高中数学竞赛专题讲座(解析几何)

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高中数学竞赛专题讲座(解析几何)

一、基础知识

1.椭圆的定义,第一定义:平面上到两个定点的距离之和等于定长(大于两个定点之间的距离)的点的轨迹,即|PF 1|+|PF 2|=2a (2a>|F 1F 2|=2c). 第二定义:平面上到一个定点的距离与到一条定直线的距离之比为同一个常数e(0

e d

PF =|

|(0

2.椭圆的方程,如果以椭圆的中心为原点,焦点所在的直线为坐标轴建立坐标系,由定义可求得它的标准方程,若焦点在x 轴上,列标准方程为

12

2

22=+b y a x (a>b>0), 参数方程为⎩

⎧==θθ

sin cos b y a x (θ为参数)。

{

若焦点在y 轴上,列标准方程为

12

2

22=+b y a y (a>b>0)。 3.椭圆中的相关概念,对于中心在原点,焦点在x 轴上的椭圆

122

22=+b

y a x , a 称半长轴长,b 称半短轴长,c 称为半焦距,长轴端点、短轴端点、两个焦点的坐标分别

为(±a, 0), (0, ±b), (±c, 0);与左焦点对应的准线(即第二定义中的定直线)为c a x 2-=,

与右焦点对应的准线为c a x 2=;定义中的比e 称为离心率,且a

c

e =,由c 2+b 2=a 2知0

椭圆有两条对称轴,分别是长轴、短轴。

4.椭圆的焦半径公式:对于椭圆=+22

22b

y a x 1(a>b>0), F 1(-c, 0), F 2(c, 0)是它的两焦点。若P(x,

y)是椭圆上的任意一点,则|PF 1|=a+ex, |PF 2|=a-ex.

5.几个常用结论:1)过椭圆上一点P(x 0, y 0)的切线方程为

12020=+b

y

y a x x ;

2)斜率为k 的切线方程为222b k a kx y +±=;

{

3)过焦点F 2(c, 0)倾斜角为θ的弦的长为

θ

2

222

cos 2c a ab l -=。 6.双曲线的定义,第一定义:

满足||PF 1|-|PF 2||=2a(2a<2c=|F 1F 2|, a>0)的点P 的轨迹;

第二定义:到定点的距离与到定直线距离之比为常数e(>1)的点的轨迹。 7.双曲线的方程:中心在原点,焦点在x 轴上的双曲线方程为

122

22=-b

y a x , 参数方程为⎩⎨

⎧==ϕ

ϕ

tan sec b y a x (ϕ为参数)。

焦点在y 轴上的双曲线的标准方程为

122

22=-b

x a y 。 《

8.双曲线的相关概念,中心在原点,焦点在x 轴上的双曲线

12

2

22=-b y a x (a, b>0), a 称半实轴长,b 称为半虚轴长,c 为半焦距,实轴的两个端点为(-a, 0), (a, 0). 左、右焦点为

F 1(-c,0), F 2(c, 0),对应的左、右准线方程分别为.,22c a x c a x =-=离心率a c e =,由a 2+b 2=c 2知e>1。两条渐近线方程为x a k

y ±=,双曲线12222=-b

y a x 与12222-=-b y a x 有相同的渐近

线,它们的四个焦点在同一个圆上。若a=b ,则称为等轴双曲线。

9.双曲线的常用结论,1)焦半径公式,对于双曲线122

22=-b

y a x ,F 1(-c,0), F 2(c, 0)是它

的两个焦点。设P(x,y)是双曲线上的任一点,若P 在右支上,则|PF 1|=ex+a, |PF 2|=ex-a ;若P

(x,y )在左支上,则|PF 1|=-ex-a ,|PF 2|=-ex+a.

2) 过焦点的倾斜角为θ的弦长是θ

2

222

cos 2c a ab -。 10.抛物线:平面与一个定点F 和一条定直线l 的距离相等的点的轨迹叫做抛物线,点F 叫焦点,直线l 叫做抛物线的准线。若取经过焦点F 且垂直于准线l 的直线为x 轴,x 轴与l

相交于K ,以线段KF 的垂直平分线为y 轴,建立直角坐标系,设|KF|=p ,则焦点F 坐标为

)0,2

(p ,准线方程为2p

x -=,标准方程为y 2=2px(p>0),离心率e=1.

11.抛物线常用结论:若P(x 0, y 0)为抛物线上任一点, 1)焦半径|PF|=2

p x +

; 2)过点P 的切线方程为y 0y=p(x+x 0); 3)过焦点倾斜角为θ的弦长为

θ

2cos 12-p

$

12.极坐标系,在平面取一个定点为极点记为O ,从O 出发的射线为极轴记为Ox 轴,这样就建立了极坐标系,对于平面任意一点P ,记|OP|=ρ,∠xOP=θ,则由(ρ,θ)唯一确定点P 的位置,(ρ,θ)称为极坐标。

13.圆锥曲线的统一定义:到定点的距离与到定直线的距离的比为常数e 的点P ,若01,则点P 的轨迹为双曲线的一支;若e=1,则点P 的轨迹为抛物线。这三种圆锥曲线统一的极坐标方程为θ

ρcos 1e ep

-=。

二、方法与例题

1.与定义有关的问题。

例 1 已知定点A (2,1),F 是椭圆

116

252

2=+y x 的左焦点,点P 为椭圆上的动点,当3|PA|+5|PF|取最小值时,求点P 的坐标。 [解] 见图11-1,由题设a=5, b=4, c=

2245-=3,5

3

==

a c e .椭圆左准线的方程为325-

=x ,又因为116

1254<+,所以点A 在椭圆部,又点F 坐标为(-3,0),过P 作PQ 垂直于左准线,垂足为Q 。由定义知

53||||==e PQ PF ,则3

5

|PF|=|PQ|。 所以3|PA|+5|PF|=3(|PA|+

3

5

|PF|)=3(|PA|+|PQ|)≥3|AM|(AM ⊥左准线于M)。 所以当且仅当P 为AM 与椭圆的交点时,3|PA|+5|PF|取最小值,把y=1代入椭圆方程得

4

15

=x ,又x<0,所以点P 坐标为)1,4155(- 例2 已知P ,'P 为双曲线C :122

22=-b

y a x 右支上两点,'PP 延长线交右准线于K ,PF 1延

长线交双曲线于Q ,(F 1为右焦点)。求证:∠'P F 1K=∠KF 1Q.

[证明] 记右准线为l ,作PD ⊥l 于D ,l E P ⊥'于

E ,因为

E

P '|'||'|||||E P K P PD PK =|'||'||

||

|11E P F P e PD PF ==|'||||'||||'|||11K P PK E P PD F P PF ==K F P 1'21

212

1