郭遠(yuǎn)明
求曲線的軌跡與軌跡方程是解析幾何中最基本、最重要的問題之一,是用代數(shù)方法研究幾何問題的基礎(chǔ).這類題目把基本知識、方法技巧融為一體,充分考查了學(xué)生的邏輯推理能力、運(yùn)算求解能力,分析問題解決問題的能力,因而也是歷年高考所要考查的重要內(nèi)容之一.
本文介紹求軌跡與軌跡方程的主要五種方法 :直、待、代、參、交
1.直譯法:直接把動點(diǎn)滿足的幾何條件或等量關(guān)系轉(zhuǎn)化為x,y的方程關(guān)系,再化簡,即可得動點(diǎn)的軌跡方程.
例1:已知點(diǎn) , ,動點(diǎn) 滿足 ,則點(diǎn) 的軌跡為( ??)
A. 直線 ???B. 圓 ???C. 橢圓 ???D. 雙曲線
分析:根據(jù)題設(shè)的等量關(guān)系,直接列出x,y的方程,再化簡,即可得.
解:設(shè)點(diǎn) ??,則 ,化簡可得 ,所以點(diǎn) 的軌跡是半徑為4的圓,選B .
變式題1:已知 ,動點(diǎn) 滿足 ,求證:點(diǎn) 的軌跡為圓
分析:本題沒有給出坐標(biāo)系,應(yīng)先建系,再設(shè)點(diǎn),列等式,后化簡,即可得.
2.待定系數(shù)法:通過對已知條件的分析,發(fā)現(xiàn)動點(diǎn)滿足某種曲線(如圓、橢圓、雙曲線、 拋物線等)的定義,然后設(shè)出曲線相對應(yīng)的方程,求出其中待定的系數(shù),從而得到動點(diǎn)的軌跡方程.解題時要善于抓住曲線的幾何特征.
例2:已知點(diǎn) ,直線 ,點(diǎn) 是直線 上的動點(diǎn),若過點(diǎn) 垂直于 軸的直線與線段 的垂直平分線交于點(diǎn) ,求點(diǎn) 的軌跡方程.
解析:由題意可得 ,故點(diǎn) 的軌跡是以 為焦點(diǎn)、直線 為準(zhǔn)線的拋物線.設(shè)所求方程為: ,依題可得: ,所以點(diǎn) 的軌跡方程為: .小結(jié):根據(jù)題意,點(diǎn) 的軌跡符合拋物線的定義,于是用待定系數(shù)法求其軌跡方程.
3.相關(guān)點(diǎn)代入法:如果點(diǎn) 的運(yùn)動是由于點(diǎn) 的運(yùn)動引起的,可以先用點(diǎn) 的坐標(biāo)表示點(diǎn) 的坐標(biāo),然后代入點(diǎn) 所滿足的方程,即得動點(diǎn) 的軌跡方程.
例3.已知 是拋物線 的焦點(diǎn), ?是該拋物線上的動點(diǎn),求線段 中點(diǎn) 的軌跡方程
解析:點(diǎn) 因 動而動, 是 的相關(guān)點(diǎn),于是設(shè) , ,依題可得: ?,
,所以 , ,又點(diǎn) 在拋物線 上,所以有 ,化簡可得: ,即為點(diǎn) 的軌跡方程.
4. 參數(shù)法:如果軌跡上的動點(diǎn) 的坐標(biāo)之間的關(guān)系不易找到,也沒有相關(guān)的點(diǎn)可用時,而動點(diǎn) 的運(yùn)動是由于某個參數(shù)的變化引起的,可以選參、設(shè)參為 ,然后用這個參數(shù)表示動點(diǎn)的坐標(biāo),即 , 再消去參數(shù) ,從而得動點(diǎn) 的軌跡方程. .
例4. ?已知 , 分別在 軸和 軸上運(yùn)動, ?為原點(diǎn), ?,求點(diǎn) 的軌跡方程.
解析:引入?yún)?shù) 表示點(diǎn) 的坐標(biāo),利用 ,可得 ,再利用向量的等式關(guān)系,用 表示 有: ,代入化簡,即可得點(diǎn) 的軌跡方程為: ,小結(jié):用參數(shù)法求解時,選定參變量,再消參,化為普通方程.
5.交軌法:在求動點(diǎn)的軌跡時,有時會出現(xiàn)要求兩動曲線交點(diǎn)的軌跡問題,這種問題通常先列出兩曲線的方程(含參數(shù)),再消去參數(shù),即可得所求的軌跡方程,該法常與參數(shù)法并用.
例5. ?已知點(diǎn) 在圓 上,且 垂直于 軸, ,求直線 交點(diǎn) 的軌跡方程
解析:引入直線 的斜率 作為參數(shù),分別寫出直線 的方程,再消去參數(shù) ,可得.
顯然直線 的斜率存在,設(shè)直線 的方程為: , ,又直線 互相垂直,直線 關(guān)于 軸對稱,所以直線 的方程為: ,消去參數(shù) , 可得 ?,即點(diǎn) 的軌跡方程.
求曲線的軌跡與軌跡方程的主要方法有直譯法、定義法、待定系數(shù)法、相關(guān)點(diǎn)代入法、參數(shù)法等,此外還有幾何法等,在處理軌跡問題時, 要特別注意題目中所表達(dá)的幾何性質(zhì),再運(yùn)用平面幾何知識, 起到簡化作用. 在解題時,要根據(jù)題目的特點(diǎn),合理選用恰當(dāng)?shù)姆椒?