學習目標:1.了解什麼叫軌跡,並能根據所給的條件,選擇恰當的直角座標系求出曲線的軌跡方程。
2.在形成概念的過程中,培養分析、抽象和概括等思維能力,掌握形數結合、函式與方程、化歸與轉化等數學思想。
重點:掌握直接法、定義法(待定係數法)、相關點法、引數法等幾種求曲線軌跡方程的常用方法。
難點: 用相關點法、引數法求曲線軌跡方程。
學習策略:
求軌跡方程是解析幾何的基本內容,注意理解直接法、定義法(待定係數法)、相關點法、引數法等幾種求曲線軌跡方程的常用方法通常各在什麼情況下使用。
求出的軌跡方程,應注意避免增根或者丟根。
知識要點梳理
求軌跡方程的主要方法
(1)直接法:直接法是將動點滿足的幾何條件或者等量關係,直接座標化,列出等式化簡即得動點軌跡方程。
(2)待定係數法:若動點軌跡的條件符合某一基本軌跡的定義(如橢圓、雙曲線、拋物線、圓等),可用待定係數法(定義法)直接探求。
(3)相關點法:根據相關點所滿足的方程,通過轉換而求動點的軌跡方程。
適合情況:一動點在基礎曲線上運動,依某種條件帶動另一動點的運動,我們要求另一動點的軌跡方程。
基本步驟:
①建立兩動點之間的關係,通常用所求動點的座標表示已知動點的座標;
②將基礎曲線上運動的點的座標代入基礎曲線的方程,整理後,即得所求曲線的方程。
☆(4)引數法:若動點的座標中的分別隨另一變數的變化而變化,我們可以以這個變數為引數,建立軌跡的引數方程,再通過消去引數t得到x與y的關係式,這就是引數法。
規律方法指導
1.求軌跡方程的一般思路:
①若曲線的型別已確定,一般用待定係數法;
②若曲線的型別未確定,但曲線上動點的運動在題目中有明確的表述,一般採用直接法;
③若動點的變化依賴於另一相關點的變化,一般採用相關點法(代入轉移法);
④若動點座標之間的關係不易找出,一般可採用引數法。但應注意所列方程個數比引數個數要多乙個,
才可以消去引數。
2.求軌跡方程應注意的問題:
①求軌跡方程後一定要注意軌跡的純粹性和完備性;以保證方程的解與曲線上的點具有一一對應的關
系, 尤其是題中涉及三角形、斜率、引數方程中引數的限制, 往往使方程產生增根。
②要注意區別「軌跡」與「軌跡方程」是兩個不同的概念。
經典例題透析
型別一:直接法 1. 已知兩定點、,且,動點到與到的距離比為常數,求點的軌跡方程,並註明軌跡是什麼曲線.
思路點撥:依據題中已知條件直接列出幾何關係式子,再將其「翻譯」成數學語言即可.
解析:如圖所示建立座標系,則、,
設是軌跡上任意一點
則由題設,得,座標代入得,
化簡得:
整理得:
∴點m的軌跡方程是
點m的軌跡是以為圓心,為半徑的圓.
舉一反三:
【變式1】已知兩定點、,且,動點滿足:,求點的軌跡方程,並註明軌跡是什麼曲線.
【答案】建立座標系如圖所示,則、,
設是軌跡上任意一點則,
由,得, 整理得:
∴點m的軌跡方程是; 點m的軌跡是圓。
【變式2】已知兩定點、,且,動點滿足:直線與的斜率之積為常數,求點的軌跡方程,並註明軌跡是什麼曲線.
【答案】建立座標系如圖所示,則、,
設是軌跡上任意一點
則由題設,得,
座標代入,得(),
化簡得:,整理得:
∴點m的軌跡方程是()
點m的軌跡是除去頂點的橢圓.
【變式3】如圖所示,已知p(4,0)和圓,a、b是圓上兩動點,求矩形apbq的對角線的交點r的軌跡方程.
【答案】設點r的座標為(x,y),
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
即|pr|2=|ao|2-|or|2=36-(x2+y2)
所以有(x-4)2+y2=36-(x2+y2),即
x2+y2-4x-10=0 故點r的軌跡方程:x2+y2-4x-10=0.
【變式4】已知動點p到定點f(1,0)和直線x=3的距離之和等於4,求點p的軌跡方程。
【答案】設點p的座標為(x,y),則由題意可得。
(1)當x≤3時,方程變為,
化簡得。
(2)當x>3時,方程變為,
化簡得。
故所求的點p的軌跡方程是或。
型別二:定義法
2. 如圖所示,已知直線於點m,點,曲線段ab上的任一點到的距離與到點n的距離相等,若,,,,建立適當的座標系,求曲線段ab的方程.
思路點撥:建立適當的直角座標系,先依據定義確定所求曲線段是拋物線的一部分,再用待定係數法設出拋物線方程即可,求出曲線方程後要標註x、y的取值範圍.
解析:以mn中點o為原點,mn所在直線方程為x軸建立直角座標系,
由題意確定所求曲線段是以n為焦點,為準線的拋物線的一部分
設曲線方程為,點、,
則,,由得,中,由得
∴解得,又,,故所求曲線方程為: .
舉一反三:【變式1】已知中,,的周長為6,求頂點的軌跡方程.
【答案】由題知:,
由橢圓的定義可知:點的軌跡是以、為焦點的橢圓,
其長軸為,焦距為, 短軸長為,
∴橢圓方程為,
而點在軸上時不能構成三角形,故, 因此點的軌跡方程是:().
【變式2】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。
【答案】設動圓圓心p(x,y),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,其中c=4,a=2, ∴b2=12,
故所求軌跡方程為。
【變式3】艦a在艦b的正東6千公尺處,艦c在艦b的北偏西30°且與b相距4千公尺,它們準備捕海洋動物,某時刻a發現動物訊號,4秒後b、c同時發現這種訊號,a發射麻醉炮彈,設艦與動物均為靜止的,動物訊號的傳播速度為1千公尺/秒,炮彈的速度是千公尺/秒,其中g為重力加速度,若不計空氣阻力與艦高,問艦a發射炮彈的方位角和仰角應是多少?
【答案】取ab所在直線為x軸,以ab的中點為原點,建立如圖所示的直角座標系.
由題意可知,艦、、.
由於b、c同時發現動物訊號,記動物所在位置為p,則.
於是p**段bc的中垂線上,
易求得線段bc的中垂線方程為
又由a、b兩艦發現動物訊號的時間差為4秒,知,
故知p在雙曲線的右支上,
直線與雙曲線的交點為,此即為動物p的位置,
利用兩點間距離公式,可得.
據已知兩點的斜率公式,得,所以直線pa的傾斜角為,
於是艦a發射炮彈的方位角應是北偏東
設發射炮彈的仰角是,初速度,則,
仰角.型別三:相關點代入法
3.已知點p(4,0)和圓x2+y2-4x-10=0上乙個動點r,動點q滿足:點r是線段pq的中點,求點q的軌跡方程.
思路點撥: 當r在已知圓上運動時,q點即在所求的軌跡上運動,可以找出兩點的座標之間的關係,即可以求解.
解析:設q(x,y),r(x1,y1),則
因為r是pq的中點,所以x1=,
代入方程x2+y2-4x-10=0,得
整理得:x2+y2=56,這就是所求的軌跡方程.
總結昇華:
①以已知點作為主動點,所求的軌跡上的點為相關點,求得軌跡方程.
②所求即所設:直接設所求點的座標.
舉一反三: 【變式1】求經過定點m(1,2),以y軸為準線,離心率為的橢圓左頂點的軌跡方程.
【答案】設橢圓左頂點a(x,y),左焦點f(x',y'),
則,∴,
又∵,代入上式得為所求.
【變式2】p是橢圓上的動點, 作pd⊥y軸, d為垂足, 則pd中點的軌跡方程為( ).
a. b. c. d.【答案】d;
解析:設pd中點為m(x, y),則p點座標為(2x, y),
代入方程, 即得.
【變式3】已知橢圓上的動點 a和左焦點f,求線段af的中點m的軌跡方程.
【答案】由題意知點f(-4,0),設a(x1, y1),線段af的中點 m(x, y),則
,,且,
整理得故點m的軌跡方程:.
【變式4】已知拋物線c:y2=4x.
(1)若橢圓左焦點及相應的準線與拋物線c的焦點f及準線分別重合,試求橢圓短軸端點b與焦點f連線中
點p的軌跡方程;
(2)若m(m,0)是x軸上的一定點,q是(1)所求軌跡上任一點,試問|mq|有無最小值?若有,求出其值;
若沒有,說明理由.
【答案】由拋物線y2=4x,得焦點f(1,0),準線:x=-1
(1)設p(x,y),則b(2x-1,2y),橢圓中心o′, 則|fo′|∶|bf|=e,
又設點b到的距離為d, 則 |bf|∶d=e,∴|fo′|∶|bf|=|bf|∶d,
即(2x-2)2+(2y)2=2x(2x-2), 化簡得p點軌跡方程為y2=x-1(x>1)
(2)設q(x,y),則
|mq|=
當,即時,函式在(1,+∞)上遞增,
故t無最小值,亦即|mq|無最小值;
當,即時,
函式在處有最小值, ∴.
型別四:引數法
4.過原點的直線與曲線y=x2-2x+2交於a,b兩點,求弦ab中點的軌跡.
思路點撥: ab的中點是受a,b兩點的影響而運動的,而a,b的運動是由於直線的轉動而導致的,因此可以選擇直線的斜率k作為引數.
解析:設ab的中點m(x,y), a(x1,y1), b(x2,y2),
依題意,直線的斜率必須存,設為k, 又直線過原點,
∴直線的方程為:y=kx, 將此式代入y=x2-2x+2
整理得:x2-(2+k)x +2=0 ∴x1+x2=2+k,
∴由消去k,得。
又由於直線與曲線有兩交點,故(1)式中的判別式δ>0,
∴(2+k)2-8>0, 解得或
∵,∴或
∴所求的軌跡是拋物線y=2x2-2x(或)部分。
總結昇華:
①在處理涉及直線和二次曲線交點的軌跡問題時,直線的斜率是常用的引數,即「k引數」,此時要考
慮直線的斜率不存在這一特殊情況.
②處理涉及直線和二次曲線交點問題時,一般設出交點座標,但不求交點座標,而是用韋達定理作整
體運算(把x1+x2或x1x2看作乙個整體),即所謂「設而不求」.
③處理涉及直線和二次曲線交點問題時,要注意相交條件( δ>0).
④引數的選擇多種多樣,應視具體情況而定常見的引數有k引數、點引數,也可以選有幾何意義的量如
角引數、引數a,b,c等。恰當選擇引數,可以簡化解題過程.
⑤解題時應先對動點的形成過程進行分析,確定引數,探求幾何關係,建立引數方程.
⑥對引數方程化簡以後,要重視檢驗工作,確定變數的範圍.
舉一反三:
【變式1】設雙曲線的兩個焦點分別是f1和f2, a 、b分別是雙曲線兩條漸進線上的動點, 且, 求線段ab中點的軌跡方程.
【答案】設a點在漸進線上, b點在漸進線上,
a(x1, y1), b(x2, y2),線段ab中點 m(x, y), ∵,
由=30,得,
化簡得.
【變式2】設直線x-y=4a與拋物線y2=4ax 交於兩點a,b (a為定值),c為拋物線上任意一點,求δabc的重心的軌跡方程.
【答案】設δabc的重心為g(x,y) ,點c的座標為c(x0,y0),a(x1,y1), b(x2,y2)
由方程組消去y並整理得:x2-12ax+16a2=0
∴x1+x2=12a, y1+y2=(x1-4a)+(x2-4a)=(x1+x2)-8a=4a
由於g(x,y)為δabc的重心,
∴,又點c(x0,y0)在拋物線上,
∴將點c的座標代入拋物線的方程得:
(3y-4a)2=4a(3x-12a), 即
又點c與a,b不重合,∴。
【變式3】以拋物線的弦ab為直徑的圓經過原點o, 過點o作om⊥ab, m為垂足, 求點m的軌跡方程.
【答案】設直線oa方程為, 代入得a點座標為,
同理可得b(),
∴直線ab方程為,
即: ① 直線om方程為②
得: , 即為所求點m的軌跡方程.
【變式4】如圖, 矩形abcd中, , 以ab邊所在的直線為x軸, ab的中點為原點建立直角座標系, p是x軸上方一點, 使pc、pd與線段ab分別交於、兩點, 且成等比數列, 求動點p的軌跡方程.
【答案】顯然有,
設,三點共線, ,,
又三點共線, , ,
,即 ,
, 化簡得動點p的軌跡方程為.
學習成果測評
基礎達標:1.平面內到定點a(1,0),b(0,1)的距離之和是3的點的軌跡是( )
a.橢圓 b.一條射線 c.兩條射線 d.一條線段
2.已知兩點、,動點p不在軸上,且,其中o為原點,則點的軌跡
方程為( )
a. b.
c. d.
3.點m(x,y)與定點f(1,0)的距離和它到直線x=4的距離的比為2, 則動點m的軌跡方程為( )
a. b. c.3x2-y2-34x+65=0 d.3x2-y2-30x+63=0
4.若動點p在拋物線y=2x2+1上運動,則p與點a(0,-1)所連線段的中點軌跡方程是( )
a.y=2x2 b.y=4x2 c.y=6x2 d.y=8x2
5.設圓的圓心為,是圓內一定點,為圓周上一動點,線段aq的垂直平
分線與交於點,則的軌跡方程為( )
a. b. c. d.
6.已知動點p(x,y)滿足,則p點的軌跡是( )
a.兩條相交直線 b.拋物線 c.雙曲線 d.橢圓
7.設動點p是拋物線上任意一點,定點,,則點m的軌跡方程是_____.
8.到直線3x-4y=5的距離為5的點的軌跡方程是
9.與圓x2+y2-4x=0外切且與y軸相切的動圓的圓心的軌跡方程是
10.與圓x2+y2=4及圓x2+y2-12x-64=0均相切的動圓圓心的軌跡方程為
能力提公升:11.已知線段ab在直線y=-2上移動,(o為座標原點),求δaob外心的軌跡方程.
12.已知橢圓c:,直線l:,點p在直線l上,射線op交橢圓c於點r,點q在射線op上,且滿足|oq||op|=|or|2,求點q的軌跡.
13.已知橢圓c過定點a(2,4),離心率為,左準線為y軸,求橢圓c左頂點的p的軌跡方程.
14.設點o是直角座標系的原點,點m在直線x=-p(p>0)上移動,動點n**段mo的延長線上,且滿足|mo||no|=|mn|.求點n軌跡方程.
15.設為座標原點, 為直線上動點, , , 求點的軌跡方程
綜合**:16.已知橢圓.
(1)求斜率為2的平行弦的中點軌跡方程
(2)過的直線與橢圓相交,求被截得的弦的中點軌跡方程
(3)求過點且被p平分的弦所在直線的方程
參***:
基礎達標:1. 答案:
a 2.答案:c; 解析:由,得,又點p不在軸上,所以.
3.答案:d; 解析:, 兩邊平方即得3x2-y2-30x+63=0 4.答案:
b5.答案:d;
解析:如圖,am=qm,am+mc=qm+mc=qc=5>2,故的軌跡為橢圓,且焦點為a、c,2a=5,c=1.
6.答案:b; 解析:將變形為,
表示到點和直線的距離相等的點的軌跡.
7.答案: 8. 答案:x-4y-30=0或x-4y+20=0 9. 答案:y2=8x (x>0)和y=0 (x<0)
10.答案:=1或=1.
能力提公升:
11.解析:
設外心為c(x,y),過c作cn垂直於直線ab於n.
由,∴,
∴,又|cb|=|co|, ∴
∴,即(y+4)2-x2=8 ().
12.解析:設q(x,y)是所求軌跡上任一點,
lop:y=kx
由得由得
將代入上式得2x2+3y2-4x-6y=0 ∴q點的軌跡為去掉原點的橢圓.
13.解析: 設p(x,y)為所求軌跡上任一點,設f(x0,y)為左焦點
又∵a在橢圓上,∴ ∴,
將代入得 ∴即為所求軌跡方程
14.解析:
法一:設n(x,y),m(-p,y0)
∵n**段mo的延長線上,∴
∴∴p2-1)x2+p2y2-2px-p2=0(x>0)即為所求.
法二:設n(x,y)為所求軌跡上任一點,作na⊥x軸於a點,
則有又∵,∴
∴p2-1)x2+p2y2-2px-p2=0(x>0)即為所求軌跡方程.
15.解析:
設,則由得: , 即 ,
由得: ,
將代入得: , 且
∴所求點的軌跡方程為: .
綜合**:
16.解析:
(1) 設斜率為2的平行弦方程為,
平行弦的端點座標為,,弦的中點為
由得則,,即,又,∴為所求軌跡方程.
(2)設與橢圓的交點為,弦的中點為,
則,兩式相減並整理得
又∵,∴
∴ ①由題意知,
代入①得,化簡得
∴所求軌跡方程為(夾在橢圓內的部分) .
(3)設弦的端點座標為,
則,代入,得:
故所求的直線方程為.
求軌跡方程常用方法
一 知識提要 1 軌跡方程的實質 軌跡方程的概念是軌跡方程求法的基礎,一般地,在直角座標中,如果軌跡c上的點與乙個二元方程的實數解建立了如下關係 1 軌跡上的點的座標都是這個方程的解 2 以這個方程的解為座標的點都在軌跡c上 則這個方程叫做軌跡的方程,這條軌跡叫做方程的軌跡 求軌跡方程就是求軌跡上的...
求軌跡方程方法總結
高考數學中求軌跡方程的常見方法 一 直接法.u.c.o.m 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...
求軌跡方程的方法
例3 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 解 設點p x,y 且設點b x0,y0 bp pa 1 2,且p為線段ab的內分點 4 待定係數法 求圓 橢圓 雙曲線以及拋物線的方程常用待定係數法...