5.雙曲線
=1的實(shí)軸為A1A2,點(diǎn)P是雙曲線上的一個動點(diǎn),引A1Q⊥A1P,A2Q⊥A2P,A1Q與A2Q的交點(diǎn)為Q,求Q點(diǎn)的軌跡方程.
4.已知A、B、C是直線
上的三點(diǎn),且|AB|=|BC|=6,⊙O′切直線
于點(diǎn)A,又過B、C作⊙O′異于
的兩切線,設(shè)這兩切線交于點(diǎn)P,求點(diǎn)P的軌跡方程.
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3.設(shè)直線2x-y-
=0與y軸的交點(diǎn)為P,點(diǎn)P把圓(x+1)2+y2 =25的直徑分為兩段,則其長度之比是
2.高為5 m和3 m的兩根旗桿豎在水平地面上,且相距10 m,如果把兩旗桿底部的坐標(biāo)分別確定為A(-5,0)、B(5,0),則地面觀測兩旗桿頂端仰角相等的點(diǎn)的軌跡方程是_________.
1.已知橢圓的焦點(diǎn)是F1、F2,P是橢圓上的一個動點(diǎn),如果延長F1P到Q,使得|PQ|=|PF2|,那么動點(diǎn)Q的軌跡是( )
A.圓 B.橢圓
C.雙曲線的一支 D.拋物線
[例1]如圖所示,已知P(4,0)是圓x2+y2=36內(nèi)的一點(diǎn),A、B是圓上兩動點(diǎn),且滿足∠APB=90°,求矩形APBQ的頂點(diǎn)Q的軌跡方程.
解:設(shè)AB的中點(diǎn)為R,坐標(biāo)為(x,y),則在Rt△ABP中,|AR|=|PR|.
又因?yàn)镽是弦AB的中點(diǎn),依垂徑定理:在Rt△OAR中,|AR|2=|AO|2-|OR|2=36-(x2+y2)
又|AR|=|PR|=![]()
所以有(x-4)2+y2=36-(x2+y2),即x2+y2-4x-10=0
因此點(diǎn)R在一個圓上,而當(dāng)R在此圓上運(yùn)動時,Q點(diǎn)即在所求的軌跡上運(yùn)動.
設(shè)Q(x,y),R(x1,y1),因?yàn)?i>R是PQ的中點(diǎn),所以x1=
,
代入方程x2+y2-4x-10=0,得
-10=0
整理得 x2+y2=56,這就是所求的軌跡方程.
技巧與方法:對某些較復(fù)雜的探求軌跡方程的問題,可先確定一個較易于求得的點(diǎn)的軌跡方程,再以此點(diǎn)作為主動點(diǎn),所求的軌跡上的點(diǎn)為相關(guān)點(diǎn),求得軌跡方程.
[例2]某檢驗(yàn)員通常用一個直徑為2 cm和一個直徑為1 cm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱,檢測一個直徑為3 cm的圓柱,為保證質(zhì)量,有人建議再插入兩個合適的同號標(biāo)準(zhǔn)圓柱,問這兩個標(biāo)準(zhǔn)圓柱的直徑為多少?
解:設(shè)直徑為3,2,1的三圓圓心分別為O、A、B,問題轉(zhuǎn)化為求兩等圓P、Q,使它們與⊙O相內(nèi)切,與⊙A、⊙B相外切.
建立如圖所示的坐標(biāo)系,并設(shè)⊙P的半徑為r,則
|PA|+|PO|=1+r+1.5-r=2.5
∴點(diǎn)P在以A、O為焦點(diǎn),長軸長2.5的橢圓上,其方程為
=1
①
同理P也在以O、B為焦點(diǎn),長軸長為2的橢圓上,其方程為
(x-
)2+
y2=1
②
由①、②可解得
,∴r=![]()
故所求圓柱的直徑為
cm.
[例3] 直線L:
與圓O:
相交于A、B兩點(diǎn),當(dāng)k變動時,弦AB的中點(diǎn)M的軌跡方程.
錯解:易知直線恒過定點(diǎn)P(5,0),再由
,得:
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![]()
∴![]()
,整理得:
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分析:求動點(diǎn)軌跡時應(yīng)注意它的完備性與純粹性。本題中注意到點(diǎn)M應(yīng)在圓內(nèi),故易求得軌跡為圓內(nèi)的部分,此時
.
[例4]
已知A、B為兩定點(diǎn),動點(diǎn)M到A與到B的距離比為常數(shù)λ,求點(diǎn)M的軌跡方程,并注明軌跡是什么曲線.
解:建立坐標(biāo)系如圖所示,
設(shè)|AB|=2a,則A(-a,0),B(a,0).
設(shè)M(x,y)是軌跡上任意一點(diǎn).
則由題設(shè),得
=λ,坐標(biāo)代入,得
=λ,化簡得
(1-λ2)x2+(1-λ2)y2+2a(1+λ2)x+(1-λ2)a2=0
(1)當(dāng)λ=1時,即|MA|=|MB|時,點(diǎn)M的軌跡方程是x=0,點(diǎn)M的軌跡是直線(y軸).
(2)當(dāng)λ≠1時,點(diǎn)M的軌跡方程是x2+y2+
x+a2=0.點(diǎn)M的軌跡是以
(-
,0)為圓心,
為半徑的圓.
[例5]若拋物線y=ax2-1上,總存在不同的兩點(diǎn)A、B關(guān)于直線y+x=0對稱,求實(shí)數(shù)a的取值范圍.
分析:若存在A、B關(guān)于直線y+x=0對稱,A、B必在與直線y+x=0垂直的直線系中某一條與拋物線y=ax2-1相交的直線上,并且A、B的中點(diǎn)M恒在直線y+x=0上.
解:如圖所示,設(shè)與直線y+x=0垂直的直線系方程為
y=x+b
由![]()
得
ax2-x-(b+1)=0 ①
令 △>0
即 (-1)
-4a[-(b+1)]>0
整理得
4ab+4a+1>0 、
在②的條件下,由①可以得到直線y=x+b、拋物線y=ax2-1的交點(diǎn)A、B的中點(diǎn)M的坐標(biāo)為
(
,
+b),要使A、B關(guān)于直線y+x=0對稱,則中點(diǎn)M應(yīng)該在直線y+x=0上,所以有
+(
+b)=0 ③
即 b=-
代入②解不等式得
a>![]()
因此,當(dāng)a>
時,拋物線y=ax2-1上總存在不同的兩點(diǎn)A、B關(guān)于直線y+x=0對稱.
3.在求軌跡問題時常用的數(shù)學(xué)思想是:
(1)函數(shù)與方程的思想:求平面曲線的軌跡方程,是將幾何條件(性質(zhì))表示為動點(diǎn)坐標(biāo)x、y的方程及函數(shù)關(guān)系;
(2)數(shù)形結(jié)合的思想:由曲線的幾何性質(zhì)求曲線方程是“數(shù)”與“形”的有機(jī)結(jié)合;
(3)等價轉(zhuǎn)化的思想:通過坐標(biāo)系使“數(shù)”與“形”相互結(jié)合,在解決問題時又需要相互轉(zhuǎn)化.
2.求軌跡方程的基本方法有:
(1)直接法:若動點(diǎn)滿足的幾何條件是一些幾何量的等量關(guān)系,則將這些關(guān)系“翻譯”成x,y的關(guān)系式,由此得到軌跡方程.一般步驟是:建立坐標(biāo)系-設(shè)點(diǎn)-列式-代換-化簡、整理.
(2)定義法:即當(dāng)動點(diǎn)的軌跡滿足的條件符合某種特殊曲線的定義時,則可根據(jù)這種曲線的定義建立方程.
(3)待定系數(shù)法:已知動點(diǎn)的軌跡是某種圓錐曲線,則可先設(shè)出含有待定系數(shù)的方程,再根據(jù)動點(diǎn)滿足的條件確定待定系數(shù).
(4)相關(guān)點(diǎn)法:當(dāng)動點(diǎn)P(x,y)隨著另一動點(diǎn)Q(x1,y1)的運(yùn)動而運(yùn)動時,而動點(diǎn)Q在某已知曲線上,且Q點(diǎn)的坐標(biāo)可用P點(diǎn)的坐標(biāo)來表示,則可代入動點(diǎn)Q的方程中,求得動點(diǎn)P的軌跡方程.
(5)參數(shù)法:當(dāng)動點(diǎn)P的坐標(biāo)x、y之間的直接關(guān)系不易建立時,可適當(dāng)?shù)剡x取中間變量t,并用t表示動點(diǎn)的坐標(biāo)x、y,從而得到動點(diǎn)軌跡的參數(shù)方程 ,消去t,便可得動點(diǎn)P的普通方程.
另外,還有交軌法、幾何法等.
1.在求曲線軌跡方程的過程中,要注意:
(1)理解題意,弄清題目中的已知和結(jié)論,發(fā)現(xiàn)已知和未知的關(guān)系,進(jìn)行知識的重新組合;
(2)合理進(jìn)行數(shù)學(xué)語言間的轉(zhuǎn)換,數(shù)學(xué)語言包括文字語言、符號語言和圖形語言,通過審題畫出必要的圖形或示意圖,把不宜于直接計(jì)算的關(guān)系化為能直接進(jìn)行數(shù)學(xué)處理的關(guān)系式,把不便于進(jìn)行數(shù)學(xué)處理的語言化為便于數(shù)學(xué)處理的語言;
(3)注意挖掘題目中的隱含條件;
(4)注意反饋和檢驗(yàn).
4.坐標(biāo)變換
(1)坐標(biāo)變換 在解析幾何中,把坐標(biāo)系的變換(如改變坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置或坐標(biāo)軸的方向)叫做坐標(biāo)變換.實(shí)施坐標(biāo)變換時,點(diǎn)的位置,曲線的形狀、大小、位置都不改變,僅僅只改變點(diǎn)的坐標(biāo)與曲線的方程.坐標(biāo)軸的平移:坐標(biāo)軸的方向和長度單位不改變,只改變原點(diǎn)的位置,這種坐標(biāo)系的變換叫做坐標(biāo)軸的平移,簡稱移軸.
(2)坐標(biāo)軸的平移公式 設(shè)平面內(nèi)任意一點(diǎn)M,它在原坐標(biāo)系xOy中的坐標(biāo)是(x,y),在新坐標(biāo)系x ′O′y′中的坐標(biāo)是(x′,y′).設(shè)新坐標(biāo)系的原點(diǎn)O′在原坐標(biāo)系xOy中的坐標(biāo)是(h,k),則
(1)
或 (2)![]()
公式(1)或(2)叫做平移(或移軸)公式.
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