圓錐曲線的中點弦問題是高考常見的題型,在選擇題、填空題和解答題中都是命題的熱點。它的一般方法是:聯立直線和圓錐曲線的方程,借助於一元二次方程的根的判別式、根與係數的關係、中點座標公式及引數法求解。
若已知直線與圓錐曲線的交點(弦的端點)座標,將這兩點代入圓錐曲線的方程並對所得兩式作差,得到乙個與弦的中點和斜率有關的式子,可以大大減少運算量。我們稱這種代點作差的方法為「點差法」,它的一般結論叫做點差法公式。本文就拋物線的點差法公式在高考中的妙用做一些粗淺的**,以饗讀者。
定理1 在橢圓(>>0)中,若直線與橢圓相交於m、n兩點,點是弦mn的中點,弦mn所在的直線的斜率為,則.
證明:設m、n兩點的座標分別為、,則有,得又
同理可證,在橢圓(>>0)中,若直線與橢圓相交於m、n兩點,點是弦mn的中點,弦mn所在的直線的斜率為,則.
定理2 在雙曲線(>0,>0)中,若直線與雙曲線相交於m、n兩點,點
是弦mn的中點,弦mn所在的直線的斜率為,則.
證明:設m、n兩點的座標分別為、,則有,得又
同理可證,在雙曲線(>0,>0)中,若直線與雙曲線相交於m、n兩點,點是弦mn的中點,弦mn所在的直線的斜率為,則.
定理3 在拋物線中,若直線與拋物線相交於m、n兩點,點是弦mn的中點,弦mn所在的直線的斜率為,則.
證明:設m、n兩點的座標分別為、,則有
,得又.
.注意:能用這個公式的條件:(1)直線與拋物線有兩個不同的交點;(2)直線的斜率存在.
同理可證,在拋物線中,若直線與拋物線相交於m、n兩點,點是弦mn的中點,弦mn所在的直線的斜率為,則.
注意:能用這個公式的條件:(1)直線與拋物線有兩個不同的交點;(2)直線的斜率存在,且不等於零.
典題妙解
例1(09年四川)已知橢圓(>>0)的左、右焦點分別為、,離心率,右準線方程為.
(ⅰ) 求橢圓的標準方程;
(ⅱ) 過點的直線與該橢圓相交於m、n兩點,且,求直線的方程.
解:(ⅰ)根據題意,得
.所求的橢圓方程為.
(ⅱ)橢圓的焦點為、. 設直線被橢圓所截的弦mn的中點為.
由平行四邊形法則知:.
由得:.
若直線的斜率不存在,則軸,這時點p與重合,,與題設相矛盾,故直線的斜率存在.
由得:②代入①,得
整理,得:.
解之得:,或.
由②可知,不合題意.
,從而.
所求的直線方程為,或.
例2. 設雙曲線的中心在原點,以拋物線的頂點為雙曲線的右焦點,拋物線的準線為雙曲線的右準線.
(ⅰ)試求雙曲線c的方程;
(ⅱ)設直線與雙曲線交於兩點,求;
(ⅲ)對於直線,是否存在這樣的實數,使直線與雙曲線的交點關於直線(為常數)對稱,若存在,求出值;若不存在,請說明理由.
解:(ⅰ)由得,
,拋物線的頂點是,準線是.
在雙曲線c中,.
雙曲線c的方程為.
(ⅱ)由得:.
設,則.
. (ⅲ)假設存在這樣的實數,使直線與雙曲線的交點關於直線對稱,則是線段ab的垂直平分線. 因而,從而. 設線段ab的中點為.
由得 由得
由①、②得:.
由得:, .
又由得:
直線與雙曲線c相交於a、b兩點,
>0,即<6,且.
符合題意的的值存在,.
例3. (05全國ⅲ文22)設兩點在拋物線上,是ab的垂直平分線.
(ⅰ)當且僅當取何值時,直線經過拋物線的焦點f?證明你的結論.
(ⅱ)當時,求直線的方程.
解:(ⅰ), .
設線段ab的中點為,直線的斜率為,則.
若直線的斜率不存在,當且僅當時,ab的垂直平分線為軸,經過拋物線的焦點f.
若直線的斜率存在,則其方程為,.
由得:, .
若直線經過焦點f,則得:,,與相矛盾.
當直線的斜率存在時,它不可能經過拋物線的焦點f.
綜上所述,當且僅當時,直線經過拋物線的焦點f.
(ⅱ)當時,
由得:.
所求的直線的方程為,即
練習1. (05湖北)設a、b是橢圓上的兩點,點是線段ab的中點,線段ab的垂直平分線與橢圓相交於c、d兩點.
(1)確定的取值範圍,並求直線ab的方程;
(2)略.
2.(02江蘇)設a、b是雙曲線上兩點,點是線段ab的中點.
(1)求直線ab的方程;
(2)如果線段ab的垂直平分線與雙曲線相交於c、d兩點,那麼a、b、c、d四點是否共圓,為什麼?
3. (08陝西理20) 已知拋物線,直線交c於a、b兩點,m是線段ab的中點,過m作x軸的垂線交c於點n.
(ⅰ)證明:拋物線c在點n處的切線與ab平行;
(ⅱ)是否存在實數使,若存在,求的值;若不存在,請說明理由
參***
1. 解:(1)點在橢圓內, <,即>12.
的取值範圍是.
由得, ,焦點在y軸上.
若直線ab的斜率不存在,則直線ab軸,根據橢圓的對稱性,線段ab的中點n在x軸上,不合題意,故直線ab的斜率存在.
由得:, .
所求直線ab的方程為,即.
從而線段ab的垂直平分線cd的方程為,即.
2. 解:(1),焦點在上. 由得:, .
所求的直線ab方程為,即.
(2)設直線cd的方程為,點在直線cd上,
,.直線cd的方程為.
又設弦cd的中點為,由得:,即.
由得.點m的座標為.
又由得.
由兩點間的距離公式可知:.
故a、b、c、d四點到點m的距離相等,即a、b、c、d四點共圓.
8.(ⅰ)證明:,設點m的座標為.
當時,點m在y軸上,點n與原點o重合,拋物線c
在點n處的切線為x軸,與ab平行.
當時,由得:.
. 得點n的座標為.
設拋物線c在點n處的切線方程為,即.
代入,得:,
整理得:.
, ,即拋物線c在點n處的切線的斜率等於直線ab的斜率.
故拋物線c在點n處的切線與ab平行.
(ⅱ)解:若,則,即..,
.由得.
設,則.
.. 即.
化簡,得:,即.
.故存在實數,使.
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