由圆类比出有心曲线的几个性质 湖北省阳新县高级中学 邹生书 波利亚说:“类比是一个伟大的引路人”, “类比是获得发现的伟大源泉”.类比在科学创造的发明与发现中有着十分广泛的应用.毫不例外,在数学领域中也有着广泛的应用.数学中应用类比方法的关键,是要善于发现两个不同数学对象在空间形式或数量关系之间的“相似”, 而这种“相似”并不是简单的模仿和复制,而是富有创造性的设想和探究. 在有心圆锥曲线中,圆是最简单的图形,本文笔者借助类比从圆中我们熟悉的几个性质出发,类比出椭圆、双曲线的几个类似性质. 1.我们知道:若是的任意一条直径,点是圆上任意一点, 则,若直线的斜率都存在,则. 怎样将此性质类比到椭圆上呢?若是椭圆的任意一条直径,点是椭圆上任意一点,显然;若直线的斜率都存在,显然,那么是否为定值呢? 设,因为是椭圆的直径,所以点的坐标为,所以.又因为点在椭圆上,所以有,两式相减得,,所以,所以.于是有如下结论: 性质1.1 已知是椭圆的直径,点是椭圆上任意一点,若直线的斜率都存在,则. 同理可证双曲线也有如下类似性质: 性质1.2 已知是双曲线的直径,点是双曲线上任意一点,若直线的斜率都存在,则. 2.我们知道:若直线与相切于点,则有,若直线的斜率都存在,则. 如何将此性质成功类比到椭圆呢?若直线与椭圆相切于点,显然不成立;若直线的斜率都存在,显然.那么是否为定值呢? 设,则切线的方程为:,所以,又,所以,于是有如下结论: 性质2.1 若直线与椭圆相切于点,且直线的斜率都存在,则有. 同理可证双曲线也有如下类似性质: 性质2.2 若直线与双曲线相切于点,且直线的斜率都存在,则有. 3.我们又知道:若是的非直径的弦,点是弦的中点,则有则有,若直线的斜率都存在,则. 将此性质类比到椭圆、双曲线有如下性质: 性质3.1 若是椭圆上的非直径的弦,点是弦的中点,且直线的斜率都存在,则. 证明 设,则有①,②,,将①式减②式得,,所以所以,即. 性质3.2 若是双曲线上的非直径的弦,点是弦的中点,若直线的斜率都存在,则. 4.我们还知道:已知是的两条半径,圆在两点处的切线相交于点,(1)若,则,若直线的斜率都存在,则; (2)若,则. 将此性质类比到椭圆、双曲线可得如下性质: 性质4.1 已知是椭圆的两条半径,椭圆在两点处的切线相交于点,且直线的斜率都存在,则. 证明 因为直线的斜率都存在,设,则椭圆在点处的切线方程为,所以,设,同理可得椭圆在点处的切线斜率为,所以.因为所以,即,从而. 性质4.2 若是双曲线的两条半径,双曲线在两点处的切线相交于点.(1)若,且直线的斜率都存在,则;(2)若,则. 下面我们以2010年高考题为例来说明本文类比得到的性质在解题中的应用. 例1 (2010年高考宁夏卷理科第12题)已知双曲线的中心为原点,是的焦点,过的直线与相交于两点,且的中点为,则的方程为( ) 解 设曲线方程为,,,由本文性质3.2有,所以,又因为,所以,联立解得,故所求曲线的方程为,故应选. 例2(2010年安徽高考理科第19题)已知椭圆经过点,对称轴为坐标轴,焦点在轴上,离心率. (Ⅰ)求椭圆的方程; (Ⅱ)求角平分线所在直线方程; (Ⅲ)在椭圆上是否存在关于直线对称的相异两点?若存在,请找出;若不存在,说明理由. 解(Ⅰ)易求得椭圆的方程为(过程略); (Ⅱ)可求得直线的方程为(过程略); (Ⅲ)假设存在这样的两个不同的点,设中点为.因为,所以,又,由本文性质3.1得,,即,也就是①,又点在直线上,所以有②,联立①②解得,所以中点就是点,因点在椭圆上,而弦的中点不可能在椭圆上,故不存在关于直线对称的相异两点. 参考文献: 邹生书.有心曲线与直径相关的切线性质.河北理科教学研究.2010(5) (责任编辑:admin) |