.8 椭圆上的四点共圆 ( 考试要求 :, 考查频率 :0.00, 难度 :3.00) 知识讲解 h ( ). 理解并掌握椭圆上的四点共圆的性质及其推导 ;. 能够利 椭圆上的四点共圆的性质简化问题. h ( ). 理解并掌握椭圆的蒙 圆的性质及其推导 ;. 能够利

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1 课程目标 h ( ). 理解并掌握截距坐标公式 ;. 能够利 截距坐标公式简化运算. h ( ). 理解并掌握 积坐标公式 ;. 能够利 积坐标公式简化运算. h I( C ). 理解并掌握椭圆的焦半径公式 I 及其推导 ;. 能够在合适的情形下选择椭圆的焦半径公式 I 简化运算. h II( C0.03.0). 理解并掌握椭圆的焦半径公式 II 及其推导 ;. 能够在合适的情形下选择椭圆的焦半径公式 II 简化运算. h ( C0.0.33). 理解并掌握椭圆的焦点三 形 积公式及其推导 ;. 能够在合适的情形下选择椭圆的焦点三 形 积公式简化运算. h ( ). 理解并掌握椭圆的光学性质及其推导 ;. 能够利 椭圆的光学性质简化问题 ; 3. 了解 些实际 活中利 椭圆的光学性质的例. h ( C ). 理解并掌握椭圆的垂径定理及其推导 ;. 能够利 椭圆的垂径定理简化问题 ; 3. 理解并掌握椭圆的垂径定理下的判别式.

2 .8 椭圆上的四点共圆 ( 考试要求 :, 考查频率 :0.00, 难度 :3.00) 知识讲解 h ( ). 理解并掌握椭圆上的四点共圆的性质及其推导 ;. 能够利 椭圆上的四点共圆的性质简化问题. h ( ). 理解并掌握椭圆的蒙 圆的性质及其推导 ;. 能够利 椭圆的蒙 圆的性质简化问题. h 已知点 A(, ) 和点 (, ), 且,, 则直线 A 的横截距和纵截距分 别为,. 设直线 A 经过点 (a, 0), (0, b), 则有 = 0 a = b 0, 解得 a =, b =, 因此命题得证. 分 可以参考 积坐标公式, 分母是分 中分别隐藏横坐标 ( 求横截距时 ) 和纵坐标 ( 求纵截距时 ) 的结果. h 坐标平 中, 已知 A(, ), (, ), 则 A 的 积 S A =. 直线 A 的 程为 = 0, 于是 A 的 积为 d(, A) =» + = +,

3 .3 椭圆的焦半径公式 I 知识讲解 因此命题得证. 坐标平 内由点 A(, ), (, ), C( 3, 3 ) 围成的 AC 的 积为 ( ) ( ), 特别地, 设坐标原点为, 那么 A 的 积为 根据引理, 可得 AC 的 积为. 因此命题得证. ( 3 )( 3 ) ( 3 )( 3 ) = ( ) ( ), 为了 便记忆, 我们引 列式符号来帮助记忆, 有 #» S A =, S #» AC = 3. 3 h I 由椭圆的 程的推导过程, 可以得到下 的推论. I 对左 右焦点分别为 F, F 的椭圆 a + b = ( a > b > 0 ) 上 点 P ( 0, 0 ) 有 P F = a + e 0, P F = a e 0. h II 由椭圆 a + b = ( a > b > 0 上的 点 P 与椭圆的两个焦点 F ( c, 0),F (c, 0) 构成的三 形称为椭圆的焦点三 形. 椭圆的焦点三 形是椭圆问题中的最基本的图形, 其中已经有条件 F F = c 和 P F + P F = a, 因此只需要再额外增加 个条件就可以解三 形. P F F 当 θ = P F F 已知时, 对 P F F 应 余弦定理, 有 P F = P F + F F P F F F cos θ, 3

4 .5 椭圆的焦点三角形面积公式 知识讲解 整理可得 (a P F ) = P F + (c) P F c cos θ, P F = b a c cos θ, 接下来利 P F + P F = a 就可以计算出 P F 的值. 这样我们就得到了 II 已知椭圆 a + b = ( a > b > 0 ) 的焦点三 形 P F F, 底 P F F = θ, 则 其中 c 为椭圆的半焦距. P F = b a c cos θ, 由于 部分包含焦半径的情形下, 椭圆上的点 P 的横坐标是未知的, 因此椭圆的焦半径公式 II 椭圆的焦半 径公式 I 更加实. h 由椭圆 a + b = ( a > b > 0 上的 点 P 与椭圆的两个焦点 F ( c, 0),F (c, 0) 构成的三 形称为. 椭圆的焦点三 形是椭圆问题中的最基本的图形, 其中已经有条件 F F = c 和 P F + P F = a, 因此只需要再额外增加 个条件就可以解三 形. P F F 当 θ = F P F 已知时, 对 P F F 应 余弦定理, 有 F F = P F + P F P F P F cos θ, 于是可得 F F = ( P F + P F ) P F P F ( + cos θ), P F P F = b + cos θ. 接下来构造关于 t 的 元 次 程 t at + b + cos θ = 0 就可以求出 P F 和 P F 的具体值. 同时, 顺便得到了 已知椭圆 a + b = ( a > b > 0 ) 的焦点三 形 P F F 的顶 F P F = θ, 4

5 .6 椭圆的光学性质 知识讲解 则其 积 S P FF = b sin θ + cos θ = b tan θ. h 从椭圆的 个焦点出发的光线经过椭圆反射后的反射光线经过椭圆的另 个焦点, 也焦点 为 F, F 的椭圆上任意 点 P 处的切线 l 与直线 P F 和直线 P F 所成的 相等. P F F 相等推相切, 如果直线 l 与直线 P F 和直线 P F 所成的 相等, 那么 P 点是直线 l 上到点 F 和点 F 距离之和最 的点 ( 将军饮马问题 ). 另, 椭圆上的点到点 F 和点 F 的距 离之和相等. 由于直线 l 上除 P 以外的所有点到点 F 和点 F 距离之和均 于 P F + P F, 因此直线 l 与椭圆有且仅有 个公共点 P, 也直线 l 与椭圆相切. 切推 相等 以椭圆 a + b = ( a > b > 0 ) 为例. 设切点坐标为 P ( 0, 0 ), 则切线 l : 0 a + 0 b =, 令 k = 0 0 c, k = c, k = b 0 a 0, 则只需要证明 k + k k k = k k, 将 k, k, k 代 化简得. h 已知不过原点的直线与椭圆 A 与直线 M 的斜率之积 a + b k A k M = b a. = 交于 A, 两点, M 为弦 A 的中点, 则直线 证明 设 A (, ), (, ), 则 a + b = a + b = 两式相减, 有 a + b = 0, 5

6 .8 椭圆上的四点共圆 3 典型例题 两边同时除以, 并化简可得 = b a, 利 平 差公式变形, 有 此欲证性质 = b a, 有 次曲线的弦与其中点和中 的连线的斜率之积为 e, 其中 e 为有 次曲线的离 率. 有 次曲线的 垂径定理 与仿射变换有千丝万缕的联系, 因此往往可以联合使 h 考虑 圆 次曲线 A + +D+E+F = 0( A ) 与两条相交直线 ( k b ) ( k b ) = 0 ( k k ) 形成的交点曲线系 A + + D + E + F λ ( k b )( k b ) = 0, 当且仅当 k + k = 0 时该 程表 圆, 所以有 : A,, C, D A, CD A CD A,, C, D h 对于 般的椭圆 a + b = ( a, b > 0 ), 其互相垂直的切线的交点形成的轨迹为 + = a +b. 这个圆叫 做, 它的发现 是法国 何学家蒙 (G.Monge,746-88). 蒙 圆的进 步推 是椭圆 的任意两条夹 为 θ 的切线的交点的轨迹 程是 a + b = ( + a b ) tan θ = 4b + 4a 4a + b. 此外, 对于抛物线 = p ( p > 0 ), 任意两条互相垂直的切线的交点的轨迹是直线 = p. h (888) 已知椭圆 C : a + b = 过 A(, 0), (0, ) 两点. () 求椭圆 C 的 程及离 率 ; () 设 P 为第三象限内 点且在椭圆 C 上, 直线 P A 与 轴交于点 M, 直线 P 与 轴交于点 N, 求 6

7 3. 截距坐标公式 3 典型例题 证 : 四边形 ANM 的 积为定值. 3 () ; () 定值为. () 根据题意, 有 a =, b =, 于是椭圆的 程为 4 + =, 3 其离 率 e =. () 四边形 ANM 的面积 S = AN M. 设 P 点坐标为 ( cos θ, sin θ), 可求得 M 点坐标为 P N M A Å ã sin θ 0,, N 点坐标为 cos θ Å ã cos θ sin θ, 0, 故 Å ã Å ã AN M = cos θ sin θ sin θ cos θ (sin θ + cos θ ) = ( sin θ) ( cos θ) = 4, 故四边形 ANM 的面积 S = AN M = 因此原命题得证. (888) 已知抛物线 C : =, 过点 (, 0) 的直线 l 交 C 于 A, 两点, 圆 M 是以线段 A 为直径的圆. () 证明 : 坐标原点 在圆 M 上 ; () 设圆 M 过点 P (4, ), 求直线 l 与圆 M 的 程. () 略 ; () 当直线 l 的 程为 = 时, 圆 M 的 程为 ( 3) + ( ) = 0. 当直线 l 的 程为 = + 4 时, 圆 M 的 程为. Å 9 Å + + 4ã ã =

8 3. 面积坐标公式 3 典型例题 () 设 A(a, a), (b, b), 则 a b b a b a = ab =, ab =, 因此 #» A #» = a b + a b = 4ab(ab + ) = 0, 因此命题得证. () 根据题意, 有 #» P A P #» = (a 4)(b 4) + ( + a)( + b) = 4a b 8(a + b ) + 4ab + 4(a + b) + 0 = 8 [ (a + b) ab ] + 4(a + b) + 0 = 8(a + b) + 4(a + b) + 4 = 0, 解得 a + b = 或 a + b =. 直线 l 的 程为 = a b a b +, = (a + b) +, 圆 M 的圆 坐标为 标为 (3, ), 圆 M 的 程为 当 a + b = ( a + b, a + b ), 因此当 a + b = 时, 直线 l 的 程为 =, 圆 M 的圆 坐 ( 3) + ( ) = 0. 时, 直线 l 的 程为 = + 4, 圆 M 的圆 坐标为 Å 9 Å + + 4ã ã = Å ã 9 4,, 圆 M 的 程为 h 3 (8888) 已知抛物线 C : = p 的焦点为 F, A 为抛物线上 点, D 为 轴正半轴上 点, 且 F A = F D, 直线 AD 交抛物线于另 点. 抛物线在 E 点处的切线与直线 A 平. 8

9 3. 面积坐标公式 3 典型例题 A E F D () 求证 : 直线 AE 恒过定点 ; () 求 EA 的 积的最 值. () 略 ; () 8p 3. () 设 A(pa, pa), (pb, pb), 则根据抛物线的平均性质, 有 D 点的横坐标 p + pa = pab, a + b = a. 根据抛物线的平均性质有 E 点的纵坐标为 p(a + b), 于是 E 点的横坐标为 均性质, 可得直线 AE 的横截距为 p(a + b), 再根据抛物线的平 因此直线 AE 恒过点 F 备注 ( p, 0 ). p(a + b) pa = pa(a + b) = p, 事实上, 过点 E 作 轴的平 线 k, 则由 F A = F DA, 又 A 与切线平, 可得切线与 AE 和 l 所成角相等 Å, 因此根据抛物线的光学性质, 可得直线 AE 恒过点 F. p(a + b) ã ()E 点坐标, p(a + b),a(pa, pa),(pb, pb), 于是根据三角形面积坐标公式, 可得 EA 的有向面积 #» pa p(a + b) pa p(a + b) S = pb p(a + b) pb p(a + b) = p a (a + b) (a b), b (a + b) 9

10 3. 面积坐标公式 3 典型例题 于是 EA 的面积 S = p a b (a + b ) (a + b) = p a b 3 = p a + 3 a 8p, 等号当 a = ± 时取得. 因此所求面积的最小值为 8p 3. 4 (8888) 已知抛物线 = 4 的内接三 形 AC 的重 恰好是抛物线的焦点, 求 AC 积的最 值. A C 3 6 设 A(a, a), (b, b), C(c, c), 则 a + b + c = 3, a + b + c = 0, 于是 从 a + b = c, ab = c 3, a b = 6 3c, S = a b c a b c = a b + b c + c a ab bc ca = 6 3c 3c 3 = Å ( 6c ) 3c 3 ã Å 3c 3 ã 3 6, 等号当 c = 3 时取得, 因此 AC 面积的最 值为

11 3.3 椭圆的焦半径公式 I 3 典型例题 h I 5 (888) 椭圆 a + b = (a > b > 0) 的右焦点为 F, 直线 = a 与 轴的交点为 A, 在椭圆上存在点 P c 满 线段 AP 的垂直平分线过点 F, 则椭圆离 率的取值范围是. Å ã, 设 P ( 0, 0 ), 则根据椭圆的焦半径公式 I 有 P F = F A, a e 0 = a c c, 解得 又因为 0 [ a, a), 所以有 两边同除以 a 可解得 e <. 0 = a c + a a3 c. a a c + a a3 c < a, 6 (888) 已知椭圆的长轴长为 6, 离 率为 () 求椭圆的标准 程 ; 3, F 为椭圆的右焦点. () 点 M 在圆 + = 8 上, 且 M 在第 象限, 过 M 作圆 + = 8 的切线交椭圆于 P, Q 两点, 判 断 P F Q 的周长是否为定值, 并说明理由. () = ; () P F Q 的周长为定值 6. () 略 () 设 P (, ), Q (, ). 由题意, > 0, > 0. 因为 P F = 3 3,» P M = P M = 3, 所以 P F + P M = 3. 同理可得 QF + QM = 3. 因此 P F Q 的周长为定值 6.

12 3.4 椭圆的焦半径公式 II 3 典型例题 h II 7 (888) 已知点 F 是椭圆 = 的左焦点, 直线 A 经过 F 且与椭圆交于 A, 两点. 若 为坐 9 标原点, A 的 积是, 求直线 A 的斜率 k. A F 5 ± 5 解法 设 A : = m 4, 则 5 (m 4) + 9 =, 从 从 整理得于是 Å m S A = 4 m ã 8m = 0, Å ã 8m Å m ã Å 9 ã = 9 9 5, 8m 4 50m 975 = 0, (m 5)(8m + 65) = 0, 因此直线 A 的斜率 k = ± 解法 利用仿射变换 5 5. 将椭圆变成圆 + = 5, 则 =, = 5 3, S A = = 5.

13 3.4 椭圆的焦半径公式 II 3 典型例题 H A F 设 到直线 A 的距离为 H, 则 5 H H = 5, 于是 H = 5, 从 从 H (5 H ) = 5 4, sin F = 5 3, 5 tan F = ± 7, 5 因此所求直线的斜率 k = ± 5. 解法三设 F = θ, 则 S A = Å ã cos θ + 9 sin θ = cos θ, 整理得 40 sin θ = 5 6 cos θ, (4 sin θ )(4 sin θ 9) = 0, 因此 sin θ = 4, 从 直线 A 的斜率 k = ± 8 (888) 已知椭圆 的 积为 b. () 求椭圆的离 率 ; 5 5. a + b = (a > b > 0) 的左焦点为 F ( c, 0), 右顶点为 A, 点 E 的坐标为 (0, c), EF A () 设点 Q 在线段 AE 上, F Q = 3 c, 延长线段 F Q 与椭圆交于点 P, 点 M,N 在 轴上,P M QN, 且直线 P M 与直线 QN 间的距离为 c, 四边形 P QNM 的 积为 3c. 3

14 3.4 椭圆的焦半径公式 II 3 典型例题 (i) 求直线 F P 的斜率 ; (ii) 求椭圆的 程. () ; ()(i) 3 ;(ii) =. () 根据题意, 有 从 a = c, 离 率为 () 如图.. (a + c) c = b, F E Q P N A M (i) 根据题意, 有 A(c, 0), E(0, c), F Q = 3 c, 设 QF A = θ, 则由 E, Q, A 共线, 可得 3 c sin θ = 3 c cos θ 3c 解得 tan θ = 3 4, 3 直线 F P 的斜率为 Å 4. (ii) 由 (i) 可得 Q 5 c, 9 ã 0 c. 根据焦半径公式 II, 有 因此 P P F = c c, b a c cos θ = 3c c 4 = 5 5 c c, Åc, 3 c ã. 注意到 P Q = c, 于是 P M, QN 均与 P F 垂直, 进 四边形 P QNM 的面积 S P QNM = S MP F S NQF = F P tan θ F Q tan θ = 3 ñå ã 5 Å ã 3 ô 4 c c = 3c, 从 c =, 椭圆的 程为 6 + =. 4

15 3.5 椭圆的焦点三角形面积公式 3 典型例题 h 9 (88) 已知椭圆 积. a + b = 上 点 P 与两焦点 F F 形成的夹 F P F = α, 求三 形 F P F 的 b tan α 对 P F F 应用余弦定理, 有 F F = P F + P F P F P F cos α, 于是可得 所以 F F = ( P F + P F ) P F P F ( + cos α), P F P F = S FP F = P F P F sin α = b b + cos α. sin α sin α + cos α = b cos α cos α = b tan α. h 0 (888) F, F 是椭圆 a + b = 的焦点. () 设 l 是该椭圆的 条切线, H, H 分别是 F, F 在 l 上的垂, 证明 : F H F H = b. () 设 l, l 是该椭圆过椭圆外的 点 P 的两条切线, 切点分别为 T, T, 证明 : F P T = F P T. () 略 ; () 略. 解法 () 设切点 T ( 0, 0 ), 则 0 a + 0 b =, l : 0 a + 0 b =. ( c)0 a F H F H =» ( 0 ) ( a + 0 )» ( 0 b = c 0 a 4 = b = b = b. 0 a c 0 = a4 c 0 b a4 0 b 4 a 4 c 0 a b 0 + a 4 0 b a 4 + ( b a ) 0 b 0 + a Ä ä 4 0 a a ) + ( 0 b ) 5

16 3.6 椭圆的光学性质 3 典型例题 原命题得证. () 如图, 作 F F 分别关于切线 P T, P T 对称的点 M, N, 则 P M T T F F N 因为 P M = P F, P F = P N, MF = F N = a ( 椭圆的光学性质 ), 所以 P MF = P F N. 于是 MP F = F P N, 从 MP F = F P N, 也 F P T = F P T, 因此 F P T = F P T, 原命题得证. 解法 () 如图, 连接 F T, F T. H l H T F F 设 F T F = θ, F T = m, F T = n, 则 所以, 原命题得证. () 见解法 F H F H =sin π θ mn = + cos θ mn = + m +n 4c mn mn = (m + n) 4c 4 = b. (888) 已知椭圆 a + b = ( a > b > 0 ) 上两点 A, 处的切线互相垂直, 且相交于点 P, 求 P 点的轨迹. + = a + b 解法 设 P ( 0, 0 ), 过 P 点的切线 程为 0 = k( 0 ) k k = 0, 当 k 分别取 k 和 k 时, 对应的切线分别为 P A 和 P. 根据等效判别式, 可得 a k + b (k ) = 0, 6

17 3.7 椭圆的垂径定理 3 典型例题 整理为关于 k 的 次 程 ( a ) 0 k 0 0 k + b 0 = 0, 由 k k =, 可得 a 0 + b 0 = 0, = a + b. 因此所求 P 点的轨迹是以椭圆的中 圆, a + b 为半径的圆 + = R, 其中 R = a + b. 解法 设 P ( 0, 0 ), 过 P 点的切线 程为 0 = k( 0 ) k k = 0, 当 k 分别取 k 和 k 时, 对应的切线分别为 P A 和 P. 根据等效判别式, 可得 a k + b (k ) = 0, 整理为关于 k 的 次 程 ( a ) 0 k 0 0 k + b 0 = 0, 由 k k =, 可得 a 0 + b 0 = 0, = a + b. 因此所求 P 点的轨迹是以椭圆的中 圆, a + b 为半径的圆 + = R, 其中 R = a + b. 解法三如图, 设两个切点分别 M, N, 作椭圆的左焦点 F 关于两条切线 P M, P N 的对称点, 分别为 F, F, 连接 F F, F F, F F, F F, A, 分别为线段 F F, F F 的中点, 连接 A,, P. P F F A M F F N 根据椭圆的光学性质, F, M, F 以及 F, N, F 均三点共线, 因此 A = = a. 由于四边形 AP F 为矩形, 因此 P + F = A +, P = a c = a + b, 从 点 P 的轨迹 程为 + = a + b. 备注转化观察点, 就得到 个等价的问题 : 对于两条垂直直线和 个椭圆, 已知椭圆 论如何滑动都与两条直线相切, 求椭圆中 的轨迹. h 7

18 3.7 椭圆的垂径定理 3 典型例题 (888) 已知椭圆 C : 9 + = m (m > 0), 直线 l 不过原点 且不平 于坐标轴, l 与 C 有两个交点 A,, 线段 A 的中点为 M. () 证明 : 直线 M 的斜率与 l 的斜率的乘积为定值 ; ( m ) () 若 l 过点 3, m, 延长线段 M 与 C 交于点 P, 四边形 AP 能否为平 四边形? 若能, 求此时 l 的斜率 ; 若不能, 说明理由. () 定值为 9 ; () 能, l 的斜率为 4 ± 7. 解法 () 设 A (, ), (, ), 则 9 + = m, 9 + = m, 两式相减得 9 ( + ) ( ) + ( + ) ( ) = 0, + + = 9. 事实上, 等式左边直线 M 的斜率与直线 l 的斜率之积. 因此原命题得证, 且定值为 9. () 根据题意, 如图. P A M 假设存在符合题意的平 四边形 AP, 设 M ( 0, 0 ), 则 P ( 0, 0 ), 于是 = 4 m. 此时根据第 () 小题的结论, 有 整理得 m 0 m 3 0 = 9, 0 0 3m 0 + m 0 = = 4 m, 8

19 3.7 椭圆的垂径定理 3 典型例题 由关于 0, 0 的两个 程齐次化可得 = 4 m ( ) = 4, 于是解得直线 l 的斜率为 = 4 ± 7. 解法 () 见解法 () 在伸缩变换 =, = 3 下椭圆变成半径为 m = m 3 的圆 + = m, 所有直线的斜率变为原来的 3, 如图. P M A 在第 () 小题中由于变换后的直线 M 与直线 A 垂直, 因此斜率的乘积为, k M = 3 k M, k A = 3 k A, 所以变换前直线 M 的斜率与 l 的斜率的乘积为定值 9. 在第 () 小题中, 欲使得 AP 为平 四边形, 只需要变换后的四边形 A P 为菱形. 由于变换前的 ( m ) ( m 直线 l 过点 3, m, 故变换后的直线 l 应该过点 3, m ), (m, m ). 设变换后的直线 l : = 3 k ( m ) + m, 则只需要 到直线 l 的距离为圆的半径的 半可, 也 k m + m + k = m, 解得 于是变换前的直线 l 的斜率为 3k 8k + 3 = 0, k = 4 ± 7, 3 k = 3k = 4 ± 7. 9

20 3.8 椭圆上的四点共圆 3 典型例题 3 (888) 如图, 已知 P 为椭圆 E : a + b = (a > b > 0) 上不同于长轴端点的动点, A, 分别为椭圆 E 的左 右顶点, F 为椭圆的右焦点, l 为椭圆的右准线. 过点 作射线 M P A, 交 l 于点 M ; 作射线 N P, 交 l 于点 N. 射线 M, N 与椭圆的交点分别为 C, D. l M P C A F D N () 求证 : MF = NF ; () 求证 : CD 的 积为定值. () 略 ; () 略. Å a ã Å a ã () 设 M c, m, N c, n, 则射线 M 与射线 N 的斜率之积为定值 b a, 从 可得 mn = a b c, 因此可得 F M N 且 F N M, 因此 MF 与 NF 均为 MN 的余角, 命题得证. () 设 C(a cos α, b sin α), D(a cos β, b sin β), 则射线 C 与射线 D 的斜率之积为定值 b a, 从 可得 cos(α β) = 0, 因此 CD 的面积 S = ab sin(α β) = ab 为定值. h 4 (888) 过椭圆 a + b = ( a > b > 0 ) 的右焦点 F 作两条相互垂直的弦 A, CD, 证明 : A,, C, D 四点共圆当且仅当 A = CD. 略 我们熟知引理 : 0

21 3.9 椭圆的蒙日圆 3 典型例题 已知 次曲线上四点 A,, C, D, 若 A, CD 斜率均存在, 则 A 与 CD 的斜率互为相反数与 A,, C, D 四点共圆等价. 结合椭圆的对称性, 原命题成立. 引理的证明 : 考虑非圆 次曲线 A + + D + E + F = 0 ( A ) 与两条相交直线 ( k b ) ( k b ) = 0 ( k k ) 形成的交点曲线系 A + + D + E + F λ ( k b )( k b ) = 0, 当且仅当 k + k = 0 时该 程表示圆, 因此引理得证. h 5 (888) 对于两条垂直直线和 个椭圆, 已知椭圆 论如何滑动都与两条直线相切, 求椭圆中 的轨迹. 椭圆中 的轨迹是以两条垂直的直线交点为圆, a + b 为半径的圆 如图, F F F F 由椭圆的 何性质, F F = F F = a. 设 (, ), 则 F ( c cos θ, + c sin θ), F ( + c cos θ, c sin θ), F ( + c cos θ, + c sin θ), F ( + c cos θ, + c sin θ), 所以 F F = 4a = 4c cos θ + 4, F F = 4a = 4c sin θ + 4, 两式相加, 有 + = a c = a + b. 所以 P 点的轨迹是以两条垂直的直线交点为圆, a + b 为半径的圆. 备注蒙日圆.

22 4 课后习题 (888) 若不等式组 A , + 0, + m 0 表 的平 区域为三 形, 且其 积等于 4 3, 则 m 的值为 ( ). 4 C. 3 D. 3 如图, 画出不等式组表示的平面区域, 直线 + = 0 和直线 + = 0 均交 轴于 A(, 0), 直线 + m = 0 与直线 + = 0 直线 + = 0 和 轴分别交于点 P Q 和. P Q A 根据题意, 当 点位于 A 点左侧, m < 时, 不等式组表示三角形区域 ( AP Q 的边界以及内部 ), 此时区域面积为 S AP Q = S P A S QA = ( A ) ( P Q ), 经计算可得 因此 = m, P = m +, Q = (m + ), 3 S AP Q = ( + m) 3 (m + ) = 4 3, 解得 m = 3 ( 舍去 ), 或 m =. (888) 如图, 已知椭圆 4 + = 的上顶点为 A, 过点 A 作圆 M : ( + ) + = r ( 0 < r < ) 的两条切线分别与椭圆 C 相交于点, D ( 不同于点 A ). 当 r 变化时, 试问直线 D 是否过某个定点? 若是, 求 出该定点 ; 若不是, 请说明理由.

23 4 课后习题 A D 过定点, 定点为 Å 0, 5 ã 3 设 A : = k +, 则有 k + k = r, 于是 ( r ) k k + r = 0, 于是可得直线 AD 的斜率为 k. 联立直线 A 与椭圆的 程, 可得 ( 4k + ) + 8k = 0, 于是可得 Å 8k 4k +, 4k + 4k + ã Å, D 8k 4k + ã 4 + k, 4 + k. 考虑到当 r 时, C 趋于椭圆的下顶点, 趋于椭圆的上顶点, 因此猜想定点若存在, 则必然在 轴上, 因此计算直线 D 的纵截距, 为 因此直线 D 过定点 Å 0, 5 ã. 3 4k Å + 8k 4k k ã + 8k 4 + k 4k k 8k 4 + k + 8k 4k + = 5 3, 3 (888) 已知椭圆 E : a + b = ( a > b > 0 ), 圆 以椭圆 E 的短轴为直径. 设 A 是椭圆 E 的弦且与圆 相切, 椭圆的 个焦点 F 与弦 A 在 轴同侧, 求证 : F A 的周长为定值 a. A F 定值为 a 3

24 4 课后习题 解法 设切点为 M, 我们可以证明 个更强的结论 : F A + AM = F + M = a. A M F 连接 A,, M. 设 A(, ), 则 F A + AM = a c a + A M = a c a +» + b = a c Å ã a + + b b = a, a 类似地, 有 F + M = a, 因此原命题得证. 解法 与圆 + = b 当直线 A 的斜率存在时, 设直线 A 的 程为 = k + m, 不妨设 k > 0, m < 0. 由 A 相切可得 m + k = b, m = b + k. 联立直线 A 与椭圆 E 的 程, 可得 (b + a k ) + a km + a m a b = 0, 将 m 代, 可得 (b + a k ) a kb + k + a b k = 0, 设 A, 的横坐标分别为, 且 其中 c 为椭圆的半焦距. 则 + = a kb + k b + a k, = abck b + a k, 4

25 4 课后习题 因此 F A 的周长为 F A + F + A = a c a ( + ) + + k = a. 容易验证, 当直线 A 的斜率不存在时, 命题依然成立. 因此原命题得证. 4 (88) 已知椭圆 C : a + b = ( a > b > 0 ) 的离 率为 () 求 C 的 程 ;, 点 (, ) 在 C 上. () 直线 l 不过原点 且不平 于坐标轴, l 与 C 有两个交点 A,, 线段 A 的中点为 M. 证明 : 直线 M 的斜率与直线 l 的斜率的乘积为定值. () = ; () 定值为. () 由椭圆 C 的离 率为 可得椭圆 程为 b + b =, 再由点 (, ) 在椭圆 C 上可解得椭圆 程为 =. () 设 A(, ), (, ), 则 =, =, 两式相减得 = 0, 整理得 + + =, 直线 M 的斜率与直线 l 的斜率的乘积为定值. 备注也可以利用仿射变换解决. 5

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