高考數學中求軌跡方程的常見方法

2022-05-01 05:27:02 字數 4637 閱讀 4308

一、直接法

當所求動點的要滿足的條件簡單明確時,直接按「建系設點、列出條件、代入座標、整理化簡、限制說明」五個基本步驟求軌跡方程, 稱之直接法.

例1 已知點、動點滿足,則點的軌跡為a.圓 b.橢圓 c.雙曲線 d.拋物線

解: ,

. 由條件,,整理得,此即點的軌跡方程,所以的軌跡為拋物線,選d.

此類問題重在尋找數量關係。

例2: 一條線段ab的長等於2a,兩個端點a和b分別在x軸和y軸上滑動,求ab中點p的軌跡方程?

解設m點的座標為由平幾的中線定理:在直角三角形aob中,om=

m點的軌跡是以o為圓心,a為半徑的圓周.

【點評】此題中找到了om=這一等量關係是此題成功的關鍵所在。一般直譯法有下列幾種情況:

1)代入題設中的已知等量關係:若動點的規律由題設中的已知等量關係明顯給出,則採用直接將數量關係代數化的方法求其軌跡。

2)列出符合題設條件的等式:有時題中無座標系,需選定適當位置的座標系,再根據題設條件列出等式,得出其軌跡方程。

3)運用有關公式:有時要運用符合題設的有關公式,使其公式中含有動點座標,並作相應的恒等變換即得其軌跡方程。

4)借助平幾中的有關定理和性質:有時動點規律的數量關係不明顯,這時可借助平面幾何中的有關定理、性質、勾股定理、垂徑定理、中線定理、連心線的性質等等,從而分析出其數量的關係,這種借助幾何定理的方法是求動點軌跡的重要方法.

【變式2】: 動點p(x,y)到兩定點a(-3,0)和b(3,0)的距離的比等於2(即),求動點p的軌跡方程?

【解答】∵|pa|=

代入得化簡得(x-5)2+y2=16,軌跡是以(5,0)為圓心,4為半徑的圓.

二、定義法

定義法是指先分析、說明動點的軌跡滿足某種特殊曲線(如圓、橢圓、雙曲線、拋物線等)的定義或特徵,再求出該曲線的相關參量,從而得到軌跡方程.

例2 已知中,、、的對邊分別為、、,若依次構成等差數列,且,,求頂點的軌跡方程.

解:如右圖,以直線為軸,線段的中點為原

點建立直角座標系. 由題意,構成等差數列, ,

即,又, 的軌跡為橢圓的左半部分.在此橢圓中,,,故的軌跡方程為.

例1:已知的頂點a,b的座標分別為(-4,0),(4,0),c 為動點,且滿足求點c的軌跡。

【解析】由可知,即,滿足橢圓的定義。令橢圓方程為,則,則軌跡方程為

(,圖形為橢圓(不含左,右頂點)。

【點評】熟悉一些基本曲線的定義是用定義法求曲線方程的關鍵。

(1) 圓:到定點的距離等於定長

(2) 橢圓:到兩定點的距離之和為常數(大於兩定點的距離)

(3) 雙曲線:到兩定點距離之差的絕對值為常數(小於兩定點的距離)

(4) 到定點與定直線距離相等。

【變式1】: 1:已知圓的圓心為m1,圓的圓心為m2,一動圓與這兩個圓外切,求動圓圓心p的軌跡方程。

解:設動圓的半徑為r,由兩圓外切的條件可得:,。

。∴動圓圓心p的軌跡是以m1、m2為焦點的雙曲線的右支,c=4,a=2,b2=12。

故所求軌跡方程為

2:一動圓與圓o:外切,而與圓c:內切,那麼動圓的圓心m的軌跡是:

a:拋物線b:圓 c:橢圓 d:雙曲線一支

【解答】令動圓半徑為r,則有,則|mo|-|mc|=2,滿足雙曲線定義。故選d。

三、代入法

當題目中有多個動點時,將其他動點的座標用所求動點的座標來表示,再代入到其他動點要滿足的條件或軌跡方程中,整理即得到動點的軌跡方程,稱之代入法,也稱相關點法、轉移法.

例3 如圖,從雙曲線上一點引直線

的垂線,垂足為,求線段的中點的軌跡方程.

解:設,則.在直線上,

① 又得即.②

聯解①②得.又點在雙曲線上,,化簡整理得:,此即動點的軌跡方程.

例4.軌跡方程。

分析:題中涉及了三個點a、b、m,其中a為定點,而b、m為動點,且點b的運動是有規律的,顯然m的運動是由b的運動而引發的,可見m、b為相關點,故採用相關點法求動點m的軌跡方程。

【解析】設動點m的座標為(x,y),而設b點座標為(x0,y0)

則由m為線段ab中點,可得

即點b座標可表為(2x-2a,2y)

【點評】代入法的關鍵在於找到動點和其相關點座標間的等量關係

【變式4】如圖所示,已知p(4,0)是圓x2+y2=36內的一點,a、b是圓上兩動點,且滿足∠apb=90°,求矩形apbq的頂點q的軌跡方程

【解析】: 設ab的中點為r,座標為(x,y),則在rt△abp中,|ar|=|pr| 又因為r是弦ab的中點,依垂徑定理在rt△oar中,|ar|2=|ao|2-|or|2=36-(x2+y2)

又|ar|=|pr|=

所以有(x-4)2+y2=36-(x2+y2),即x2+y2-4x-10=0

因此點r在乙個圓上,而當r在此圓上運動時,q點即在所求的軌跡上運動

設q(x,y),r(x1,y1),因為r是pq的中點,所以x1=,

代入方程x2+y2-4x-10=0,得

-10=0

整理得 x2+y2=56,這就是所求的軌跡方程

四、幾何法

幾何法是指利用平面幾何或解析幾何知識分析圖形性質,發現動點的運動規律和要滿足的條件,從而得到動點的軌跡方程.

例4 已知點、,過、作兩條互相垂直的直線和,求和的交點的軌跡方程.

解:由平面幾何知識可知,當為直角三角形時,點的軌跡是以為直徑的圓.此圓的圓心即為的中點,半徑為,方程為. 故的軌跡方程為.

五、引數法

引數法是指先引入乙個中間變數(引數),使所求動點的橫、縱座標間建立起聯絡,然後再從所求式子中消去引數,得到間的直接關係式,即得到所求軌跡方程.

例5 過拋物線()的頂點作兩條互相垂直的弦、,求弦的中點的軌跡方程.

解:設,直線的斜率為,則直線的斜率為.直線oa的方程為,由解得,即,同理可得.

由此類方法主要在於設定合適的引數,求出引數方程,最後消參,化為普通方程。注意引數的取值範圍。

例3.過點p(2,4)作兩條互相垂直的直線l1,l2,若l1交x軸於a點,l2交y軸於b點,求線段ab的中點m的軌跡方程。

【解析】

分析1:從運動的角度觀察發現,點m的運動是由直線l1引發的,可設出l1的斜率k作為引數,建立動點m座標(x,y)滿足的引數方程。

解法1:設m(x,y),設直線l1的方程為y-4=k(x-2),(k≠0)

∵m為ab的中點,

消去k,得x+2y-5=0。

另外,當k=0時,ab中點為m(1,2),滿足上述軌跡方程;

當k不存在時,ab中點為m(1,2),也滿足上述軌跡方程。

綜上所述,m的軌跡方程為x+2y-5=0。

分析2:解法1中在利用k1k2=-1時,需注意k1、k2是否存在,故而分情形討論,能否避開討論呢?只需利用△pab為直角三角形的幾何特性:

解法2:設m(x,y),鏈結mp,則a(2x,0),b(0,2y),

∵l1⊥l2,∴△pab為直角三角形

化簡,得x+2y-5=0,此即m的軌跡方程。

分析3::設m(x,y),由已知l1⊥l2,聯想到兩直線垂直的充要條件:k1k2=-1,即可列出軌跡方程,關鍵是如何用m點座標表示a、b兩點座標。

事實上,由m為ab的中點,易找出它們的座標之間的聯絡。

解法3:設m(x,y),∵m為ab中點,∴a(2x,0),b(0,2y)。

又l1,l2過點p(2,4),且l1⊥l2

∴pa⊥pb,從而kpa·kpb=-1,

注意到l1⊥x軸時,l2⊥y軸,此時a(2,0),b(0,4)

中點m(1,2),經檢驗,它也滿足方程x+2y-5=0

綜上可知,點m的軌跡方程為x+2y-5=0。

【點評】

1) 解法1用了引數法,消參時應注意取值範圍。解法2,3為直譯法,運用了kpa·kpb=-1,這些等量關係。。

用引數法求解時,一般引數可選用具有某種物理或幾何意義的量,如時間,速度,距離,角度,有向線段的數量,直線的斜率,點的橫,縱座標等。也可以沒有具體的意義,選定參變數還要特別注意它的取值範圍對動點座標取值範圍的影響

【變式3】過圓o:x2 +y2= 4 外一點a(4,0),作圓的割線,求割線被圓截得的弦bc的中點m的軌跡。

解法一:「幾何法」

設點m的座標為(x,y),因為點m 是弦bc的中點,所以om⊥bc,

所以|om即(x2 +y2)+(x -4)2 +y2 =16

化簡得:(x-2)2+ y2 =4

由方程 ① 與方程x2 +y2= 4得兩圓的交點的橫座標為1,所以點m的軌跡方程為

(x-2)2+ y2 =4 (0≤x<1)。所以m的軌跡是以(2,0)為圓心,

2為半徑的圓在圓o內的部分。

解法二:「引數法」

設點m的座標為(x,y),b(x1,y1),c(x2,y2)直線ab的方程為y=k(x-4),

由直線與圓的方程得(1+k2)x2 -8k2x +16k2-4=0

由點m為bc的中點,所以x1) , 又om⊥bc,所以k2)由方程(1)(2)

消去k得(x-2)2+ y2 =4,又由方程(*)的△≥0得k2≤,所以x<1.

所以點m的軌跡方程為(x-2)2+ y2 =4 (0≤x<1)所以m的軌跡是以(2,0)為圓心,

2為半徑的圓在圓o內的部分。

中點座標公式,得,消去,得,此即點的軌跡方程.

六、交軌法

求兩曲線的交點軌跡時,可由方程直接消去引數,或者先引入引數來建立這些動曲線的聯絡,然後消去引數來得到軌跡方程,稱之交軌法.

高考數學中求軌跡方程的常見方法

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