與圓錐曲線的弦的中點有關的問題,我們稱之為圓錐曲線的中點弦問題。
解圓錐曲線的中點弦問題的一般方法是:聯立直線和圓錐曲線的方程,借助於一元二次方程的根的判別式、根與係數的關係、中點座標公式及引數法求解。
若設直線與圓錐曲線的交點(弦的端點)座標為、,將這兩點代入圓錐曲線的方程並對所得兩式作差,得到乙個與弦的中點和斜率有關的式子,可以大大減少運算量。我們稱這種代點作差的方法為「點差法」。
一、 以定點為中點的弦所在直線的方程
例1、過橢圓內一點引一條弦,使弦被點平分,求這條弦所在直線的方程。
解:設直線與橢圓的交點為、
為的中點
又、兩點在橢圓上,則,
兩式相減得
於是即,故所求直線的方程為,即。
例2、已知雙曲線,經過點能否作一條直線,使與雙曲線交於、,且點是線段的中點。若存在這樣的直線,求出它的方程,若不存在,說明理由。
策略:這是一道探索性習題,一般方法是假設存在這樣的直線 ,然後驗證它是否滿足題設的條件。本題屬於中點弦問題,應考慮點差法或韋達定理。
解:設存在被點平分的弦,且、
則, ,
兩式相減,得
故直線由消去,得
這說明直線與雙曲線不相交,故被點平分的弦不存在,即不存在這樣的直線。
評述:本題如果忽視對判別式的考察,將得出錯誤的結果,請務必小心。由此題可看到中點弦問題中判斷點的位置非常重要。
(1)若中點在圓錐曲線內,則被點平分的弦一般存在;(2)若中點在圓錐曲線外,則被點平分的弦可能不存在。
二、 過定點的弦和平行弦的中點座標和中點軌跡
例3、已知橢圓的一條弦的斜率為3,它與直線的交點恰為這條弦的中點,求點的座標。
解:設弦端點、,弦的中點,則
,又 ,
兩式相減得
即,即點的座標為。
例4、已知橢圓,求它的斜率為3的弦中點的軌跡方程。
解:設弦端點、,弦的中點,則
,又 ,
兩式相減得
即,即 ,即
由,得點在橢圓內
它的斜率為3的弦中點的軌跡方程為
三、 求與中點弦有關的圓錐曲線的方程
例5、已知中心在原點,一焦點為的橢圓被直線截得的弦的中點的橫座標為,求橢圓的方程。
解:設橢圓的方程為,則┅┅①
設弦端點、,弦的中點,則
, ,又, 兩式相減得
即聯立①②解得,
所求橢圓的方程是
四、圓錐曲線上兩點關於某直線對稱問題
例6、已知橢圓,試確定的取值範圍,使得對於直線,橢圓上總有不同的兩點關於該直線對稱。
解:設,為橢圓上關於直線的對稱兩點,為弦的中點,則,
兩式相減得,
即,,這就是弦中點軌跡方程。
它與直線的交點必須在橢圓內
聯立,得則必須滿足,
即,解得
五、注意的問題
(1)雙曲線的中點弦存在性問題;(2)弦中點的軌跡應在曲線內。
利用點差法求解圓錐曲線中點弦問題,方法簡捷明快,結構精巧,很好地體現了數學美,而且應用特徵明顯,是訓練思維、薰陶數學情感的乙個很好的材料,利於培養學生的解題能力和解題興趣。
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