圆锥曲线上某一点处的切线方程

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  【摘要】在做解析几何大题时,需求曲线上某一点处的切线方程,那么圆锥曲线上某一点处的切线方程有没有一般形式呢?我们研究一下.
  【关键词】切线方程
  在做解析几何大题时,我们经常需要求曲线上一点处的切线方程.最常用的方法就是设出方程,然后联立直线方程与曲线方程,再利用Δ=0求解.这种做法思路简单,但运算量大,尤其当曲线方程含有参数时,运算量更大,更不易做对.那么圆锥曲线上某一点处的切线方程有没有一般形式呢?我们研究一下.
  问题1求过圆x2 y2=r2(r>0)上一点P(x0,y0)的切线方程.
  解设M(x,y)是切线上任意一点,则OP·PM=0,
  即(x0,y0)·(x-x0,y-y0)=0,
  整理得x0x y0y=x20 y20=1,
  所以切线方程为x0x y0y=1.
  问题2求过圆(x-a)2 (y-b)2=r2(r>0)上一点P(x0,y0)的切线方程.
  用解决问题1的方法我们可以得到问题2的答案(x0-a)(x-a) (y0-b)(y-b)=r2.
  类比过圆上一点的切线方程的形式我们猜想.
  结论1椭圆x2a2 y2b2=1上一点P(x0,y0)处的切线方程为x0xa2 y0yb2=1.
  结论2双曲线x2a2-y2b2=1上一点P(x0,y0)处的切线方程为x0xa2-y0yb2=1.
  结论3抛物线y2=2px上一点P(x0,y0)处的切线方程为y0y=px px0.
  上述类比推理得到的结论是否正确?我们用大学的知识来证明一下.
  证明椭圆x2a2 y2b2=1上一点P(x0,y0)处的切线方程为x0xa2 y0yb2=1.
  ∵x2a2 y2b2=1,
  ∴等式两边同时对x求导得2xa2 2yy′b2=0,
  ∴y′=-b2a2·xy,
  ∴切线斜率k=y′|x=x0=-b2a2·x0y0,
  切线方程为y-y0=-b2a2·x0y0(x-x0),
  整理得x0xa2 y0yb2=x20a2 y20b2=1.结论得证.
  用同样的方法我们也能证明结论2与结论3的正确性.
  下面我们用上述结论小试牛刀.看2013年山东高考数学压轴题:
  椭圆C:x2a2 y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别是F1,F2,离心率为32,过F1且垂直于x轴的直线被椭圆C截得的线段长为1.
  (1)求椭圆C的方程.
  (2)点P是椭圆C上除长轴端点外的任一点,连接PF1,PF2.设∠F1PF2的角平分线PM交C的长轴于点M(m,0),求m的取值范围;
  (3)在(2)的条件下,过点P作斜率为k的直线l,使得l与椭圆C有且只有一个公共点,设直线PF1,PF2的斜率分别为k1,k2,若k≠0,试证明1kk1 1kk2为定值,并求这个定值.
  解(1)椭圆C的方程为x24 y2=1.
  (2)m的取值范围-32,32.
  我们重点看一下第三问.
  设P(x0,y0),因为x24 y2=1,所以等式两边同时对x求导得2x4 2yy′=0,整理得y′=-x4y.
  因此,直线l斜率k=y′|x=x0=-x04y0,
  k1=y0x0 3,k2=y0x0-3,
  所以1kk1 1kk2=1k1k1 1k2
  =-4y0x0x0 3y0 x0-3y0=-8,
  即1kk1 1kk2為定值-8.
  可见掌握上述结论对同学们在做圆锥曲线大题时有很大帮助,我们在学习过程中要不断总结,不断探究.
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