小议高中数学求轨迹方程的常用技法

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  动点轨迹(或曲线)方程的求法解析几何的重要内容之一,同时又是高考的常考点。因此在求方程时,应根据曲线的不同背景,不同的结构特征,选用不同的思路和方法,才能迅速的解决问题。下面总结几种常见的求法。
  1.直接法
  求符合某种条件的动点的轨迹方程,其实质就是利用题设中的几何条件,通过“坐标互化”将其转化为寻求变量间的关系。原则是求谁设谁,即设动点坐标为(x,y),根据已知条件及一些基本公式如两点间距离公式,点到直线的距离公式,直线的斜率公式等,直接列出动点满足的等量关系式,则可通过“建系,设点,列式,化简,检验”五个步骤直接求出动点的轨迹方程,这种“五步法”可称为直接法。
  例1.已知线段AB=6,直线AM,BM相交于M,且它们的斜率之积是 ,求点M的轨迹方程。
  解:以AB所在直线为x轴,AB垂直平分线为y轴建立坐标系,则A(-3,0)B(3,0),设点M的坐标为(x,y),则直线AM的斜率 ,直线BM的斜率 由已知有。 化简,整理得点M的轨迹方程为
  2.定义法
  充分掌握各种特殊曲线的定义,通过图形的几何性质判断动点的轨迹是何种曲线,再求其轨迹方程,这种方法叫做定义法,运用定义法,求其轨迹,一要熟练掌握常用轨迹的定义,如线段的垂直平分线,圆、椭圆、双曲线、抛物线等,二是熟练掌握平面几何的一些性质定理。
  例2.若 为 的两顶点,AC和AB两边上的中线长之和是30,则 的重心轨迹方程是_______________。
  解:设 的重心为G(x,y),则由AC和AB两边上的中线长之和是30可得
  ,而点 为定点,所以点G的轨迹为以B,C为焦点的椭圆。所以由2a=20,c=8可得
  故 的重心轨迹方程是
  3.待定系数法
  若已知曲线(动点的轨迹)的类型,求曲线(动点的轨迹)的方程时,可用待定系数法求解。
  例3.已知椭圆的对称轴为坐标轴,O为坐标原点,F是一个焦点,A是一个顶点,若椭圆的长轴长是6,且 ,求椭圆的方程。
  解:当焦点在x轴上时,设其方程为
  则
  所以,椭圆方程为
  当焦点在y轴上时,设其方程为
  则 ,所以方程为
  4.相关点法(又称为坐标转换法)
  转移法求曲线方程时一般有两个动点,一个是主动的,另一个是次动的,即点随点动型。
  当题目中的条件同时具有以下特征时,一般可以用相关点法求其轨迹方程:
  ①某个动点P在已知方程的曲线上移动; ②另一个动点M随P的变化而变化;③在变化过程中P和M满足一定的规律。
  例4.已知P是以F1,F2为焦点的双曲线 上的动点,求 的重心G的轨迹方程。
  解:设重心G(x,y),点P(x0,y0),因为
  则有 ,故 代入 得所求轨迹方程
  5.参数法
  有时求动点满足的几何条件不易寻找,也无明显的相关点,但却较易发现(或经分析可发现)这个动点的运动常常受到另一个变量(角度,斜率,比值,截距或时间等)的制约,即动点的坐标(x,y)中的x,y分别随另一个变量的变化而变化,我们可以设这个变量为参数,轨迹的参数方程,这种方法叫做参数法
  例5.过点 作直线 交双曲线 于A、B两点,已知 。求点P的轨迹方程,并说明轨迹是什么曲線;
  解:当直线 的斜率存在时,设 的方程为 ,代入方程 ,
  得
  因为直线 与双曲线有两个交点,所以 ,设 ,则
  ①
  设P(x,y),由 得
  ∴ 所以 ,代入 可得 ,化简得 即 ②
  当直线 的斜率不存在时,易求得 满足方程②,故所求轨迹方程为 ,其轨迹为双曲线。(也可考虑用点差法求解曲线方程)
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