和數學大神一樣領略高中數學中圓錐曲線的優美,正交半徑斜切定圓

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橢圓中,從O點發出的兩條互相垂直的射線,交橢圓於P,Q兩點,則斜線PQ永遠切於以O為圓心的定圓。

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正焦半徑斜切定圓的橢圓情況

換言之,圓心到直線PQ的的距離恆為定值!

下面給出此結論的證明,並求出這個半徑,讓我們意外的是,還有其他附加產品!

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此時觀察到兩個式子有共同的分子,所以我們需要給他們取個倒數。並相加

得:

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至此,我們得到三個條件,所以對於以下四個條件要知道他們是互相等價的

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小試身手:

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分析:第一問可以設出各個點座標,通過點到直線距離公式得出a與b關係;

第二問符合結論,但要注意在第一問中已經得到a和b的關係,在第二問中需要統一用字母b表示。

前兩道題算式小試牛刀,這道題利用結論才可以大顯身手。

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分析:

(1)根據平行四邊形的面積,可求a,b,a^2=4,b^2=3

(2)首先,分析向量AP和PB向量的數量積是1,再已知OP=1,利用射影定理,將此題翻譯成OA⊥OB的問題。這還不算結束,因為一般的存在性問題題目,學生們的思維定式是直線一定會存在,如果遇到不存在的問題,第一時間是懷疑自己做錯了!而這道題中,我們可以先利用結論,準確的判斷出直線是否存在,即若OA⊥OB,利用結論先求出OP的長度,然而此題OP=1,所以直線必不存在,直接下來的證明就比較容易了,只需要判斷方程無解即可。

到此,我們瞭解了OP⊥OQ的一般結論,但橢圓的美卻還未綻放完全,對於更一般的情況。

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證明方法建議使用橢圓的參數方程,簡單優美,不詳細贅述!

其實對於平分平面的n(n≥3)個有向線段,與橢圓有n個交點,都有:

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這個結論完全是高中階段的擴展結論,目前並未在高考題中出現,並且今後也不會出現。

接下來我們在說回OP與OQ的問題:

問題引入:

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分析:

(1)略

(2)距離d是定值的問題很好解決,那麼|PQ|的最小值,甚至取值範圍又如何確定?這個問題相對比較容易,需要上文的結論藉助函數的思想便可以求出,注意的是如果題中只問最值問題,均值不等式是一個很好的選擇,今天我們為了導出更強大的結論,把此題看做求取值範圍處理。

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(OP=OQ時左取等,OP,OQ位於座標軸時,右取等)

因為PQ長度的範圍已經求出,對於△POQ的面積,高是固定的,所以它的面積範圍也很容易求得:

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至此,我們又得出兩個結論:

對於OP⊥OQ,

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練習題:

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分析:在有上面結論的前提下,此題變得異常容易。需要同學們模仿結論的推導過程,對此題進行過程上的書寫。如若能自行推導相應結論,則同樣題型的題目都會輕而易舉。

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分析:此題做完圖形後發現,△AMB的面積是兩個△AOM的面積,故此題需要求出常規結論中的面積,再×2.

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分析:此題通過圖形,可以看出四邊形ABCD的面積是△AOB面積的4倍,由於是小題,可以直接套用結論即可,別忘了最後×4.

橢圓的優美結論暫時放下,聽見有的同學問:“老師,雙曲線呢?”

眾所周知,橢圓的方程和雙曲線方程長的那麼像,簡直就是雙胞胎,雙曲線一定也有相對應的結論的,而且雙曲線的結論更好記。

觀察橢圓和雙曲線的標準方程,我們可以把橢圓中的b^2,偷偷的換成-b^2,那麼就神不知鬼不覺的換成了雙曲線的方程,同時把結論中帶b的項通通換掉。由於出現了減法,為了確保軌跡的存在,需要特別指出a

則有:

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關於弦長PQ和△POQ的面積問題,和橢圓的方法完全一致,同學們可以自行推導。由於高考中不考雙曲線的大題,這裡不在列舉例題!

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