案与详解
(1)焦距和离心率
a² = 4 ⟹ a = 2;b² = 1 ⟹ b = 1。
c² = a² − b² = 3 ⟹ c = √3。
焦距 = 2c = 2√3;e = c/a = √3/2。
(2)设直线方程
直线 l 过 P(0, 2)。
情形 1:斜率不存在,即 x = 0。
代入 x²/4 + y² = 1:y² = 1 ⟹ y = ±1。
两点为 A(0, 1)、B(0, −1),|AB| = 2 ≠ 4√5/5。舍去。

情形 2:斜率存在,设 l:y = kx + 2。
第三步:联立方程
代入 x²/4 + y² = 1:
x²/4 + (kx+2)² = 1
x²/4 + k²x² + 4kx + 4 = 1
(1/4 + k²)x² + 4kx + 3 = 0
两边乘 4:
(1 + 4k²)x² + 16kx + 12 = 0
第四步:判别式条件
Δ = (16k)² − 4(1 + 4k²) × 12
= 256k² − 48 − 192k²
= 64k² − 48 = 16(4k² − 3)
需 Δ > 0:4k² − 3 > 0 ⟹ k² > 3/4。
第五步:用弦长公式
|AB| = √(1 + k²) · √Δ / |a|(其中 a = 1 + 4k²)
= √(1 + k²) · √[16(4k² − 3)] / (1 + 4k²)
= √(1 + k²) · 4√(4k² − 3) / (1 + 4k²)
第六步:解方程
令 |AB| = 4√5/5:
√(1 + k²) · 4√(4k² − 3) / (1 + 4k²) = 4√5/5
√(1 + k²) · √(4k² − 3) / (1 + 4k²) = √5/5
两边平方:
(1 + k²)(4k² − 3) / (1 + 4k²)² = 1/5
5(1 + k²)(4k² − 3) = (1 + 4k²)²
5(4k² − 3 + 4k⁴ − 3k²) = 1 + 8k² + 16k⁴
5(4k⁴ + k² − 3) = 1 + 8k² + 16k⁴
20k⁴ + 5k² − 15 = 1 + 8k² + 16k⁴
4k⁴ − 3k² − 16 = 0
设 t = k²:4t² − 3t − 16 = 0
t = (3 ± √(9 + 256))/8 = (3 ± √265)/8
因为 t = k² ≥ 0,且 √265 ≈ 16.28,所以:
t = (3 + √265)/8 ≈ 2.41
k² ≈ 2.41 ⟹ k = ±√[(3+√265)/8]
验证
k² ≈ 2.41 > 3/4 ✓
(1)焦距 2√3,离心率 √3/2;
(2)直线 l:y = ±√[(3+√265)/8] · x + 2。
题型:解答题 18 分 | 考点:椭圆基本量 + 弦长 | 难度:★★★★★
本章总结(复习清单)
  1. 椭圆:定义(到两焦点距离之和 = 2a);标准方程 x²/a² + y²/b² = 1 或 y²/a² + x²/b² = 1;a² = b² + c²;离心率 e = c/a ∈ (0, 1)。
  2. 双曲线:定义(到两焦点距离之差的绝对值 = 2a);标准方程 x²/a² − y²/b² = 1 或 y²/a² − x²/b² = 1;c² = a² + b²;离心率 e = c/a > 1;渐近线 y = ±(b/a)x。
  3. 抛物线:定义(到焦点距离 = 到准线距离);四种标准方程 y² = ±2px、x² = ±2py;焦点与准线公式;离心率 e = 1。
  4. 焦点位置判断:椭圆看分母大小;双曲线看正项位置;抛物线看一次项。
  5. 直线与圆锥曲线:联立方程组 → 消元 → 判别式 Δ 判断交点个数。
  6. 弦长公式:|AB| = √(1 + k²) · |x₁ − x₂| = √(1 + k²) · √Δ / |a|。
  7. 几何条件的代数转化:OA ⊥ OB ⟺ x₁x₂ + y₁y₂ = 0 等。
  8. 本章最高频陷阱:椭圆 a 最大、双曲线 c 最大(公式易混);渐近线公式方向写反(焦点在 y 轴时);焦点坐标公式 (p/2, 0) 与 p 混淆;弦长公式漏 √(1+k²);联立后忘记验证 Δ > 0;设直线方程遗漏斜率不存在情形。