利用极坐标解圆锥曲线题
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极坐标秒杀圆锥曲线问题一、适用题型二、基本理论:(一)极坐标系、在平面内取一定点O,叫极点,引一条射线Ox,叫做极轴,再选定一个长度单位和角度的正方向(通常取逆时针方向),如图对于平面内任意一点M,用ρ叫做点M 的极径,θ叫做点M 的极角,有序数对(,)ρθ叫做点M 的极坐标,这样建立的坐标系叫做极坐标系。
极坐标为ρ,θ的点M,可表示为M (,)ρθ。
(二)圆锥曲线的统一极坐标方程椭圆、双曲线、抛物线可以统一定义为:与一个定点(焦点F)的距离和一条定直线(准线L)的距离的比等于常数e 的点的轨迹。
建立以焦点F 为极点,x 轴正方向为极轴的极坐标系,其统一的极坐标方程为:θρcos 1e ep-=(成为标准极坐标方程)。
(1)当0<e<1时,方程表示椭圆;定点F 是椭圆的左焦点,定直线L 是它的左准线。
(2)e=1时,方程表示开口向右的抛物线.(3)e>1时,方程只表示双曲线的右支,定点F 是它的右焦点,定直线L 是它的右准线。
(若允许ρ<0,方程就表示整个双曲线)其中:(i)ρ是动点到极点的距离(ρ>0),θ表示极径与极轴正方向的夹角。
(ii)e 表示圆锥曲线的离心率,c e a=。
(iii)p 表示焦点到准线的距离。
由焦点与准线的不同位置关系,从而建立不同的极坐标,利用圆锥曲线定义可得其统一极坐标方程为:推广1:1+cos epe ρθ=(1)0<e<1当时,方程表示极点在右焦点上的椭圆(2)e=1时时,方程表示开口向左的抛物线(3)e>1方程表示极点在左焦点上的双曲线推广2:1-sin ep e ρθ=(1)0<e<1时,方程表示极点在下焦点的椭圆(2)e=1时,方程表示开口向上的抛物线(3)e>1时!方程表示极点在上焦点的双曲线推广3:1+sin ep e ρθ=(1)0<e<1时,方程表示极点在上焦点的椭圆(2)e=1时,方程表示开口向下的抛物线(3)e>1时!方程表示极点在下焦点的双曲线(三)常用性质(1)对于圆锥曲线的标准极坐标方程θρcos 1e ep-=,则与之对应的直角坐标方程为:()22221x c y a b++=,当(0<e<1时);()22221x c y a b++=,当(e>1时,R ρ∈);22()y p x c =+(当e=1时)(2)记圆锥曲线的统一方程1-sin epe ρθ=,有公式1:2(0)()a ρρπ=+公式2:2(0)()c ρρπ=-公式3:22(0)()b ρρπ= 其中2a 表示椭圆长轴与双曲线实轴长,2b 表示椭圆短轴与双曲线虚轴长,2c 表示焦距。
圆锥曲线极点极线应用篇5一、引言圆锥曲线是高中数学的重要内容,极点极线是解决圆锥曲线问题的一种重要方法。
本篇文档将详细介绍如何应用极点极线解决圆锥曲线问题。
二、极点极线基本概念在解析几何中,一个点对于一个曲线而言,具有特殊的意义。
这个点被称为曲线的极点,而连接这个点和曲线上任何一点的直线被称为这条曲线的极线。
在圆锥曲线中,这个概念同样适用。
三、应用方法1.点与曲线的关系:通过寻找曲线的极点,可以找到曲线上某个点的位置。
通过已知点和曲线的极线,可以求出未知点的坐标。
2.曲线间的关系:不同曲线的极线可能交于一点,或者两曲线具有相同的极线。
这种情况下,可以通过研究这个共有的极线来研究两个曲线之间的关系。
3.最值问题:在解决最值问题时,可以考虑用极点极线的方法。
通过建立极线方程,可以将问题转化为求函数最值的问题。
四、实例解析1.已知抛物线方程为y^2=4x,求点(2,2)在抛物线上的位置。
解:根据抛物线的定义,可得到抛物线的极点为原点。
因为点(2,2)在抛物线上,所以它的极线与抛物线的交点就是所求。
通过解方程y^2-4y=0,可得到点(2,2)在抛物线上的位置为(1,0)。
2.求椭圆x^2/4+y^2/3=1上的点到直线x+y=0的距离最小时的椭圆方程。
解:这个问题的关键在于找到椭圆的极线和所求直线之间的关系。
椭圆的极线是两条射线,它们和坐标轴构成的两个三角形的面积越大,距离最小。
通过计算,可以得到当椭圆的长轴在$x$轴上时,距离最小。
此时,椭圆的方程为x^2/7+y^2/3=1。
五、总结通过极点极线的方法,我们可以更深入地理解圆锥曲线,找到解决问题的方法。
在解决具体问题时,要灵活运用基本概念和方法,通过建立方程、函数等方法,解决实际问题。
六、扩展阅读1.进一步了解极点和极线的性质和应用,可以阅读相关的数学文献和教材。
2.练习解一些更复杂的问题,以提高自己的解题能力。
3.参考一些优秀的数学解题视频和博客,获取更多的解题思路和方法。
大招四 极坐标秒解圆锥曲线3(原点篇) 在椭圆22
2210,0x y a b a b
+=>>()中,O 是坐标原点,A 、B 是椭圆上两点,OA 、OB 的长度可以用极坐标表示,部分题目可以达到简化计算的目的。
令cos ,sin x y ρθρθ==,则222221
cos sin a b θθρ=+。
例1、设椭圆的离心率,右焦点到直线的距离,为坐标原点. (1)求椭圆的方程; (2)过点作两条互相垂直的射线,与椭圆分别交于,两点,证明:点到直线
的距离为定值,并求弦长度的最小值. 例2已知椭圆
的长轴为4,且过点 (1)求椭圆C 的方程;
(2)设点O 为原点,若点P 在曲线C 上,点Q 在直线
上,且,试判断直线PQ 与圆的位置关系,并证明你的结论.
x 2y 23左、右焦点分别为F 1,F 2,|F 1F 2|=23,设点M (x 1,y 1),N (x 2,y 2)是椭圆上不同两点,且这两点分别与坐标原点的连线的斜率之积为-14
. (1)求椭圆C 的方程;
(2)求证:x 21+x 22为定值,并求该定值.。
极坐标方程在圆锥曲线中的应用作者:周震来源:《中学生数理化·学习研究》2017年第08期在圆锥曲线问题中,常出现的长度问题主要有两大类:一是与焦点有关,主要体现在过焦点的弦长、直线的倾斜角、焦准距等相关的问题;二是与原点有关的长度和角度问题。
这两类问题利用圆锥曲线常规解法往往运算量较大,学生通常比较害怕。
如果我们转换思路,合理利用曲线的极坐标方程来解,可以将繁琐复杂的计算简单化,提高解题速度和正确率。
下面通过具体例题来阐述圆锥曲线的极坐标解法。
在极坐标系中,以圆锥曲线的焦点F(椭圆为左焦点,双曲线为右焦点)为极点,对称轴为极轴建立极坐标系,离心率为e,焦点到准线的距离为p。
则圆锥曲线的极坐标方程为ρ=ep1-ecosθ。
当以原点为极点,Ox轴为极轴时,椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的极坐标方程ρ2=a2b2b2cos2θ+a2sin2θ。
双曲线x2a2-y2b2=1的极坐标方程为ρ2=a2b2b2cos2θ-a2sin2θ。
抛物线y2=2px的极坐标方程为ρsin2θ=2pcosθ。
圆心为(a,0),半径为a的圆的极坐标方程为ρ=2acosθ。
一、与焦点有关的问题例1已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)过椭圆的左焦点F作倾斜角为π3的直线交椭圆于A、B两点,且AF∶BF=2∶1,求椭圆的离心率。
分析:在极坐标系中,由于椭圆的极坐标方程是以左焦点为极点,x轴的正半轴为极轴建立的坐标系,极径的长即为椭圆上的点到焦点的距离,所以可以利用极坐标方程来解决。
解:以椭圆的左焦点F为极点,Fx轴为极轴建立极坐标系,则椭圆的极坐标方程为ρ=ep1-ecosθ。
则AF=ep1-12e,BF=ep1+12e。
因为AF∶BF=2∶1,所以ep1-12e∶ep1+12e=2∶1。
化简得e=23。
故所求椭圆的离心率为e=23。
运用极坐标方程解决与焦点弦长有关的问题可以简化计算量,提高解题速度和效率。
极坐标求解圆锥曲线焦点弦问题圆锥曲线是一种常见的二维曲线形式,它可以由圆锥的剖面所生成。
在数学中,我们经常遇到求解圆锥曲线焦点弦的问题。
首先,让我们回顾一下极坐标的基本概念。
极坐标是一种用极径和极角来描述平面上点位置的坐标系统。
对于圆锥曲线,我们可以使用极坐标来描述其形状和特性。
求解圆锥曲线焦点弦的问题是要找到圆锥曲线上两个焦点之间的弦的方程。
为了解决这个问题,我们可以按照以下步骤进行:1. 确定圆锥曲线方程:根据圆锥曲线的类型,如椭圆、双曲线或抛物线,确定其标准方程。
例如,对于椭圆,标准方程为 r = a(1 - e*cosθ);对于双曲线,标准方程为r = a(1 + e*cosθ);对于抛物线,标准方程为r = a(1 + cosθ) 或 r = a(1 - cosθ)。
2. 确定焦点坐标:通过曲线方程中的参数,计算出曲线的焦点坐标。
对于椭圆和双曲线,焦点坐标为 (ae, 0) 和 (-ae, 0),其中 e 是离心率。
对于抛物线,焦点坐标为 (a/2, 0)。
3. 求解弦的方程:选择两个不同的点作为弦的端点,可以通过给定的焦点坐标和极径的差值来确定弦的长度。
然后,通过两点式或极坐标变换,推导出弦的方程。
在进行上述步骤时,应注意选择合适的曲线方程和坐标系,以确保结果的准确性和一致性。
此外,还应牢记圆锥曲线的性质和特点,以便在求解过程中进行验证和判断。
综上所述,通过极坐标求解圆锥曲线焦点弦问题需要确定圆锥曲线方程、焦点坐标和弦的方程。
这一过程涉及到数学知识和计算技巧,并需要合理地选择坐标系和参数值。
通过正确地应用这些步骤,我们可以准确地求解圆锥曲线焦点弦的问题。
极点与极线背景下的高考试题极点与极线是高等几何中的重要概念,当然不是《高中数学课程标准》规定的学习内容,也不属于高考考查的范围,但由于极点与极线是圆锥曲线的一种基本特征,因此在高考试题中必然会有所反映,自然也会成为高考试题的命题背景.1.从几何角度看极点与极线定义1 如图1,设P 是不在圆锥曲线上的一点,过P 点引两条割线依次交圆锥曲线于四点,,,E F G H ,连接,EH FG交于N ,连接,EG FH 交于M ,则直线MN 为点P 对应的极线. 若P 为圆锥曲线上的点,则过P 点的切线即为极线.由图1同理可知, PM 为点N 对应的极线,PN 为点M 所对应的极线.因而将MNP 称为自极三点形.设直线MN 交圆锥曲线 于点,A B 两点,则,PA PB 恰为圆锥曲线的两条切线.定理1 (1)当P 在圆锥曲线Γ上时,则点P 的极线是曲线Γ在P 点处的切线;(2)当P 在Γ外时,过点P 作Γ的两条切线,设其切点分别为,A B ,则点P 的极线是直线AB (即切点弦所在的直线);(3) 当P 在Γ内时,过点P 任作一割线交Γ于,A B ,设Γ在,A B 处的切线交于点Q ,则点P 的极线是动点Q 的轨迹.定理2 如图2,设点P 关于圆锥曲线Γ的极线为l ,过点P 任作一割线交Γ于,A B ,交l 于Q ,则PA PBAQ BQ= ①;反之,若有①成立,则称点,P Q 调和分割线段AB ,或称点P 与Q 关于Γ调和共轭,或称点P (或点Q )关于圆锥曲线 Γ的调和共轭点为点Q (或点P ).点P 关于圆锥曲线Γ的调和共轭点是一条直线,这条直线就是点P 的极线.推论1 如图2,设点P 关于圆锥曲线Γ的调和共轭 点为点Q ,则有211PQ PA PB =+ ②;反之,若有②成立, 则点P 与Q 关于Γ调和共轭. 可以证明①与②是等价的.事实上,由①有11AQ BQ PQ PA PB PQ PQ PQ PA PB PA PB PA PB --=⇒=⇒-=-11()2PQ PA PB ⇒⋅+= 211PQ PA PB⇒=+.特别地,我们还有推论2 如图3,设点P 关于有心圆锥曲线Γ(设其中心为O )的调和共轭点为点Q ,PQ 连线经过圆锥曲线的中心,则有2OR OP OQ =⋅ ,反之若有此式成立,则点P 与Q 关于Γ调和共轭.证明:设直线PQ 与Γ的另一交点为R ',则PR PR OP OR OP ORRQ R Q OR OQ OR OQ '-+=⇒='-+,化简图1图2即可得2OR OP OQ =⋅.反之由此式可推出PR PR RQ R Q'=',即点P 与Q 关于Γ调和共轭. 推论3 如图4,,A B 圆锥曲线Γ的一条 对称轴l 上的两点(不在Γ上),若,A B 关于Γ调 和共轭,过B 任作Γ的一条割线,交Γ于,P Q 两点,则PAB QAB ∠=∠.证明:因Γ关于直线l 对称,故在Γ上存在,P Q 的对称点,P Q ''.若P '与Q 重合,则Q '与P也重合,此时,P Q 关于l 对称,有PAB QAB ∠=∠;若P '与Q 不重合,则Q '与P 也不重合,由于,A B关于Γ调和共轭,故,A B 为Γ上完全四点形PQ QP ''的对边交点,即Q '在PA 上,故,AP AQ 关于直线l 对称,也有PAB QAB ∠=∠.定理3 (配极原则)点P 关于圆锥曲线Γ的极线p 经过点Q ⇔点Q 关于Γ的极线q 经过点P ;直线p 关于Γ的极点P 在直线q 上⇔直线q 关于Γ的极点Q 在直线p 上.由此可知,共线点的极线必共点;共点线的极点必共线. 以上未加证明的定理,可参阅有关高等几何教材,如【1】,其中定理1的初等证法可参阅文【2】.2.从代数角度看极点与极线定义2 已知圆锥曲线22:220Ax Cy Dx Ey F Γ++++=,则称点00(,)P x y 和直线0000:()()0l Ax x Cy y D x x E y y F ++++++=是圆锥曲线Γ的一对极点和极线.事实上,在圆锥曲线方程中,以0x x 替换2x ,以02x x +替换x ,以0y y 替换2y ,以02y y+替换y 即可得到点00(,)P x y 的极线方程. 特别地:(1)对于椭圆22221x y a b +=,与点00(,)P x y 对应的极线方程为00221x x y y a b+=;(2)对于双曲线22221x y a b -=,与点00(,)P x y 对应的极线方程为00221x x y y a b -=;(3)对于抛物线22y px =,与点00(,)P x y 对应的极线方程为00()y y p x x =+. (4)如果圆锥曲线是椭圆22221x y a b+=,当00(,)P x y 为其焦点(,0)F c 时,极线恰为椭圆的准线;如果圆锥曲线是双曲线22221x y a b-=,当00(,)P x y 为其焦点(,0)F c 时,极线恰为双曲线的准线;如果圆锥曲线是抛物线22y px =,当00(,)P x y 为其焦点(,0)2p F 时,极线恰为抛物线的准线.3.从极点与极线角度看圆锥曲线试题图4 R【例1】(2010江苏卷文理18)在平面直角坐标系xOy 中,如图,已知椭圆15922=+y x 的左右顶点为,A B ,右焦点为F .设过点(,)T t m 的直线,TA TB 与此椭圆分别交于点1122(,),(,)M x y N x y ,其中0m >,1200y y ><,.(1)设动点P 满足422=-PB PF ,求点P 的轨迹;(2)设12123x x ==,,求点T 的坐标;(3)设9=t ,求证:直线MN 必过x 轴上的一定点(其坐标与m 无关).分析与解:前面两问比较简单,这里从略. 对于(3),当9=t 时,T 点坐标为(9,)m ,连MN ,设直线AB 与MN 的交点为K ,根据 极点与极线的定义可知,点T 对应的极线经过K , 又点T 对应的极线方程为9195x m y⋅⋅+=,即 15m yx ⋅+=,此直线恒过x 轴上的定点K (1,0), 从而直线MN 也恒过定点K (1,0). 【例2】 (2008安徽卷理22)设椭圆2222:1(0)x y C a b a b+=>>过点M ,且左焦点为1(F .(1)求椭圆C 的方程;(2)当过点(4,1)P 的动直线l 与椭圆C 交于两个不同的点,A B 时,在线段AB 上取点Q ,满足AP QB AQ PB ⋅=⋅,证明点Q分析与解:(1)易求得答案22142x y +=. (2)由条件可有PA PBAQ BQ=,说明点,P Q 关于 圆锥曲线C 调和共轭.根据定理2,点Q 的轨迹就是点P 对应的极线,即41142x y ⋅⋅+=,化简得220x y +-=. 故点Q 总在定直线220x y +-=上.【例3】( 1995全国卷理26)已知椭圆22:12416x y C +=,直线:1128x y l +=,P 是l 上一点,射线OP 交椭圆于点R ,又点Q 在OP 上且满足2OQ OP OR ⋅=,当点P 在l 上移动时,求点Q 的轨迹方程.,并说明轨迹是什么曲线.分析与解:由条件知2OR OP OQ =⋅可知点,P Q 关于圆锥曲线C 调和共轭,而点Q 可看作是点P 的极线与直线OP 的交点.设(12,88)P t t -,则与P 对应的极线方程为12(88)12416t x t y⋅-⋅+=,化简得 (1)2tx t y +-= ③图5,)m图6x又直线OP 的方程为8812ty x t-=,化简得 223ty x t-=④ 解由③④联立方程组得22654244542t x t t tx t t ⎧=⎪⎪-+⎨-⎪=⎪-+⎩,消去t 得222346x y x y +=+,可化为22(1)(1)15523x y --+=(,x y 不同时为0),故点Q 的轨迹是以(1,1)为中心,,且长轴平行于x 轴的椭圆,但需去掉坐标原点.【例4】(2006年全国卷II 理21)已知抛物线24x y = 的焦点为F ,,A B 是抛物线上的两动点,且AF FB λ=(0)λ>,过,A B 两点分别作抛物线的切线,并设其交点为P . (1)证明FP AB ⋅为定值;(2)设ABP ∆的面积为S ,写出()S f λ=的表达式, 并求S 的最小值.分析与解:(1)显然,点P 的极线为AB ,故可设点0(,1)P x -,再设1122(,),(,)A x y B x y ,,,F A B 三点对应的极线方程分别为1y =-,112()x x y y =+,222()x x y y =+,由于,,A B F 三点共线,故相应的三极线共点于0(,1)P x -,将1y =-代入后面两个极线方程得1012022(1)2(1)x x y x x y =-⎧⎨=-⎩,两式相减得12012()2()x x x y y -=-.又02121(,2),(,)FP x AB x x y y =-=--,故02121()2()0FP AB x x x y y ⋅=---=. (2)设AB 的方程为1y kx =+,与抛物线的极线方程002()x x y y =+对比可知直线AB对应的极点为(2,1)P k -,把1y kx =+代入24x y =并由弦长公式得24(1)AB k =+,所以212(12ABP S AB FP k ∆==+. 显然,当0k =时,S 取最小值4. 【例5】(2005江西卷理22)设抛物线2:C y x = 的焦点为F ,动点P 在直线:20l x y --=上运动,过P 作抛物线的两条切线,PA PB ,且与抛物线分别相切于,A B 两点. (1)求APB ∆的重心G 的轨迹方程; (2)证明PFA PFB ∠=∠.分析与解:(1)设点001122(,),(,),(,)P x y A x y B x y , 与002y y x x +=对比可知直线:20l x y --=对应的极点为1(,2)2,P 为直线l 上的动点,则点P 对应的极线AB 必恒过点1(,2)2.图8图9设1:2()2AB y k x -=-,可化为2222k y k x +-=,故直线AB 对应的极点为(,2)22k k P -,将直线AB 的方程代入抛物线方程得2202kx kx -+-=,由此得2121212,(1)44x x k y y k x x k k +=+=+-+=-+,APB ∆的重心G 的轨迹方程为122212223322422222333k k x x k k x k k k y y k k k y ⎧+++⎪===⎪⎪⎨⎪++--++--+⎪===⎪⎩,消去k 即得 21(42)3y x x =-+.(2)设221122(,),(,)A x x B x x ,由(1)知1212,22k x x k x x +==-,又1(0,)4F ,由(1)知(,2)22k k P -,即1212(,)2x x P x x +,所以2111(,)4FA x x =-,12121(,)24x x FP x x +=-,2221(,)4FB x x =-.221211************111111()()()()244444cos 11()()4x x x x x x x x x x x FP FA PFA FP FA FP FP x FP x x ++--+++⋅∠====⋅++-.同理1214cos x x FP FB PFB FP FB FP+⋅∠==⋅. 所以有PFA PFB ∠=∠.。
巧设极坐标方程妙解圆锥曲线问题48福建中学数学2015年第9期断:因为0j叶dtanAj在求解三角函数问题时,一定要注意角的范围对解题结果产生的影响.实际上,学生有自己的“思想”,未必会按照教师传授的解题方法求解,当然,“思想”离不开课堂或课外所获取的,但是会受到各种解法的干扰,甚至误导.笔者认为,教师教学时按学生“最近发展区”不断调整、完善教学方案,平时多了解学生的解题思想;学生也多与教师交流、探讨,学习是一个不断优化的过程,只有把教师所教的“渔”化为己有,且不受干扰,才能获得自己的“鱼”,真正提升自己的学习能力,为后续学习和长远发展提供潜质.巧设极坐标方程妙解圆锥曲线问题邱有文福建省龙岩市长汀二中(366300)新课程中极坐标方程的引入,不仅让我们感受数学的艺术性,欣赏了那些奇妙的曲线及其方程,而且还会强化我们解决问题的能力.若极坐标方程恰当地引入到圆锥曲线问题中,解答过程往往能化繁为筒,下面就谈谈极坐标方程在圆锥曲线中的妙用.先介绍圆锥曲线的极坐标方程:圆锥曲线(椭圆、双曲线、抛物线)可统一定义为:与一个定点(焦点F)的距离和一条定直线(准线三)的距离之比等于常数e的轨迹.建立以焦点F为极点,x轴正方向为极轴的极坐标系,其统一极坐标方程为P=·-(称为标准极坐标方l—ecoS,T2程).其中在椭圆、双曲线中P=I一c1.C(1)当0它的左焦点,定直线是它的左准线;(2)当e=1时,方程表示开口向右的抛物线;(3)当e>1时,方程表示双曲线的右支,定点F是它的右焦点.定直线三是它的右准线(若P<0,方程表示整个双曲线).根据不同的坐标系,有下列推论:推论1P=_,l+eCOS(1)当0(2)当e=1时,方程表示开口向左的抛物线;(3)当e>1时,方程表示极点在左焦点的双曲线.推论2ep,(1)当0椭圆;(2)当e=1时,方程表示开口向上的抛物线;(3)当e>1时,方程表示极点在上焦点的双曲线.推论3P=_,I十es1rl(1)当0椭圆;(2)当e=1时,方程表示开口向下的抛物线;(3)当e>1时,方程表示极点在下焦点的双曲下面就举例分析圆锥曲线中哪几种题型用极坐标方程解答能化繁为简.题型一型如FA=AFB(其中A,B在椭圆上,F为焦点)的圆锥曲线问题例1设,分别为椭圆X/3+Y=1的左、右焦点,点A,B在椭圆上,若=5B,则点的坐标是——.解析设椭圆的极坐标方程为:p=ep/(1-eCOS,因为=5,所以ep/(1一ecos0)=5ep/(1+ecos,解得COS0=46/3,所以tan0=,/2/2.于是所在的直线方程为Y=(√2/2)(一√2),代入x/3+y=l,解得A(0,±1).例2已知以F为焦点的抛物线Y=4x上的两点,满足F=3FB,则弦AB的中点到准线的距2015年第9期福建中学数学49离为.解析设抛物线的极坐标方程为:p=p/(1+cos~,因为『=p/(1一cosO),=p/(1+cosO),:3历.所以P/(1一cos0)=3p/(1+cos0).于是有COS0=1/2,所以Jf=2/(1一cosO)=4,Il=2/(1+cosO)=4/3,(IFl+l船I)×(1/2)=8/3,即填8/3.题型二涉及到焦点弦长问题例3如图1,设P是圆+Y=25上的动点,点D是P在轴上的射影,为PD上一点,且『MDI=(4/5)lPDI.(I)当P在圆上运动时,求点的轨迹C的方程;(II)求过点(3,0)且斜率为h(x)>h(1)=0的直线被C所截线段的长度.解(I)/25+Y/16=1;(Ⅱ)设椭圆的极坐标方程为P=ep/(1+ecosO),P=a。
利用极坐标解题知识点精析: 椭圆、双曲线、抛物线可以统一定义为:与一个定点(焦点)的距离和一条定直线(准线)的距离的比等于常数e 的点的轨迹.以椭圆的左焦点(双曲线的右焦点、抛物线的焦点)为极点,过点F 作相应准线的垂线,垂足为K ,以FK 的反向延长线为极轴建立极坐标系. 椭圆、双曲线、抛物线统一的极坐标方程为: θρcos 1e ep-=.其中p 是定点F 到定直线的距离,p >0 . 当0<e <1时,方程表示椭圆;当e >1时,方程表示双曲线,若ρ>0,方程只表示双曲线右支,若允许ρ<0,方程就表示整个双曲线;当e=1时,方程表示开口向右的抛物线.引论(1)若 1+cos epe ρθ=则0<e <1当时,方程表示极点在右焦点上的椭圆 当e=1时时,方程表示开口向左的抛物线 当e >1方程表示极点在左焦点上的双曲线 (2 )若1-sin epe ρθ=当 0<e <1时,方程表示极点在下焦点的椭圆 当e=1时,方程表示开口向上的抛物线 当 e >1时!方程表示极点在上焦点的双曲线(3)1+sin epe ρθ=当 0<e <1时,方程表示极点在上焦点的椭圆 当e=1时,方程表示开口向下的抛物线 当 e >1时!方程表示极点在下焦点的双曲线 例题选编(1)二次曲线基本量之间的互求例1.(复旦自招)确定方程1053cos ρθ=-表示曲线的离心率、焦距、长短轴长。
解法一:310253331cos 1cos 55ρθθ⨯==--31053e P ∴==,2332555851015103383c a c a a b a c c c⎧⎧⎧===⎪⎪⎪⎪⎪⎪∴⇒⇒⎨⎨⎨⎪⎪⎪-===⎪⎪⎪⎩⎩⎩52b ∴== 31554e ∴=方程表示椭圆的离心率,焦距,2554长轴长,短轴长解法二:转化为直角坐标(2)圆锥曲线弦长问题若圆锥曲线的弦MN 经过焦点F ,1、椭圆中,cb c c a p 22=-=,θθπθ2222cos 2)cos(1cos 1c a ab e ep e ep MN -=--+-=.若椭圆方程为,半焦距为,焦点,设过的直线的倾斜角为交椭圆于A 、B 两点,求弦长。
解:连结,设,由椭圆定义得,由余弦定理得,整理可得,同理可求得,则弦长。
同理可求得焦点在y 轴上的过焦点弦长为(a 为长半轴,b 为短半轴,c 为半焦距) 结论:椭圆过焦点弦长公式:2、双曲线中,(注释:双曲线问题比较特殊,很多参考书上均有误解。
)若M 、N 在双曲线同一支上,θθπθ2222cos 2)cos(1cos 1c a ab e ep e ep MN -=--+-=; 若M 、N 在双曲线不同支上,2222cos 2cos 1cos 1ac ab e ep e ep MN -=--+-=θθθ 设双曲线,其中两焦点坐标为,过的直线的倾斜角为,交双曲线于A 、B 两点,求弦长|AB|。
解:(1)当时,(如图2)直线与双曲线的两个交点A 、B 在同一交点上,连,设,由双曲线定义可得,由余弦定理可得整理可得,同理,则可求得弦长。
(2)当或时,如图3,直线l 与双曲线交点A 、B 在两支上,连,设,则,,由余弦定理可得,整理可得,则因此焦点在x 轴的焦点弦长为同理可得焦点在y 轴上的焦点弦长公式其中a 为实半轴,b 为虚半轴,c 为半焦距,为AB 的倾斜角。
3、抛物线中,θθπθ2sin 2)cos(1cos 1pp p MN =--+-=若抛物线与过焦点的直线相交于A 、B 两点,若的倾斜角为,求弦长|AB|?(图4)解:过A 、B 两点分别向x 轴作垂线为垂足,设,,则点A 的横坐标为,点B 横坐标为,由抛物线定义可得 即则同理的焦点弦长为的焦点弦长为,所以抛物线的焦点弦长为例2. 已知抛物线y 2=2px (p>0),过其焦点且斜率为k 的直线交抛物线于A ,B 两点,求AB 长.练习1:.过双曲线22x y -145=的右焦点,引倾斜角为3π的直线,交双曲线与A 、B 两点,求AB ||解:根据题意,建立以双曲线右焦点为极点的极坐标系即得附录直角坐标系中的焦半径公式设P (x,y )是圆锥曲线上的点,1、若1F 、2F 分别是椭圆的左、右焦点,则ex a PF +=1,ex a PF -=2;2、若1F 、2F 分别是双曲线的左、右焦点,当点P 在双曲线右支上时,a ex PF +=1,a ex PF -=2; 当点P 在双曲线左支上时,ex a PF --=1,ex a PF -=2; 3、若F 是抛物线的焦点,2p x PF +=. 利用弦长求面积例3.设过椭圆1162522=+y x 的右焦点的弦AB=8,求三角形AOB 的面积。
练习2.(08年卷)过椭圆22154x y +=的焦点F 作一条斜率为2的直线与椭圆交于A ,B两点,O 为坐标原点,求AOB ∆的面积.523cos ρθ=-12(,),(,)33A B ππρρπ+12||AB ρρ=+5580||723cos 23cos()33πππ=+=--+简解:首先极坐标方程中的焦点弦长公式222||1cos epAB e θ=-求弦长,然后利用公式B 1|B |||sin 2AO S A OF AFO ∆=∠直接得出答案。
练习3.(2005年全国高考理科)已知点F 为椭圆2212x y +=的左焦点.过点F 的直线1l 与椭圆交于P 、Q 两点,过F 且与1l 垂直的直线2l 交椭圆于M 、N 两点,求四边形PMQN 面积的最小值和最大值.解析:以点F为极点,建立极坐标系,则椭圆的极坐标方程为:ρ= 设直线1l 的倾斜角θ,则直线2l 的倾斜角为090θ+,由极坐标系中焦点弦长公式知:2||1cos 2PQ θ=-,202||1cos (90)1sin 22MN θθ==-+-用他们来表示四边形的面积1||||2S PQ MN =22111sin cos 24θθ=+2111sin 2216θ=+ 即求2111sin 2216θ+的最大值与最小值由三角知识易知:当sin 21θ=±时,面积取得最小值169;当sin 20θ=时,面积取得最大值2利用弦长公式解决常量问题例4.过椭圆)0(12222>>=+b a b y a x 的左焦点F ,作倾斜角为60的直线l 交椭圆于A 、B两点,若FBFA 2=,求椭圆的离心率.简解:建立极坐标系,然后利用等量关系,可很快求出离心率。
设椭圆的极坐标方程为θρcos 1e p e -=则00240cos 1,60cos 1e pe FB e p e FA -=-=, ∴21221ep e e p e +⋅=-,解得32=e ;练习4.求过椭圆23cos ρθ=-的左焦点,且倾斜角为4π的弦长AB 和左焦点到左准线的距离。
解:先将方程ρ=化为标准形式:2311cos 3ρθ=- 则离心率13e =,23ep =,2p ∴= 所以左焦点到左准线的距为2。
设125(,),(,)44A B ππρρ,代入极坐标方程,则弦长1222245173cos 3cos44AB ρρππ=+=+=-- (3)定值问题 例5. 抛物线22(0)y px p =>的一条焦点弦被焦点分为a,b 的两段,证明:11a b+定值。
解:以焦点F 为极点,以FX 轴为极轴建立极坐标系,则抛物线的极坐标方程为1cos pρθ=-,设(,),(,)A a B b θθπ+将A,B 两点代入极坐标方程,得,1cos 1cos()p pa b θθπ==--+则11a b+=1cos 1cos()p p θθπ--++=2p (定值)点睛:引申到椭圆和双曲线也是成立的。
推论:若圆锥曲线的弦MN 经过焦点F ,则有epNF MF 211=+ 例6.经过椭圆的的焦点作两条相互垂直的弦AB 和弦CD,求证11AB CD+为定值。
证明:以椭圆的左焦点建立极坐标系,此时椭圆的极坐标方程为θρcos 1e ep-=,又设()()112343A ,,B ,+,C ,+,D ,+22ππρθρπθρθρθ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭则代入可得222||1cos ep AB e θ=-,222||1sin ep AB e θ=-则 2112-e =AB CD 2ep+ 注释。
此公式对抛物线也成立,但对双曲线不成立。
注意使用的围。
推广1若经过椭圆的中心做两条相互垂直的弦,倒数和也为定值。
需要以原点为极点建立极坐标方程。
推广2若不取倒数,可以求它们和的最值。
例7.(2007理改编)中心在原点O 的椭圆2213627x y +=,点F 是其左焦点,在椭圆上任取三个不同点123P ,P ,P 使0122331120P FP P FP P FP ===∠∠∠. 证明:213111FP FP FP ++为定值,并求此定值. 解析:以点F 为极点建立极坐标系,则椭圆的极坐标方程为:92cos ρθ=-,设点1P 对应的极角为θ,则点2P 与3P 对应的极角分别为0120θ+、0120θ-,1P 、2P 与3P 的极径就分别是1||FP =92cos θ-、2||FP = 092cos(120)θ-+与3||FP = 092cos(120)θ--,因此213111FP FP FP ++=002cos 2cos(120)2cos(120)999θθθ--+--++,而在三角函数的学习中,我们知道0cos cos(120)cos(120)0θθθ+++-=,因此21311123FP FP FP ++=为定值 点睛:极坐标分别表示1||FP 、2||FP 与3||FP ,这样一个角度对应一个极径.就不会象解析几何那样,一个倾斜角,对应两个点,同时对应两条焦半径(极径),这就是极坐标表示圆锥曲线的优点.推广: 若放在抛物线和双曲线中是否成立呢?例8.(2006全国联赛)椭圆1162522=+y x 的右焦点为F ,P 1,P 2,…,P 24为24个依逆时针顺序排列在椭圆上的点,其中P 1是椭圆的右顶点,并且∠P 1FP 2=∠P 2FP 3=∠P 3FP 4=…=∠P 24FP 1.若这24个点到右焦点的距离的倒数和为S ,求S 的值.推广: 设123P P P P n 是椭圆上的n 个点,且123N FP ,FP ,FP FP 圆周角等分则n2i=1i1OP ∑也为定值 作业(2003年希望杯竞赛题)经过椭圆22221(0)x y a b a b+=>>的焦点1F 作倾斜角为60°的直线和椭圆相交于A ,B 两点,11||2||AF BF =. (1)求椭圆的离心率e ; (2)若15||4AB =,求椭圆方程。