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椭圆及其同心内切圆命题赏析

2018-10-24刘刚

中学数学杂志(高中版) 2018年4期

刘刚

一般地,把以椭圆短轴为直径的圆叫椭圆的同心内切圆.翻阅近些年的圆锥曲线考题,发现以椭圆及其同心内切圆为背景的试题频繁出现,成为了命题热点.这类试题考查了椭圆的标准方程、几何性质以及直线与椭圆(圆)的位置关系,考查了坐标法的应用,体现了在知识交汇处命题的原则.由于圆作为基本的平面图形,有着丰富的几何性质,所以在解决这类问题时,应先挖掘图形中几何特点,遵循“先几何后代数”的解题策略.下面,对这类试题归纳梳理,供大家参考.

1长度差定值[1]

例1(2017年全国高中数学联赛天津预赛)设F是椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左焦点,A是该椭圆上位于第一象限的一点,过A作圆x2+y2=b2的切线,切点为P.则|AF|-|AP|=[CD#3].

解法1设F(-c,0),A(acosα,bsinα),其中α∈(0,π2),则|AF|=(acosα+c)2+(bsinα)2=a2cos2α+2accosα+c2+(a2-c2)sin2α=a2+2accosα+c2cos2α=a+ccosα,同时|AP|=AO2-OP2=(acosα)2+(bsinα)2-b2=(a2-b2)cos2α=ccosα,所以|AF|-|AP|=a.

图1

解法2[2]如图1,取椭圆C的右焦点为F1,连接OA,OP,AF1,因为OA是△AFF1的中线,所以2OA2+2OF12=AF2+AF12①.因为OP⊥AP,所以OA2=AP2+OP2=AP2+b2,所以①为2(AP2+b2)+2c2=(AF+AF1)2-2AF·(2a-AF),整理得AP2=(AF-a)2,所以AP=AF-a,或AP=a-AF(舍),故|AF|-|AP|=a.

点评解法1借助椭圆参数方程先设出点A的坐标,然后表示出|AF|,|AP|,从而使问题得以解决,体现了坐标法的应用;解法2立足图形,运用平面几何知识求解,体现了简洁性,因此在解决解析几何问题时应遵循“先几何后代数”的策略.2角度定值

例2(2015年5月北京市海淀区高三二模)已知椭圆C:x2a2+y2b2=1(a>b>0)上的点到它的两个焦点的距离之和为4,以椭圆C的短轴为直径的圆O经过这两个焦点,点A、B分别是椭圆C的左、右顶点.

(Ⅰ)求圆O和椭圆C的方程;

(Ⅱ)已知P,Q分别是椭圆C和圆O上的动点(P,Q位于y轴两侧),且直线PQ与x轴平行,直线AP,BP分别与y轴交于点M,N.求证:∠MQN为定值.

图2

解(Ⅰ)略,圆O的方程为x2+y2=2,椭……

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