圆锥曲线的焦半径公式及其应用
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圆锥曲线上任意一点到焦点的距离叫做圆锥曲线关于该点的焦半径。利用圆锥曲线的第二定义很容易得到圆锥曲线的焦半径公式。 1.椭圆的焦半径公式
(1)若P(x0,y0)为椭圆22xa+22yb=1(a>b>0)上任意一点,F1、F2
分别为椭圆的左、右焦点,则1PF=a+e x0,2PF=a-e x0.
(2) 若P(x0,y0)为椭圆22ya+22xb=1(a>b>0)上任意一点,F2、F1分别为椭圆的上、下焦点,则1PF=a+e y0,2PF=a-e y0. 2.双曲线的焦半径公式 (1)若P(x0,y0)为双曲线22xa-22yb=1(a>0,b>0)上任意一点,F1、F2分别为双曲线的左、右焦点,则 ①当点P在双曲线的左支上时,1PF=-e x0-a,2PF= -e x0+a. ②当点P在双曲线的右支上时,1PF=e x0+a,2PF= e x0-a.
(2)若P(x0,y0)为双曲线22ya-22xb=1(a>0,b>0)上任意一点, F2、 F1分别为双曲线的上、下焦点,则 ①当点P在双曲线的下支上时,1PF=-e y0-a,2PF= -ey0+a. ②当点P在双曲线的上支上时,1PF=ey0+a,2PF= ey0-a. 3.抛物线的焦半径公式 ! 学数学 用专页 第 2 页 共 8 页 教数学 用华软 (1)若P(x0,y0)为抛物线y2=2px(p>0)上任意一点,则PF= x0+2p (2) 若P(x0,y0)为抛物线y2=-2px(p>0)上任意一点,则PF= -x0+2p (3) 若P(x0,y0)为抛物线x2=2py(p>0)上任意一点,则PF= y0+2p (4)若P(x0,y0)为抛物线x2=-2py(p>0)上任意一点,则PF= -y0+2p 下面举例说明上述各公式的应用 例1.求椭圆216x+225y=1上一点M(2.4,4)与焦点F1、F2的距离. 解:易知a=5,e=35且椭圆的焦点在轴上,∴1MF= a+ey0=5+35×4=375,2MF= a-e y0=5-35×4=135 。
例2.试在椭圆225x+29y=1上求一点P,使它到左焦点的距离是它到右焦点的距离的两倍.
解:由1212210{PFPFPFPF,得12203103{PFPF。 设P(x0, y0),则1PF=a+ex0,即5+45x0=203,解之得x0=2512,所以P(2512, 1194). ! 学数学 用专页 第 3 页 共 8 页 教数学 用华软 例3.在双曲线216x-29y=1上求一点M,使它到左、右两焦点的距离 的比为3:2,并求M点到两准线的距离。 解:设点M的坐标为(x0,y0), 左、右两焦点分别为F1、F2,则由1MF:2MF=3:2,知1MF>2MF,所以点M在双曲线216x-29y
=1的右支上,∴1MF=ex0+a,2MF= ex0-a,即
(ex0+a):( ex0-a)=3:2,∴ 2(ex0+a)=3(ex0-a),把a=4, e=54代入,得x0=16, ∴y0=315,即M(16,315)。故双曲线的准线
方程为x=2ac=165,∴M点到两准线的距离分别为965和645。 例4. (1994年全国高考题) 设F1、F2是双曲线24x
-y2=1(a>b>0)的左、右两个焦点,点P在双曲线上,且满足
∠F1PF2=90,则⊿F1PF2的面积是 ( ) A.1 B.52 C.2 D.5 解:根据对称性,可设点P(x0,y0)在双曲线的右支上,则1PF=e x0+a,2PF= e x0-a.由∠F1PF2=90,得21PF+22PF=212FF,即(e x0+a)2+(e x0-a)2=4c2,∴e2x02+a2=2 c2,即e2x02=2 c2-a2= a2+2b2,∴S=121PF2PF=12( e2x02- a2)= b2=1,故选(A).
练习: (2001年全国高考题)双曲线29x-216y=1的左、右两个焦点为F1、F2,点P在双曲线上,若PF1⊥PF2,则点P到x轴的距离为______. ! 学数学 用专页 第 4 页 共 8 页 教数学 用华软 提示:仿照例2可求出xP2=41925,代入双曲线29x-216y=1,得yP2=21625,∴点P到x轴的距离d=165. 例5.(2000年全国高考题)椭圆29x+24y=1的焦点为F1、F2,点P为其上的动点,当∠F1PF2为钝角时,点P横坐标的取值范围是______.
解:易知e=53.设点P的横坐标为x0,则1PF=a+e
x0=3+53x0,2PF=a-e x0=3-53x0.由余弦定理,得cos∠F1PF2=2221212122PFPFFFPFPF=2251952(9)9xx=22592(815)xx,∵∠F1PF2是钝角,∴-1< cos∠F1PF2<0,即-1<22592(815)xx<0,解之得-355< x0<355. 例6.若抛物线y2=2px(p>0)上三点的纵坐标的平方成等差数列,那么这三点的焦半径的关系是 ( ) A.成等差数列 B.常数数列 C.成等比数列 D.非等差、等比数列 解:设抛物线y2=2px(p>0)上纵坐标的平方成等差数列的三点依次为A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3),则y12=2px1,y22=2px2,y32=2px3. 由y12+y32=2y22,得x1+x3=2x2.∴AF+CF=(x1+2p)+(x3+2p)=x1+ ! 学数学 用专页 第 5 页 共 8 页 教数学 用华软 x3+p=2x2+p=2(x2+2p)=2BF,∴AF,BF,CF成等差数列,故选A. 例7.在抛物线x2=2py(p>0)上有一点A(m,4),它到该抛物线的焦点的距离为5,求此抛物线的方程和点A的坐标. 解:根据抛物线的焦半径公式,有4++2p=5,∴p=2,故抛物线的方程为x2=4y。 将x=m,y=4代入x2=4y,得m=4, ∴点A的坐标为(-4,4)或(4,4).
例8.在双曲线213x-212y=-1的一支上有不同的三点A(x1,y1)、B(x2,6)、C(x3,y3)与焦点F(0,5)的距离成等差数列。 (1)求y1+ y3;(2)求证线段AC的垂直平分线经过某一定点,并求出该定点的坐标。 解(1):由题设知,A、B、C在双曲线的上支上,故有AF=e y1-12,BF=6e -12,CF=e y3-12. ∵AF,BF,CF成等差数列,∴2×6e= (e y1-12)+( e y3-12),即y1+ y3=12.
证(2):∵A、C在双曲线213x-212y=-1上,∴2113x-2112y=-1,2313x-2312
y=-1,两式相减,得
1313yyxx=1313
12
13xxyy=1313xx,即kAC=1313xx,于是线段AC的垂直
平分线方程为y-6=-1313xx(x-132xx),即1313xxx+y-252=0,又∵!
学数学 用专页 第 6 页 共 8 页 教数学 用华软 1313xx是实数,∴x=0且 y=252,故直线经过定点(0, 252).
例9.设F1、F2是椭圆22xa+22yb=1(a>b>0)的左、右两个焦点,P是椭圆上的任意一点,且∠F1PF2=2,求证:⊿F1PF2的面积S=b2tan. 证明:设点P的坐标为(x0,y0),则1PF=a+e x0,2PF=a-e x0.由余弦定理,得(a+e x0)2+(a-e x0)2-2(a+e x0)(a-e x0)cos2=(2c)2,即a2+ e2x02-( a2- e2x02) cos2=2c2,∴a2(1- cos2)+ e2x02(1+ cos2)=2c2,∴a2sin2+ e2x02cos2=c2,
∴e2x02=2222sincosca, ∴S=121PF2PF sin2=12(a+e x0)(a-e x0)sin2=12( a2- e2x02) sin2=12( a2-2222sincosca)sin2=12222222cossincosaca2sincos= b2tan. 说明:1.题设中的⊿F1PF2通常称为椭圆的焦点三角形,且此结论对于焦点在y轴上的椭圆也适用。 2.用同样的方法可得双曲线的焦点三角形的面积公式S=b2cot,其中∠F1PF2=2(P为双曲线上的任意一点). 3.利用本例结论很容易求解下面的习题: 设F1、F2为椭圆24x+2y=1的左、右两个焦点,点P在椭圆上且满足∠F1PF2=90,则⊿F1PF2的面积是 ( ) ! 学数学 用专页 第 7 页 共 8 页 教数学 用华软 A.1 B.52 C.2 D.5 请读者不妨一试,答案:选A. 例10.过抛物线的焦点F作不垂直于对称轴的直线交抛物线与A、B两点,线段AB的垂直平分线交对称轴于N,求证:2ABNF. 证明:设抛物线的方程为x2=2py(p>0),A(x1,y1)、B(x2,y2),线段AB的中点为M(x0,y0),则y12=2px1,y22=2px2,两式相减,得1212yyxx=122pyy=0py,即kAB=0py.∵MN⊥AB,∴kMN=-0yp,∴直线
MN的方程为y-y0=-0yp(x-x0),令y=0, 得xN= x0+p,∴NF= xN-2p= x0+2p,又∵AB=AF+BF=(x1+2p)+(x2+2p)= x1+x2+P=2x0+P=2(x0+2p),从而 2ABNF.
例11.已知双曲线225x-2144y=1的左右焦点分别为F1、F2,左准线为L,能否在双曲线的左支上找到一点P,使1PF是P到L的距离d与2PF的等比中项?若能,试求出点P的坐标,:若不能,请说明理由. 解:假设在双曲线的左支上找到一点P(x0,y0)( x0≤-5), 使1PF2
=d2PF,由双曲线的第二定义,得1PFd=e=135,即d=1PFd=5131PF,∴1PF