探求与椭圆共轭直径有关的一组对偶元素

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  拜读了文[1][2][3]后,文章很精彩,给笔者注入了鲜活的血液,笔者感受颇多,想提出以下几个问题.
  问题1:文[1]命题1中“对偶元素”其实质是由四边形 的对角线交点确定点 ,其两对边延长线交点确定直线 ( 为椭圆长轴).如果这个四边形对角线 不是椭圆长轴,而是椭圆任意一条直径,那么这样的“对偶元素”还存在吗?如果存在,怎样定义?如果点 是直径所确定直线上的任意一点(除原点外),那么与点 为“对偶元素”的直线 方程是什么?以上问题旨在说明“对偶元素”是否具有一般性?
  问题2:文[2]各定理与推论中点 所确定的直线方程是否可求?如果可求,直线方程是什么?
  问题3:文[3]中结论1怎么证明?优美结论的背后蕴含着怎样的丰富内容呢?它与“对偶元素”有何联系呢?
  带着这些问题,笔者经过一番求解得出:问题1中这样的“对偶元素” 存在;问题2中直线 方程可求;问题3中,文[3]结论1点 与直线 互为“对偶元素”.
  下文就椭圆中是否存在一般性“对偶元素”(即从更一般性的条件证明文[3]中结论1)和证明“椭圆幂定理”作一探究.
  为行文方便现给出一般性“对偶元素”的定义如下:在椭圆中,点 在椭圆直径 所确定直线上任意一点(除原点外),若直线 与直径 的共轭直径 平行,点 与直线 在椭圆中心的同侧,记点 到椭圆中心的距离为 ,记直线 与直线 的交点 到椭圆中心的距离为 ,且 与 的乘积为直径 一半长的平方,则称点 与直线 为“对偶元素”.
  定理如图,已知椭圆方程为 ,是椭圆一对共轭直径. 是直线 上一定点.设点 ,点 .过 作直线 平行于直线 ,过 任意作直线 交椭圆于点 ,直线 与 相交于点 ,直线 与 相交于点 ,连接 ,点 确定直线 .直线 交椭圆于两点,交直线 于点 .直线 与 分别交直线 于 、 .直线 与 分别交直线 于 、 .直线 ,直线 .
  
  证明:(1) ,即点 与直线 : 为“对偶元素”,当点 时,直线 方程为 ;
  (2)当 时, (椭圆幂定理).
  证明: 先求解直线 的斜率
  ( 的斜率).
  
  
  
   =
  
  
  
  又有 .
  
   ,
  .
  
  
  
  
  
  .
   .设直线 方程为 ,将 , 代入方程化简得到直线 方程为 ①.
  又直线 方程为 ②,由①②解得点 坐标为
  .
  根据定义,点 与直线 为“对偶元素”,且直线 方程为 .若点 ,即
  代入直线 : 得 .
  由此说明当 (保证 在椭圆外)时,与点 为“对偶元素”的直线 为通过点 作椭圆的两条切线,两切点所确定的直线.
  这就证明了文[3]中结论1.
   (2)
  
   三点共线,, .
   ∥ .
   ∥
   ③.
   ∥ ∥
   ④.
  由③④可得
  
  
  几点说明:
  1.当 时, 为长轴,点 与直线 : 为“对偶元素”;
  2.当 时, 为短轴,点 与直线 : 为“对偶元素”;
  3.通过椭圆外一点 作椭圆的两条切线,两切点确定的直线 与点 为“对偶元素”,且直线 方程为 .
  参考文献
  [1]张朝阳.圆锥曲线中与顶点有关的一组对偶元素性质[J].数学通报,2010(3).
  [2]黄华松 何微.多树一果味更美—多姿多彩的“椭圆幂定理”赏析[J].中学数学教学参考(高中),2007(3).
  [3]高凯.一道竞赛题的推广[J].数学通讯,2011(2)(下半月).
  [4]苏立标.探求以“ ”的圆锥曲线[J]. 中学数学教学参考(高中),2006(5).
  [5]于先金.椭圆与共轭直径有关的一个性质[J]. 中学数学教学参考(高中),2006(8).
  [6]唐秀颖.数学解题辞典(平面解析几何)[M].上海:上海辞书出版社,1983.
  
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