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中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:(2020)-095
我们知道,平面解析几何是用坐标法来研究几何图形的方程以及几何性质的,许多时候我们可以完全运用代数知识来解决问题,而有时用代数来解不仅思路繁琐,解题过程更是计算量大。那么,在解决一些这样的解析几何的问题时,我们如能找到几何与代数的桥梁,问题便很容易求解。而之前我们所学习到的向量恰恰具有这样的特点,因此,在一些设计长度的比例关系,面积的比例等问题时,我们把它转换成向量的共线问题,进而找到坐标之间的联系,再用代数方法来进一步求解,往往会达到事半功倍的效果。下面我们用几个例子来为大家阐述:
例题1:已知椭圆C:
[SX(]x2[]a2[SX)]+
[SX(]y2[]b2[SX)]=1(a>b>0)
的两个焦点分别为
F1,F2,焦距为2,过(1,0)作直线与椭圆交于A,B两点,连接
AF1,BF1且△ABF1的周长为
4[KF(]2[KF)]。
(1)求椭圆C的标准方程。
(2)若|AB|=4|F2A|,求直线AB 的方程。
解:(1)由题意可知:
[JB({]4a=4[KF(]2[KF)]
2c=2[JB)]
,所以,
[JB({]a=[KF(]2[KF)]
c=1[JB)]
,由此可以推出椭圆的标准方程为
[SX(]x2[]2[SX)]+y2=1。
[TPJ-2.TIF;Z1,Y]
(2)由题意知:(1,0)为椭圆的右焦点
F2,如右图:我们可以发现A,F1,B三点共线,且F1位于AB两点的中间,又因为
|AB|=4|F2A|,所以我们可以得到
AB[DD(]·[DD)]=4AF[DD(]·[DD)]2,再设A(x1,y1),B(x2,y2),则我们可以得到
[JB({]x2-x1=4-4x1
y2-y1=-4y1[JB)]
,进一步化简得到:
x2+3x1=4
y2+3y1=0[JB)]
,由于直线过(1,0)点,所以再设AB所在直线方程为my=x-1。
由于A(x1,y1),B(x2,y2)是方程组
my=x-1
x2[]2[SX)]+y2=1[JB)]
的两组根,把
my=x-1
带入椭圆方程
[SX(]x2[]2[SX)]+y2=1
得到:
(m2+2)y2+2my-1=0
,所以
y1,y2是此方程的两个根,所以
[JB({]y1+y2=-[SX(]2m[]m2+2[SX)]
y1y2=-[SX(]1[]m2+2[SX)][JB)]
,再由
y2+3y1=0
,可以进一步得到
[JB({]
y1=[SX(]m[]m2+2[SX)]
y21=[SX(]1[]3(m2+2)[SX)][JB)]
所以進一步得到关于m的的方程为
[SX(]m2[](m2+2)2[SX)]=[SX(]1[]3(m2+2)[SX)]
解之得:m=±1,所以直线AB的方程为
y=x-1或者y=-x+1。
[TPJ-3.TIF;Z1,Y#]
例2:如图,椭圆C:
[SX(]x2[]a2[SX)]+
[SX(]y2[]b2[SX)]=1(a>b>0)
的右顶点为A(2,0),左右两个焦点分别为F1F2,过A且斜率为[SX(]1[]2[SX)]的直线与y轴交于P,与椭圆交于另一个交点B,且点B在x轴上的射影恰好为点F1。
6、求椭圆C的标准方程。
7、过点P的直线与椭圆交于M,N两点(M,N与A,B不重合),若
S△PAM=6S△PBN,求直线MN的方程。
解:(1)由椭圆右顶点为A(2,0)知,椭圆中a=2,再由过A且斜率为[SX(]1[]2[SX)]的直线得到,直线方程为y=[SX(]1[]2[SX)]x-1,又直线与椭圆交于另一个交点B,且点B在x轴上的射影恰好为点F1,所以设点B的坐标为B(-c,y0)为则观察图形,我们可由三角形相似得到
[SX(]1[]a+c[SX)]=[SX(]1[]|y0|[SX)]
进而确定B(-c,[SX(]a+c[]2[SX)])带入椭圆方程可得c=1,所以b2=3,椭圆方程为[SX(]x2[]4[SX)]+[SX(]y2[]3[SX)]=1。
(2)设M到AB的距离为d1,N到AB的距离为d2,
所以
S△PAM=[SX(]1[]2[SX)]×|AP|×d1,S△PBN=[SX(]1[]2[SX)]×|BP|×d2,
又因为
△AOP
相似与
△AF1B,所以,
[SX(]AO[]AF1[SX)]=[SX(]AP[]AB[SX)]=[SX(]2[]3[SX)]
,所以AP=[SX(]2[]3[SX)]AB,所以,
S△PAM=[SX(]1[]2[SX)]×2×|PB|×d1,进而得到[SX(]d1[]d2[SX)]=[SX(]PM[]PN[SX)]=[SX(]1[]3[SX)]
所以,
PM[TX→]=3NP[TX→]
设M(x1,y1),N(x2,y2),[JB({]x1=-3x2
y1+1=-1-y2[JB)]
化简得到[JB({]x1+3x2=0
y1+3y2=-4,[JB)]
再设直线MN的方程为y=kx-1(k不存在时不成立舍去)
由于M,N是方程组[JB({]
y=kx-1
[SX(]x2[]4[SX)]+[SX(]y2[]3[SX)]=1
的根,把直线方程带入椭圆方程得:
(3+4k2)x2-8kx-8=0
所以x1,x2是此方程的两个根,由韦达定理可得
x1+x2=[SX(]8k[]3+4k2[SX)]
x1x2=[SX(]-8[]3+4k2[SX)][JB)]
结合x1+3x2=0
(方法同例1)可求得:k=±[SX(][KF(]6[KF)][]2[SX)]
所以:直线MN的方程为y=±[SX(][KF(]6[KF)][]2[SX)]x-1。
点评:通过这两个例子的分析,我们可以找到他们的共同特征:题意中含有的长度的比例问题可以用向量的共线来解决,面积比例也要寻求到线段之间的比例关系,此时就可以进一步用向量共线再结合韦达定理来解决,大大缩减了我们用距离公式来计算所用时间,解题过程也比较整齐。此两例具有一定的代表性,它给了我们一类题目的思路。
我们知道,平面解析几何是用坐标法来研究几何图形的方程以及几何性质的,许多时候我们可以完全运用代数知识来解决问题,而有时用代数来解不仅思路繁琐,解题过程更是计算量大。那么,在解决一些这样的解析几何的问题时,我们如能找到几何与代数的桥梁,问题便很容易求解。而之前我们所学习到的向量恰恰具有这样的特点,因此,在一些设计长度的比例关系,面积的比例等问题时,我们把它转换成向量的共线问题,进而找到坐标之间的联系,再用代数方法来进一步求解,往往会达到事半功倍的效果。下面我们用几个例子来为大家阐述:
例题1:已知椭圆C:
[SX(]x2[]a2[SX)]+
[SX(]y2[]b2[SX)]=1(a>b>0)
的两个焦点分别为
F1,F2,焦距为2,过(1,0)作直线与椭圆交于A,B两点,连接
AF1,BF1且△ABF1的周长为
4[KF(]2[KF)]。
(1)求椭圆C的标准方程。
(2)若|AB|=4|F2A|,求直线AB 的方程。
解:(1)由题意可知:
[JB({]4a=4[KF(]2[KF)]
2c=2[JB)]
,所以,
[JB({]a=[KF(]2[KF)]
c=1[JB)]
,由此可以推出椭圆的标准方程为
[SX(]x2[]2[SX)]+y2=1。
[TPJ-2.TIF;Z1,Y]
(2)由题意知:(1,0)为椭圆的右焦点
F2,如右图:我们可以发现A,F1,B三点共线,且F1位于AB两点的中间,又因为
|AB|=4|F2A|,所以我们可以得到
AB[DD(]·[DD)]=4AF[DD(]·[DD)]2,再设A(x1,y1),B(x2,y2),则我们可以得到
[JB({]x2-x1=4-4x1
y2-y1=-4y1[JB)]
,进一步化简得到:
x2+3x1=4
y2+3y1=0[JB)]
,由于直线过(1,0)点,所以再设AB所在直线方程为my=x-1。
由于A(x1,y1),B(x2,y2)是方程组
my=x-1
x2[]2[SX)]+y2=1[JB)]
的两组根,把
my=x-1
带入椭圆方程
[SX(]x2[]2[SX)]+y2=1
得到:
(m2+2)y2+2my-1=0
,所以
y1,y2是此方程的两个根,所以
[JB({]y1+y2=-[SX(]2m[]m2+2[SX)]
y1y2=-[SX(]1[]m2+2[SX)][JB)]
,再由
y2+3y1=0
,可以进一步得到
[JB({]
y1=[SX(]m[]m2+2[SX)]
y21=[SX(]1[]3(m2+2)[SX)][JB)]
所以進一步得到关于m的的方程为
[SX(]m2[](m2+2)2[SX)]=[SX(]1[]3(m2+2)[SX)]
解之得:m=±1,所以直线AB的方程为
y=x-1或者y=-x+1。
[TPJ-3.TIF;Z1,Y#]
例2:如图,椭圆C:
[SX(]x2[]a2[SX)]+
[SX(]y2[]b2[SX)]=1(a>b>0)
的右顶点为A(2,0),左右两个焦点分别为F1F2,过A且斜率为[SX(]1[]2[SX)]的直线与y轴交于P,与椭圆交于另一个交点B,且点B在x轴上的射影恰好为点F1。
6、求椭圆C的标准方程。
7、过点P的直线与椭圆交于M,N两点(M,N与A,B不重合),若
S△PAM=6S△PBN,求直线MN的方程。
解:(1)由椭圆右顶点为A(2,0)知,椭圆中a=2,再由过A且斜率为[SX(]1[]2[SX)]的直线得到,直线方程为y=[SX(]1[]2[SX)]x-1,又直线与椭圆交于另一个交点B,且点B在x轴上的射影恰好为点F1,所以设点B的坐标为B(-c,y0)为则观察图形,我们可由三角形相似得到
[SX(]1[]a+c[SX)]=[SX(]1[]|y0|[SX)]
进而确定B(-c,[SX(]a+c[]2[SX)])带入椭圆方程可得c=1,所以b2=3,椭圆方程为[SX(]x2[]4[SX)]+[SX(]y2[]3[SX)]=1。
(2)设M到AB的距离为d1,N到AB的距离为d2,
所以
S△PAM=[SX(]1[]2[SX)]×|AP|×d1,S△PBN=[SX(]1[]2[SX)]×|BP|×d2,
又因为
△AOP
相似与
△AF1B,所以,
[SX(]AO[]AF1[SX)]=[SX(]AP[]AB[SX)]=[SX(]2[]3[SX)]
,所以AP=[SX(]2[]3[SX)]AB,所以,
S△PAM=[SX(]1[]2[SX)]×2×|PB|×d1,进而得到[SX(]d1[]d2[SX)]=[SX(]PM[]PN[SX)]=[SX(]1[]3[SX)]
所以,
PM[TX→]=3NP[TX→]
设M(x1,y1),N(x2,y2),[JB({]x1=-3x2
y1+1=-1-y2[JB)]
化简得到[JB({]x1+3x2=0
y1+3y2=-4,[JB)]
再设直线MN的方程为y=kx-1(k不存在时不成立舍去)
由于M,N是方程组[JB({]
y=kx-1
[SX(]x2[]4[SX)]+[SX(]y2[]3[SX)]=1
的根,把直线方程带入椭圆方程得:
(3+4k2)x2-8kx-8=0
所以x1,x2是此方程的两个根,由韦达定理可得
x1+x2=[SX(]8k[]3+4k2[SX)]
x1x2=[SX(]-8[]3+4k2[SX)][JB)]
结合x1+3x2=0
(方法同例1)可求得:k=±[SX(][KF(]6[KF)][]2[SX)]
所以:直线MN的方程为y=±[SX(][KF(]6[KF)][]2[SX)]x-1。
点评:通过这两个例子的分析,我们可以找到他们的共同特征:题意中含有的长度的比例问题可以用向量的共线来解决,面积比例也要寻求到线段之间的比例关系,此时就可以进一步用向量共线再结合韦达定理来解决,大大缩减了我们用距离公式来计算所用时间,解题过程也比较整齐。此两例具有一定的代表性,它给了我们一类题目的思路。