圆锥曲线和过焦点的直线相交问题的解法探究

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  [摘要]圆锥曲线与过焦点的直线结合是一种常见的高考出题方式.圆锥曲线定义的特殊性决定着这类问题解法的多样化,常见的解法有常规法、弦长公式法、数形结合法、参数方程法等.探究圆锥曲线和过焦点的直线相交问题的解法具体有实际意义.
  [关键词]圆锥曲线;直线;焦点;相交
  [中图分类号]G633.6[文献标识码]A[文章编号]16746058(2018)05002801
  本文通过两个典型例题说明几种常见解法.
  一、求过焦点弦长问题
  【例1】一条倾斜角为π4的直线过椭圆x29 y25=1的右焦点F2,与椭圆交于A,B两点,求弦长|AB|.
  解法一:(常规法)椭圆右焦点的坐标为F2(2,0),所以直线AB的方程为y=(x-2).设A(x1,y1),B(x2,y2)
  联立方程组
  y=x-2x29 y25=1
  ,消去y得14x2-36x-9=0.
  解出x1=18 15214
  ,x2=18-15214
  ,代入得y1=152-1014
  ,y2=-152-1014.
  从而A(18 15214,152-1014),B(18-15214,-152-1014).
  根据两点间距离公式|AB|=(x1-x2)2 (y1-y2)2得|AB|=307.
  解法二:(用弦长公式)根据解法一,由韦达定理可得x1 x2=187,
  x1x2=-914,
  由弦長公式得|AB|=1 k2
  (x1 x2)2-4x1x2
  得|AB|=307.
  解法三:(用弦长公式)由解法二的x1 x2=187,x1x2=-914代入椭圆方程可得y1 y2=-107
  ,y1y2=-2914.
  由弦长公式|AB|=
  1 1k2
  (y1 y2)2-4y1y2
  得|AB|=307.
  解法四:(用椭圆的焦半径公式)由椭圆的第二定义得出椭圆焦半径
  |AF2|=a-ex1,|BF2|=a-ex2,
  而|AB|=|AF2| |BF2|=2a-e(x1 x2),由椭圆方程易知a=3,b=5,c=2,e=23.
  ∴|AB|=6-23×187=307
  .
  解法五:(参数方程法)直线AB的参数方程为
  x=2 tcosπ4=2 22t
  y=tsinπ4=22t
  (t为参数)代入椭圆方程
  x29 y25=1
  中整理得7t2 102t-25=0
  .
  由韦达定理得t1 t2=-1027,
  t1t2=-257.
  所以|AB|=|t1-t2|=(t1 t2)2-4t1t2
  =-10272-
  4×-257
  =307
  .
  二、求焦点弦所在直线方程问题
  【例2】若过焦点的直线与抛物线x2=y交于A,B两点,且AB中点的横坐标为4,求此直线方程.
  分析:由直线与抛物线相交,联立方程用韦达定理求出斜率.另,由于直线斜率与弦中点坐标有关,故也可以用点差法.
  解法一:(联立方程用韦达定理)抛物线焦点坐标为F0,14,由题意可知所求直线斜率存在,故可设直线方程为:
  y=kx 14
  ,设A(x1,y1),B(x2,y2).
  联立方程
  y=kx 14
  x2=y
  化简得x2-kx-14=0,
  由韦达定理得x1 x2=k,
  A,B中点的横坐标为
  x1 x22=k2=4
  ,解得k=8,故所求直线方程为y=8x 14.
  解法二:(点差法)设A(x1,y1),B(x2,y2),则有x21=y1,x22=y2,
  两式作差得(x1 x2)(x1-x2)=(y1-y2),即
  y1-y2x1-x2=x1 x2
  ,
  因为x1 x22=4,所以x1 x2=8,所以k=8,故所求直线方程为:y=8x 14.
  一般的,在圆锥曲线中,中点弦问题的求解关键在于充分利用中点这个条件,灵活运用韦达定理.但最优方法还是点差法,因为点差法简单,结构特征明显.教师在平时解题中要多尝试,并引导学生寻找最优的方法,为学生顺利解决高考中有关解析几何压轴题奠定基础.
  (责任编辑黄桂坚)
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