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二次曲线定比公式及其应用

2018-05-08刘才华

中学数学杂志(初中版) 2018年3期
关键词:抛物线

众所周知,已知点P1(x1,y1),P1(x2,y2),直线l:Ax+By+C=0,直线P1P2与直线l相交于点P,若P1P=λPP2,则λ=-Ax1+By1+CAx2+By2+C.如果将直线l换成圆,椭圆,双曲线或者抛物线,结论如何?本文旨在给出上述问题的解答,给出对应的定比公式,得到如下有趣的命题.

命题1已知点P1(x1,y1),P2(x2,y2),圆C:x2+y2=r2(r>0),直线P1P2与圆C相交于点P.若P1P=λPP2,U=x22+y22-r2,V=x1x2+y1y2-r2,W=x21+y21-r2,则λ=-V±V2-UWU.

证明将点P1和P2的坐标代入P1P=λPP2得Px1+λx21+λ,y1+λy21+λ.将点P的坐标代入x2+y2=r2得x1+λx21+λ+y1+λy21+λ=r2,整理得x22+y22-r2λ2+2(x1x2+y1y2-r2)λ+(x21+y21-r2)=0,即Uλ2+2Vλ+W=0.因为直线P1P2与圆C相交于点P,所以关于λ的方程有解,由求根公式得λ-V±V2-UWU.

例1设圆O:x2+y2=5,过圆心O作直线l交圆于A、B两点,与直线x=-3交于点P,若A恰好为线段BP的中点,则直线l的方程为.

解由题意设P(-3,t).因为A恰好为线段BP的中点,所以PA=2AO.

由命题1得U=-5,V=-5,W=4+t2.由-5U=-5,V=-5,W=4+t2.由-5×22+2×(-5)×2+4+t2=0得t=±6.

当t=6时,P(-3,6),kPO=-2,直线l的方程为y=-2x;当t=-6时,P(-3,-6),kPO=2,直线l的方程为y=2x.故直线l的方程为y=-2x或y=2x.

命题2已知点P1(x1,y1),P2(x2,y2),椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0),直线P1P2与椭圆C相交于点P.若P1P=λPP2,U=x22a2+y22b2-1,V=x1x2a2+y1y2b2-1,W=x21a2+y21b2-1,则λ=-V±V2-UWU.

证明将点P1和P2的坐标代入P1P=λPP2得Px1+λx21+λ,y1+λy21+λ,将点P代入x2a2+y2b2=1并整理得b2x22+a2y22-a2b2)λ2+2(b2x1x2+a2y1y2-a2b2)λ+(b2x21+a2y21-a2b2)=0,则(x22a2+y22b2-1)λ2+2(x1x2a2+y1y2b2-1)λ+(x21a2+y21b2-1)=0,即Uλ2+2Vλ+W=0.因为直线P1P2与椭圆C相交于点P,所以关于λ的方程有解,由求根公式得λ=-V±V2-UWU.

例2设椭圆C:x2a2+y2a2=1(a>b>0)的左焦点为F,上顶点为A,过点A作垂直于AF的直线交椭圆C于另外一点P,交x轴正半轴于点Q,且AP=85PQ,求椭圆C的离心率.

解设Q(x0,0),F(-c,0),由A(0,b)及直角三角形中射影定理得|AO|2=|OF||OQ|,则x0=b2c,Q(b2c,0).由AP=85PQ及命题2得U=b4a2c2-1,V=-1,W=0.由(b4a2c2-1)×(85)2+2×(-1)×85=0得b2ac=32,从而2c2+3ac-2a2=0,2e2+3e-2=0,于是e=12或e=-2(舍).故椭圆C的离心率为12.

命題3已知点P1(x1,y1),P2(x2,y2),双曲线C:x2a2-y2b2=1(a>0,b>0),直线P1P2与双曲线C相交于点P.若P1P=λPP2,U=x22a2-y22b2-1,V=x1x2a2-y1y2b2-1,W=x21a2-y21b2-1,则λ=-V±V2-UWU.

证明将点P1和P2的坐标代入P1P=λPP2得Px1+λx21+λ,y1+λy21+λ,将点P代入x2a2-y2b2=1并整理得(b2x22-a2y22-a2b2)λ2+2(b2x1x2-a2y1y2-a2b2)λ+(b2x21-a2y21-a2b2)=0,则(x22a2-y22b2-1)λ2+2(x1x2a2-y1y2b2-1)λ+(x21a2+y21b2-1)=0,即Uλ2+2Vλ+W=0.因为直线P1P2与椭圆C相交于点P,所以关于λ的方程有解,由求根公式得λ=-V±V2-UWU.

例3已知F是双曲线C:x2-y28=1的右焦点,P是C的左支上的一点,A(0,66).当△APF的周长最小时,该三角形的面积为.

解设F1是双曲线C的左焦点,则F1(-3,0),|AF1|=|AF|=15.由P是C的左支上的一点,得|PF|=|PF1|+2,△APF的周长等于|PA|+|PF|+|AF|=|PA|+|PF1|+|AF|+2≥|AF1|+|AF|+2=32,等号当且仅……

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