軌跡方程常用方法總結
軌跡方程的探求是解析幾何中的基本問題之一,也是近幾年來高考中的常見題型之一。學生解這類問題時,不善於揭示問題的內部規律及知識之間的相互聯絡,動輒就是羅列一大堆的座標關係,進行無目的大運動量運算,致使不少學生喪失信心,半途而廢,因此,在平時教學中,總結和歸納探求軌跡方程的常用技法,對提高學生的解題能力、優化學生的解題思路很有幫助。本文通過典型例子闡述探求軌跡方程的常用技法。
1.直接法
根據已知條件及一些基本公式如兩點間距離公式,點到直線的距離公式,直線的斜率公式等,直接列出動點滿足的等量關係式,從而求得軌跡方程。
例1:已知線段,直線相交於,且它們的斜率之積是,求點的軌跡方程。
解:以所在直線為軸,垂直平分線為軸建立座標系,則,設點的座標為,則直線的斜率,直線的斜率,由已知有,化簡,整理得點的軌跡方程為
例2:過點任作互相垂直的兩直線和,分別交軸於點,求線段中點的軌跡方程。
解:設點座標為,由中點座標公式及在軸上得, , ,
,化簡得
當時,,,此時的中點它也滿足方程,所以中點的軌跡方程為。
練習:1.平面內動點到點的距離與到直線的距離之比為2,則點的軌跡方程是
2.動點p與定點a(-1,0), b(1,0)的連線的斜率之積為-1,則p點的軌跡方程是: ( )
3.一動點到兩座標軸的距離之和的2倍,等於該點到原點距離的平方,則動點的軌跡方程是
4.動點p到直線x=1的距離與它到點a(4,0)的距離之比為2,則p點的軌跡是:( )
a.中心在原點的橢圓b.中心在(5,0)的橢圓
c.中點在原點的雙曲線d.中心在(5,0)的雙曲線
5.已知圓x2+y2=4,過a(4,0)作圓的割線abc,則弦bc中點的軌跡方程是( )
a、(x-2)2+y2=4b、(x-2)2+y2=4(0≤x<1)
c、(x-1)2+y2=4d、(x-1)2+y2=4(0≤x<1)
2.定義法
通過圖形的幾何性質判斷動點的軌跡是何種圖形,再求其軌跡方程,這種方法叫做定義法,運用定義法,求其軌跡,一要熟練掌握常用軌跡的定義,如線段的垂直平分線,圓、橢圓、雙曲線、拋物線等,二是熟練掌握平面幾何的一些性質定理。
例3:若為的兩頂點,和兩邊上的中線長之和是,則的重心軌跡方程是
解:設的重心為,則由和兩邊上的中線長之和是可得
,而點為定點,所以點的軌跡為以為焦點的橢圓。所以由可得,故的重心軌跡方程是
例4:動圓過定點,且與圓相切,求動圓圓心軌跡方程。
解:根據題意,說明點到定點的距離之差的絕對值為定值,故點的軌跡是雙曲線
故動圓圓心的軌跡方程為
練習:1.方程表示的曲線是( )
a.橢圓 b.雙曲線 c.線段d.拋物線
2.已知圓c:及一點p(3,0),求過點p且與已知圓內切的圓的圓心m的軌跡方程
3.若一動圓與兩圓x2+y2=1, x2+y2-8x+12=0都外切,則動圓圓心的軌跡為( )
a.拋物線 b.圓 c.雙曲線的一支 d.橢圓
4.點m到f(3,0)的距離比它到直線x+4=0 的距離小1,則點m的軌跡方程是( )
>0) >0)
3.相關點法(代入法)
用動點q的座標x,y表示相關點p的座標x0、y0,然後代入點p的座標(x0,y0)所滿足的曲線方程,整理化簡便得到動點q軌跡方程,這種求軌跡方程的方法叫做相關點法.
相關點法求曲線方程時一般有兩個動點,乙個是主動的,另乙個是次動的。當題目中的條件同時具有以下特徵時,一般可以用轉移法求其軌跡方程:
①某個動點在已知方程的曲線上移動;
②另乙個動點隨的變化而變化;
③在變化過程中和滿足一定的規律。
例5:已知a(2,0),b,點c在直線上移動,求abc重心g的軌跡方程。
分析:重心g的運動是由點c在直線上運動引起的,因而設g(x,y),再用表示出點c的座標,就可以建立起點g的軌跡方程.
例6:曲線x2+4y2=4關於點m(3,5)對稱的曲線方程為
例7:已知是以為焦點的雙曲線上的動點,求的重心的軌跡方程。
解:設重心,點,因為,則有, 故代入,得所求軌跡方程
例8: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
分析:從題意看動點的相關點是,在雙曲線上運動,所以本題適合用相關點法。
解:設動點的座標為,點的座標為,則點的座標為
在直線上, …①
又垂直於直線, ,即…②
由①②解得…③ 又點在雙曲線上, …④,
③代入④,得動點的軌跡方程為
練習:1.設圓,過原點作圓的弦oa,求oa中點b的軌跡方程.
2.已知拋物線y2=x+1,定點a(3,1)、b為拋物線上任意一點,點p**段ab上,且有bp∶pa=1∶2,當b點在拋物線上變動時,求點p的軌跡方程.
3.從定點a(0,4),連線雙曲線上任一點q,若,求點p的軌跡方程。
4.已知△abc,a(-2,0)、b(0,-2),第三個頂點c在曲線y=3x2-1上移動,求△abc的重心的軌跡方程.
4.點差法
圓錐曲線中與弦的中點有關的問題可用點差法,其基本方法是把弦的兩端點的座標代入圓錐曲線方程,然而相減,利用平方差公式可得,,,等關係式,由於弦的中點的座標滿足,且直線的斜率為,由此可求得弦中點的軌跡方程。
例9:橢圓中,過的弦恰被點平分,則該弦所在直線方程為
解:設過點的直線交橢圓於、,則有
②①②可得,而為線段的中點,故有,所以,即。所以所求直線方程為化簡可得
練習:1.已知以為圓心的圓與橢圓交於、兩點,求弦的中點的軌跡方程。
2.拋物線焦點弦的中點軌跡方程是
3.動圓與x軸相切,且被直線y=x所截得的弦長為2,則動圓圓心的軌跡方程為
4.經過拋物線y2=4x的焦點的弦中點軌跡方程是
5.傾斜角為的直線交橢圓+y2=1於a、b兩點,則線段ab中點的軌跡方程是
5.引數法
求曲線的軌跡方程是解析幾何的兩個基本問題之一,求符合某種條件的動點的軌跡方程,其實質就是利用題設中的幾何條件,通過「座標互化」將其轉化為尋求變數間的關係。在確定了軌跡方程之後,有時題目會就方程中的引數進行討論;引數取值的變化使方程表示不同的曲線;引數取值的不同使其與其他曲線的位置關係不同;引數取值的變化引起另外某些變數的取值範圍的變化等等。
例10: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.
由中點座標公式,得,消去,得,此即點的軌跡方程.
6.交軌法
若動點是兩曲線的交點,可以通過這兩曲線的方程直接求出交點的方程,也可以解方程組先求出交點的引數方程,再化為普通方程。
例11:已知是橢圓中垂直於長軸的動弦,、是橢圓長軸的兩個端點,求直線和的交點的軌跡方程。
解1:(利用點的座標作引數)令,則,而.設與的交點為,因為共線,所以因為共線,所以,兩式相乘得①, 而,即代入①,得, 即交點的軌跡方程為
解2: (利用角作引數)
設,則所以兩式相乘消去
即可得所求的點的軌跡方程為。
總結歸納
1.要注意有的軌跡問題包含一定隱含條件,也就是曲線上點的座標的取值範圍.由曲線和方程的概念可知,在求曲線方程時一定要注意它的「完備性」和「純粹性」,即軌跡若是曲線的一部分,應對方程註明的取值範圍,或同時註明的取值範圍。
2.「軌跡」與「軌跡方程」既有區別又有聯絡,求「軌跡」時首先要求出「軌跡方程」,然後再說明方程的軌跡圖形,最後「補漏」和「去掉增多」的點,若軌跡有不同的情況,應分別討論,以保證它的完整性。
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