(本小题满分 13 分) 在直角坐标系 x o y 中,曲…——2012 高考数学第 21 题答案解析

2012_退役省自主命题 (2012·理)

2012 全国 第 21 题 解答题 区分题
2012_退役省自主命题 (2012·理)

21.(本小题满分 13 分)
在直角坐标系 $x o y$ 中,曲线 $C_{1}$ 上的点均在圆 $C_{2}:(x-5)^{2}+y^{2}=9$ 外,且对 $C_{1}$ 上任意一点 $M, M$ 到直线 $x=-2$ 的距离等于该点与 $C_{2}$ 上点的距离的最小值。
(1)求曲线 $C_{1}$ 的方程;
(II)设 $P\left(x_{0}, y_{0}\right)\left(y_{0} \neq \pm 3\right)$ 为 $C_{2}$ 外一点,过 $P$ 作圆 $C_{2}$ 的两条切线,分别与曲线 $C_{1}$ 相交于点 $A, B$ 和 $C, D$ ,证明:当 $P$ 在直线 $x=-4$ 上运动时,四点 $A, B, C, D$ 的纵坐标之积为定值。

参考答案

见解析

查看原卷 →

完整解析 · 逐步详解

(1)设曲线 $C_1$ 上任意一点 $M(x,y)$。
圆 $C_2$ 的圆心为 $(5,0)$,半径 $r=3$。
点 $M$ 到直线 $x=-2$ 的距离为 $d_1 = |x+2|$。
点 $M$ 到圆 $C_2$ 上点的距离的最小值为 $d_2 = \sqrt{(x-5)^2+y^2} - 3$(因为 $M$ 在圆外)。
由题意 $d_1 = d_2$,即:
$|x+2| = \sqrt{(x-5)^2+y^2} - 3$
移项得 $\sqrt{(x-5)^2+y^2} = |x+2| + 3$。
由于圆 $C_2$ 位于直线 $x=-2$ 右侧,且 $M$ 在圆外,结合几何图形可知 $x > -2$,故 $|x+2|=x+2$。
方程化为 $\sqrt{(x-5)^2+y^2} = x+5$。
两边平方得 $(x-5)^2+y^2 = (x+5)^2$,
展开得 $x^2-10x+25+y^2 = x^2+10x+25$,
化简得 $y^2 = 20x$。
故曲线 $C_1$ 的方程为 $y^2=20x$。

(2)设 $P(-4, y_0)$,其中 $y_0 \neq \pm 3$。
设过点 $P$ 的切线斜率为 $k$,则切线方程为 $y-y_0 = k(x+4)$,即 $kx - y + 4k + y_0 = 0$。
由直线与圆 $C_2$ 相切,圆心 $(5,0)$ 到直线的距离等于半径 3:
$\frac{|5k - 0 + 4k + y_0|}{\sqrt{k^2+1}} = 3$
$\frac{|9k + y_0|}{\sqrt{k^2+1}} = 3$
两边平方整理得:
$(9k+y_0)^2 = 9(k^2+1)$
$81k^2 + 18ky_0 + y_0^2 = 9k^2 + 9$
$72k^2 + 18y_0k + y_0^2 - 9 = 0$
设两条切线的斜率分别为 $k_1, k_2$,则 $k_1, k_2$ 是上述关于 $k$ 的一元二次方程的两个实根。
由韦达定理可得:
$k_1 + k_2 = -\frac{18y_0}{72} = -\frac{y_0}{4}$
$k_1 k_2 = \frac{y_0^2 - 9}{72}$

联立切线方程与抛物线方程 $y^2=20x$:
由 $y = k(x+4) + y_0$ 得 $x = \frac{y-y_0}{k} - 4$。
代入 $y^2=20x$:
$y^2 = 20(\frac{y-y_0}{k} - 4)$
$ky^2 = 20(y - y_0 - 4k)$
$ky^2 - 20y + 20(y_0 + 4k) = 0$
设切线 $l_1$(斜率 $k_1$)与抛物线交于 $A(x_1, y_1), B(x_2, y_2)$,则 $y_1, y_2$ 是方程 $k_1 y^2 - 20y + 20(y_0 + 4k_1) = 0$ 的两根。
由韦达定理:
$y_1 y_2 = \frac{20(y_0 + 4k_1)}{k_1}$
同理,设切线 $l_2$(斜率 $k_2$)与抛物线交于 $C(x_3, y_3), D(x_4, y_4)$,则:
$y_3 y_4 = \frac{20(y_0 + 4k_2)}{k_2}$

四点纵坐标之积为:
$Y = y_1 y_2 y_3 y_4 = \frac{400(y_0 + 4k_1)(y_0 + 4k_2)}{k_1 k_2}$
展开分子部分:
$(y_0 + 4k_1)(y_0 + 4k_2) = y_0^2 + 4y_0(k_1+k_2) + 16k_1 k_2$
将 $k_1+k_2 = -\frac{y_0}{4}$ 代入:
$= y_0^2 + 4y_0(-\frac{y_0}{4}) + 16k_1 k_2$
$= y_0^2 - y_0^2 + 16k_1 k_2$
$= 16k_1 k_2$

所以:
$Y = \frac{400 \cdot 16k_1 k_2}{k_1 k_2} = 400 \times 16 = 6400$
故四点 $A, B, C, D$ 的纵坐标之积为定值 6400。

✅ 来源:2012年 · 全国 · 2012_退役省自主命题 (2012·理) · 第 21 题 · 本题已通过全部自动发布校验

觉得理解了?

可以再试一道相同方法、不同题面的题,确认是否真正掌握。

题目指纹

这道题真正考什么?

关键能力
圆锥曲线
难度
区分题
先及格路线 · 高中数学 · 高难题

如果目标是先及格,这道题现在可以先放。

先把常见基础得分点练稳,再回来处理综合题。

同类专题与考点

返回上层