圆锥曲线互变性的研究

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  【摘要】本文以椭圆为例,探讨了椭圆在满足一定条件下转变为双曲线的情况,进而应用类比的办法对椭圆与双曲线、等轴双曲线与圆、抛物线与对顶抛物线的互变性进行了总结,得出了八个规律性质.
  【关键词】椭圆;双曲线;抛物线
  首先我们研究:A1A2是椭圆x2a2 y2b2=1(a>b>0)的长轴,P1P2是与A1A2垂直的弦,则直线A1P1与A2P2的交点的轨迹是什么?
  证明如图所示,设P1(acosθ,bsinθ),则P2(acosθ,-bsinθ),所以直线A1P1,A2P2的方程分别为y=bsinθacosθ a·(x a),y=-bsinθacosθ-a·(x-a).
  该两方程消去θ,即得直线A1P1与A2P2的交点的轨迹是x2a2-y2b2=1(a>b>0).由此可得如下性质:
  性质1若A1A2是椭圆x2a2 y2b2=1(a>b>0)的长轴,P1P2是与A1A2垂直的弦,则直线A1P1与A2P2的交点的轨迹为x2a2-y2b2=1(a>b>0).
  运用类比的办法,我们可以总结出如下圆锥曲线互变性的性质:
  性质2若A1A2是圆x2 y2=a2(a>0)在x轴上的直径,P1P2是与A1A2垂直的弦,则直线A1P1与A2P2的交点的轨迹为x2-y2=a2.
  性质3若A1A2是等轴双曲线x2-y2=a2(a>0)的实轴,P1P2是与A1A2垂直的弦,则直线A1P1与A2P2的交點的轨迹为x2 y2=a2(a>0).
  性质4若A1A2是双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的实轴,P1P2是与A1A2垂直的弦,则直线A1P1与A2P2的交点的轨迹为x2a2 y2b2=1(a>0,b>0).
  性质5若A1是抛物线y2=2px(p>0)的顶点(另一个顶点A2在x轴上无穷远处),P1P2是与A1A2垂直的弦,则直线A1P1与A2P2的交点轨迹为y2=-2px(p>0).
  同理,若F1(-c,0),F2(c,0)为椭圆x2a2 y2b2=1(a>b>0)的两焦点,P1P2是与F1F2垂直的弦,则可得出如下性质:
  性质6若F1(-c,0),F2(c,0)为椭圆x2a2 y2b2=1(a>b>0)的两焦点,P1P2是与F1F2垂直的弦,则直线P1F1与P2F2的交点的轨迹为x2c4a2-y2c2b2a2=1(a>b>0).
  由互变规律,对于双曲线、抛物线也有如下性质:
  性质7若F1(-c,0),F2(c,0)为双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)的两焦点,P1P2是与F1F2垂直的弦,则直线P1F1与P2F2的交点的轨迹为x2c4a2 y2c2b2a2=1(a>0,b>0).
  性质8若抛物线y2=2px(p>0)的焦点为FP2,0,P1P2是垂直于对称轴的弦,则过P1与x轴平行的直线和P2F的交点轨迹为y2=-2p(x-p)(p>0).
  我们通过对椭圆与双曲线、等轴双曲线(双曲线的特殊形式)与圆(椭圆的特殊形式)、抛物线与对顶抛物线在满足一定条件下的互变规律,探寻出解决这类问题的一种方法.
  【参考文献】
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