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關(guān)于圓錐曲線動(dòng)弦中點(diǎn)的軌跡方程的研究

2012-04-29 08:22:29羅誠孫小迎
關(guān)鍵詞:差法雙曲線中點(diǎn)

羅誠 孫小迎

【摘要】解析幾何中圓錐曲線動(dòng)弦中點(diǎn)的軌跡問題,對(duì)于一般學(xué)生來說是個(gè)很難解決的問題,那么對(duì)圓錐曲線動(dòng)弦中點(diǎn)的軌跡的研究就很有必要.從中可以給出一般性的結(jié)論,這樣不管是在理論研究還是實(shí)際問題的計(jì)算過程中都有非常實(shí)際的應(yīng)用和指導(dǎo)意義.

【關(guān)鍵詞】圓錐曲線;動(dòng)弦;中點(diǎn)的軌跡;參數(shù)法;點(diǎn)差法;定長(zhǎng);定點(diǎn);定斜率オ

直線與圓錐曲線相交所得動(dòng)弦的中點(diǎn)的軌跡方程問題,是解析幾何中的重要內(nèi)容之一,也是高考經(jīng)久不衰的熱點(diǎn).作為少數(shù)民族本科預(yù)科生應(yīng)該重點(diǎn)理解并掌握這一知識(shí)點(diǎn).對(duì)于圓錐曲線動(dòng)弦的中點(diǎn)軌跡方程的求法我們常用的方法有以下兩種,即參數(shù)法和點(diǎn)差法.對(duì)于圓錐曲線動(dòng)弦的中點(diǎn)軌跡問題可分為下列三種情況進(jìn)行討論:

一、圓錐曲線中過定點(diǎn)的弦的中點(diǎn)的軌跡

過定點(diǎn)且與橢圓(注:圓為橢圓當(dāng)長(zhǎng)半軸和短半軸相等時(shí)的一個(gè)特例,可類似地討論,與以下橢圓的結(jié)論類似,不再重復(fù))相交的中點(diǎn)弦的軌跡方程,我們有如下結(jié)論成立.

定理1 過平面上一點(diǎn)C(x0,y0)向橢圓x2[]a2+y2[]b2=1引弦,那么其動(dòng)弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:x(x-x0)[]a2+y(y-y0)[]b2=0.

證明 設(shè)弦中點(diǎn)坐標(biāo)為P(x,y),弦的方程為y-y0=﹌(x-獂0),代入橢圓方程可得

b2x2+a2[k(x-x0)+y0]2=a2b2,展開后化簡(jiǎn)得

(b2+a2k2)x2-2(a2k2x0-a2ky0)x+a2(k2x20-2kx0y0+﹜20-猙2)=0.

由韋達(dá)定理知x=x1+x2[]2=a2k2x0-a2ky0[]b2+a2k2,且弦的中點(diǎn)也在直線上,所以將k=y-y0[]x-x0代入可得x(x-x0)[]a2+y(y-y0)[]b2=0,此即我們所求弦的中點(diǎn)的軌跡方程.很明顯,當(dāng)點(diǎn)C(x0,y0)在橢圓內(nèi)時(shí),過C點(diǎn)的任意弦都會(huì)與橢圓相交,此時(shí)要討論當(dāng)弦垂直于x軸的情況;當(dāng)點(diǎn)C(x0,y0)在橢圓外時(shí),過C點(diǎn)的任意弦不一定都會(huì)與橢圓相交.

定理2 過平面上一點(diǎn)C(x0,y0)向雙曲線x2[]a2-y2[]b2=1引弦,那么其動(dòng)弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:x(x-x0)[]a2-y(y-y0)[]b2=0.

定理3 過平面上一點(diǎn)C(x0,y0)向拋物線y2=2px引弦,那么其動(dòng)弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:y(y-y0)=2p?x-x0[]2.

二、圓錐曲線中斜率為定值的平行弦的中點(diǎn)的軌跡

定理4 橢圓x2[]a2+y2[]b2=1中斜率為k的平行弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:x[]a2+ky[]b2=0.

定理5 雙曲線x2[]a2-y2[]b2=1中斜率為k|k|>b[]a的平行弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:x[]a2-ky[]b2=0.

定理6 拋物線y2=2px中斜率為k(k≠0)的平行弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:ky=p.

三、圓錐曲線中長(zhǎng)為定值的弦的中點(diǎn)的軌跡

長(zhǎng)為定值的弦的中點(diǎn)的軌跡方程常用點(diǎn)差法來求解,一般的做法是:設(shè)其中點(diǎn)坐標(biāo)為M(x0,y0),弦與圓錐曲線的交點(diǎn)為A(x1,y1)和B(x2,y2),利用點(diǎn)差法用x,y表示k〢B,求出直線AB的點(diǎn)斜式方程,再代入圓錐曲線方程,用弦長(zhǎng)公式求解即可.

定理7 已知橢圓方程為x2[]a2+y2[]b2=1,那么橢圓中定長(zhǎng)為l的弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:41-x2[]a2+y2[]b2a4y2+b4x2[]a2y2+b2x2=l2.

定理8 已知雙曲線方程為x2[]a2-y2[]b2=1,那么雙曲線中定長(zhǎng)為l的弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:41-x2[]a2-y2[]b2a4y2+b4x2[]a2y2-b2x2=l2.

定理9 已知拋物線方程為y2=2px,那么拋物線中定長(zhǎng)為l的弦的中點(diǎn)的軌跡方程為:4(2px-y2)1+y2[]p2=l2.

總之,利用參數(shù)法和點(diǎn)差法得出了關(guān)于圓錐曲線動(dòng)弦中點(diǎn)的軌跡的一些非常精練的結(jié)論,在實(shí)際應(yīng)用中有非常大的應(yīng)用,并且對(duì)于一些實(shí)際的理論起指導(dǎo)作用.オ

【參考文獻(xiàn)】オ

[1]薛金星等.高中數(shù)學(xué)解題方法與技巧.北京:北京教育出版社,2003.

[2]李德寶.巧用點(diǎn)差法解決圓錐曲線中點(diǎn)弦問題.學(xué)周刊C版,2010(10).

[3]黃富春.雙曲線中有關(guān)中點(diǎn)弦存在性問題的探索.中學(xué)數(shù)學(xué)研究,2006(3).

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