椭圆方程的几种常见求法

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河南 陈长松

对于求椭圆方程的问题,通常有以下常见方法:

一、定义法

例1 已知两圆C 1:169)4(22=+-y x ,C 2:9)4(22=++y x ,动圆在圆C 1内部且和圆C 1 相内切,和圆C 2相外切,求动圆圆心的轨迹方程.

分析:动圆满足的条件为:①与圆C 1相内切;②与圆C 2相外切.依据两圆相切的充要条件建立关系式. 解:设动圆圆心M(x ,y ),半径为r ,如图所示,由题意动圆M内切于圆C 1,

∴r MC -=131,圆M外切于圆C 2 , ∴r MC +=32,

∴1621=+MC MC ,

∴ 动圆圆心M的轨迹是以C 1、C 2为焦点的椭圆,

且82,162==c a ,

481664222=-=-=c a b , 故所求轨迹方程为:148

642

2=+y x . 评注:利用圆锥曲线的定义解题,是解决轨迹问题的基本方法之一.此题先根据平面几何知识,列出外切的条件,内切的条件,可发现利用动圆的半径过度,恰好符合椭圆的定义.从而转化问题形式,抓住本质,充分利用椭圆的定义是解题的关键.

二、待定系数法

例2已知椭圆的中心在原点,以坐标轴为对称轴,且经过两点)2,3(),1,6(21--P P ,求该椭圆的方程.

分析:已知两点,椭圆标准方程的形式不确定,我们可以设椭圆方程的一般形式:

22ny mx +=1()0,0>>n m ,进行求解,避免讨论。

解:设所求的椭圆方程为2

2ny mx +=1()0,0>>n m . ∵椭圆经过两点)2,3(),1,6(21--P P , ∴⎩⎨⎧=+=+.123,16n m n m 解得⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧==.31,91n m ,故所求的椭圆标准方程为13922=+y x .

评注:求椭圆标准方程,可以根据焦点位置设出椭圆标准方程,用待定系数法求出b a ,的值:若焦点位置不确定,可利用椭圆一般形式简化解题过程.

三、直接法

例3 设动直线l 垂直于x 轴,且交椭圆12

42

2=+y x 于A、B两点,P是l 上线段 AB 外一点,且满足1=•PB PA ,求点P的轨迹方程.

分析:如何利用点P的坐标与椭圆上A,B两点坐标的关系,是求点P的轨迹的关键,因直线l 垂直于x 轴,所以P、A、B三点的横坐标相同,由A、B在椭圆上,所以A、B两点的纵坐标互为相反数,因此,紧紧抓住等式1=•PB PA 即可求解.

解:设P(x ,y ),A(A x ,A y ),B(B x ,B y ) ,

由题意:x =A x =B x ,A y +B y =0

∴A y y PA -=,B y y PB -=,∵P在椭圆外,∴y -A y 与y -B y 同号, ∴PB PA •=(y -A y )(y -B y )=1)(2=++-B A B A y y y y y y

∵)41(2)41(222

2x x y y y A A B A --=--=-= 1)41(222

=--x y ,即)22(1362

2<<-=+x y x 为所求. 评注:求轨迹方程,首先要找出动点与已知点之间的关系,建立一个等式,用坐标代换.

四、相关点法

例4 ABC ∆的底边BC =16,AC 和AB 两边上的中线长之和为30,求此三角形重心G和定点A的轨迹方程.

分析:由题意可知G到B、C两点的距离之和为定值,故可用定义法求解,A点和G点的关系式好建立,故可用相关点法去求.

解(1)以BC 边所在直线为x 轴,BC 边的中点为坐标原点建立直角坐标系,

设G(x ,y ),由303

2⨯=+GB GC ,知G点的轨迹是以B、C为焦点, 长轴长为20的椭圆且除去x 轴上的两顶点,方程为)0(136

1002

2≠=+y y x .

(2)设A(x ,y ),G(),00y x ,则由(1)知G的轨迹方程是)0(13610002

020≠=+y y x ∵ G为ABC ∆的重心 ∴⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧==3300y y x x 代入得:)0(132490022≠=+y y x 其轨迹是中心为原点,焦点在x 轴上的椭圆,除去长轴上的两个端点.

评注:本题的两问是分别利用定义法和相关点法求解的,要注意各自的特点,另要注意轨迹与轨迹方程的不同.