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文檔簡介
;專題技巧:圓錐曲線中的垂徑定理一、知識框架二、概念及相關典型例題(一)圓中的垂徑定理(問題背景:直線斜率存在)圖1圖2圖3(1)如圖1,在圓O中,E為弦AB中點,則OE⊥AB,即(2)如圖2,在圓O中,與圓O相切于E點,則OE⊥,即.(若切點坐標為,可得切線方程:)(3)如圖3,AB為圓O直徑,E圓上異于A、B兩點的動點,則BE⊥AE,即.(二)圓錐曲線中的垂徑定理(問題情景假設:假設下列問題討論所涉及的直線斜率都存在情況下)1.橢圓中的垂徑定理(以焦點在軸的橢圓方程為例)圖1圖2圖3(1)如圖1,在橢圓C中,E為弦AB的中點,則;(證明:用點差法)(2)如圖2,在橢圓C中,與橢圓相切于E點,則;(證明:法一:極限思想,當A無窮接近B點;法二:換元法變換為證明即可;法三:導數(shù))(3)如圖3,過中心O,交橢圓于A,B兩點,E是橢圓上異于A、B點的動點則.(證明:取AE重點M,連接OM,即可用(1)證明)【注意:若焦點在軸上的橢圓方程,則上面結論變?yōu)椋?,即?.雙曲線中的垂徑定理(以焦點在軸的雙曲線方程為例)圖1圖2圖3圖4圖5(1)如圖1或圖2,E為弦AB的中點,則;(2)如圖3,與雙曲線相切于E點,則;(3)如圖4,過O點的交雙曲線于A,B兩點,E是雙曲線上異于A、B點的動點,則.(4)如圖5,交上雙曲線兩漸近線于A,B兩點,E為線段AB的中點,則.【注意:若焦點在軸上的雙曲線方程,則上面斜率乘積結論變?yōu)椋?,即】圓、橢圓與雙曲線中的垂徑定理可以歸結為(統(tǒng)稱為有心圓錐曲線):圓、橢圓與雙曲線中的垂徑定理可以歸結為(統(tǒng)稱為有心圓錐曲線):(1)若方程或)存在以上關系,則上述結論可表述為:,即,其中分別是系數(shù)的倒數(shù).(2)若方程存在以上關系,則上述結論可表述為:,即,其中分別是系數(shù).(三)例題點評1.例題初探【例1】過點M(1,1)作斜率為的直線與橢圓相交于A,B兩點,若M是線段AB的中點,則該橢圓的離心率為.【解析】方法一:點差法方法二:由垂徑定理,,,即,因為0<e<1,所以解的【例2】已知A、B為橢圓的左右頂點,P為橢圓上異于A、B的點,PA、PB的斜率分別為,且,則該橢圓的離心率為【解析】答案為【例3】設雙曲線C:的頂點為,P為雙曲線上一點,直線交雙曲線C的一條漸近線于M點,直線和的斜率分別為,若且,則雙曲線C離心率為()A、2B、C、D、4【解析】利用雙曲線過中心弦結論,即答案:B【例4】已知A、B是雙曲線的兩個頂點,P是雙曲線上異于A、B的另一點,P關于軸的對稱點為,記直線AP、BQ的斜率分別為,且,則雙曲線的離心率為【解析】,由垂徑定理得答案:【例5】過雙曲線的左焦點F且斜率為1的直線與雙曲線的兩條漸近線交于A、B兩點,記線段AB的中點為M,且等于半焦距,則雙曲線的離心率【解析】,雙曲線的開口較小,漸近線斜率的絕對值比1小,故直線與雙曲線的交點都位于軸左側,當直線豎起來時中點即F,而直線斜率為1,故中點M位于第三象限,由,(O為坐標原點),由垂徑定理得答案:【例6】已知直線的斜率為1,且與雙曲線相切于第一象限于點,則點的坐標為______.【解析】法一:因為直線的斜率為1,所以設代入雙曲線得因為直線與雙曲線相切,所以,即,解得當時,,解得,當時,,解得因為切點在第一象限,所以點.故答案為:.法二:設切點坐標為,由垂徑定理得:,又因為點在雙曲線上,可得:解得,所以,所以點.故答案為:.2.提高與鞏固例題【例1】已知直線交橢圓于M、N兩點,B是橢圓與軸正半軸的交點,若△BMN的重心恰好為橢圓的右焦點,則直線的方程為【解析】設,,,由重心公式得,【三角形ABC重心的坐標公式為,其中】線段MN的中點為,由垂徑定理得(O為坐標原點),直線的方程為【例2】已知橢圓,P是橢圓的上頂點,過P作斜率為的直線交橢圓于另一點A,設點A關于原點的對稱點為B,求△PAB面積的最大值(2)設線段PB的中垂線與軸交于點N,若點N在橢圓內部,求斜率的取值范圍【解析】(1),面積最大為2(2)方法一(與橢圓聯(lián)立):,,N剛到下頂點時,中垂線,PB:與橢圓聯(lián)立可求得PB中點為在中垂線上,代入得方法二(與直線聯(lián)立):由垂徑定理得,PB:與邊AP平行的中位線聯(lián)立得PB中點為,由M與構成的中垂線斜率,解得【例3】設直線與雙曲線兩條漸近線分別交于A,B,若點滿足,則該雙曲線的離心率是【解析】方法一(垂徑定理):記M為PM的中點,則PM:與直線AB聯(lián)立,容易得由垂徑定理得答案:方法二(暴力計算)直線分別與兩條漸近線聯(lián)立得,AB的中點為,所以線段AB的中垂線斜率為方法三(漸近線點差法):設AB中點為,則由點差法知又中點在直線上,故①,由得②由①②得,【例4】已知某橢圓的焦點是,過點并垂直于x軸的直線與橢圓的一個交點為B,且.橢圓上不同的兩點滿足條件:成等差數(shù)列.(1)
求該橢圓的方程;(2)
求弦AC中點的橫坐標;(3)
設弦AC的垂直平分線的方程為y=kx+m,求m的取值范圍.【解析】(1)由題意,設橢圓方程為,則,所以,所以。(2)由(1),,所以,設焦半徑,∵成等差數(shù)列,則解得,故弦AC中點的橫坐標為4.設AC中點為M,由(2),則可設,AC的垂直平分線:,由橢圓垂徑定理得而,所以,即又,∴,又在上,故,即,而,所以.其實AC的垂直平分線:,橫過定點.三、自我素養(yǎng)養(yǎng)成練習與思考1.如圖,已知橢圓,過原點的直線交橢圓于點P、A兩點(其中點P在第一象限),過點P作軸的垂線,垂線為C,連AC并延長交橢圓于B,若,則橢圓的離心率為【解析】記,,延長PC交橢圓于D,連AD,由初中幾何知識得,由得,由垂徑定理得答案:2.已知雙曲線的左右焦點為,右頂點為A,P為雙曲線右支上一點,交雙曲線的左支于點Q,與漸近線交于點R,線段PQ的中點為M,若,,則雙曲線的離心率為【解析】由直角三角形斜邊的中線等于斜邊的一半得,故由垂徑定理得聯(lián)立直線PQ:與直線OM:得,由得,解得答案:23.如圖,已知橢圓的左右頂點分別為A、B,P為第一象限內一點,且,連接PA交橢圓于點C,連BC、OP,若,則橢圓的離心率為【解析】,,由初中幾何知識得,,由垂徑定理得答案:4.如圖,,分別是雙曲線C:的左右焦點,B是虛軸的端點,直線與C的兩條漸近線分別交于P,Q兩點,線段PQ的垂直平分線MN與軸交于點M,若,則C的離心率是。【解析】方法一(垂徑定理):與聯(lián)立得由方法二:,,,直線PQ為:,兩條漸近線為:由得:,由得直線MN為:,令得又,解之得:,即5.過點作直線與橢圓交于兩點,求的中點的軌跡的方程?!窘馕觥吭O,由垂徑定理,,即,化簡得,當與軸平行時,的坐標也滿足方程,故所求的中點的軌跡的方程為;6.過點作直線與有心圓錐曲線交于兩點,是否存在這樣的直線使點為線段的中點?若存在,求直線的方程;若不存在,說明理由.【解析】假設過點P(1,1)作直線與有心圓錐曲線交于兩點,且P為的中點,則,由于直線,即,代入曲線的方程得,即由得.故當時,存在這樣的直線,其直線方程為;當時,這樣的直線不存在.7.如圖,,橢圓C:,不過原點O的直線與C相交于A、B兩點,且線段AB被直線OP平分,求△ABP的面積取最大值時直線的方程【解析】由橢圓垂徑定理1得:,設直線:與橢圓聯(lián)立得由兩點間
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