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类比是科学研究中常用的一种思维方法,是根据两个或两类对象在某些方面相同或相似,从而推出它们在其他方面也相同或相似,像这样的推理称为类比推理.尽管类比推理是一种合情推理,即推理的结果不一定正确,但这种推理具有一定的创造性,广泛运用.本文根据圆的性质类比得到椭圆相关性质,以此激发学生在数学学习中善于发现和类比的意识.
性质1:若圆的半径为a,则圆的面积为πa2类比
若椭圆的长半轴长为a,短半轴长为b,则椭圆的面积为 πab.
类比思路:椭圆可以看成沿竖直方向进行等比例压缩变换,则水平方向长度不变,竖直方向由a变为b,故猜想椭圆的面积为πab.
性质2:若圆方程x2+y2=r2,在圆上有一点p(x0,y0),则圆在p处的切线方程为 x0x+y0y=r2
类比若椭圆的标准方程为x2a2+
y2b2=1(a>b>0),在椭圆有一点p(x0,y0),则椭圆在p处的切线方程为
x0xa2+y0yb2=1.
证明思路:设椭圆在p处的切线方程为y-y0=k(x-x0),联立椭圆方程
x2a2+y2b2=1(a>b>0)
,消去y得到关于x的一元二次方程,因为直线与椭圆相切,所以方程只有一个解,即Δ=0,得到斜率k的值,化简切线方程得椭圆在p处的切线方程为x0xa2+y0yb2=1.
性质3:圆上一点P,异于P点的两点A、B,且AB是圆的一条直径,则
kPA·kPB=-1
类比
椭圆
x2a2+y2b2=1 (a>b>0) 上一点P,异于P点的两点A、B,且A、B坐标分别是(-a,0),(a,0),则
kPA·kPB为定值-b2a2.
证明:设p(x0,y0),则kPA·kPB=y0x0+a
·y0x0-a=
y20x20-a2
=-b2a2,同理若A、B是椭圆短轴上的两个顶点(0,-b),(0,b),则
kPA·kPB=-b2a2
,所以kPA·kPB为一定值
-b2a2.
这一性质在高中阶段的习题中也会有所体现,如下面问题:焦点在x轴上的椭圆的离心率为3/2,上顶点A(0,1),下顶点为B,已知定直线l:y=2若点P是椭圆上异于A、B的任意一点,连结AP并延长交直线l于点M,连结PB并延长交直线l于点N.
求MN的最小值.
图1
解:(1)由题可知
ca=
32,b=1,得
a=2,
椭圆方程为
x2/4+y2=1,设
p(x0,y0),因为kPA·kPB=-14,不妨设PA的斜率为k,则PB直线的斜率为-14k,PA直线方程为y=kx+1,令y=2,得x=1k所以得
M(1k,2);PB直线方程y=-14kx
-1,令y=2,得x=-12k所以得N(-12k,2),得
MN=|1k+12k|≥43,当且仅当
1/k=12即k=±3/6时取得等号,
所以MN的最小值为
43.
性质4: A,B是圆O:x2+y2=r2上两点,且OA⊥OB,则Rt△OAB斜边AB上的高为定值
22
r类比A,B
是椭圆
x2a2
+y2b2=1
上两点,且OA⊥OB,则Rt△OAB斜边AB上的高为定值aba2+b2.
证明:(1)当OA,OB中一条直线的斜率不存在时,则显然AB上的高为定值
aba2+b2.
(2)当OA,OB的斜率都存在时,设OA的斜率为k,则OB 的斜率为-1/k,则AB上的高h=
OA·OBOA2+OB2,则
1h
=OA2+OB2
OA·OB,
1h2
=OA2+OB2
OA2·OB2
=1OA2
+1OB2
,设OA的直线方程y=kx则
OB的直线方程为
y=-1kx,
y=kx
x2a2
+y2b2=1
x2=a2b2
b2+a2k2,
y2=k2a2b2
b2+a2k2,
则
OA2=
(1+k2)a2b2
b2+a2k2,同理
OB2=
(1+k2)a2b2
k2b2+a2,
1h2
=1OA2
+1OB2
=(k2+1)(a2+b2)
(k2+1)a2b2
,所以h2=a2b2a2+b2,即Rt△OAB斜边AB上的高为定值aba2+b2.
以上是由圆类比得到椭圆的4个性质, 类比思想是高中教学中一种重要的思想,它具有一定的创造性,能帮助学生发现问题和提出问题,在解决问题时可以使得问题简单化.
性质1:若圆的半径为a,则圆的面积为πa2类比
若椭圆的长半轴长为a,短半轴长为b,则椭圆的面积为 πab.
类比思路:椭圆可以看成沿竖直方向进行等比例压缩变换,则水平方向长度不变,竖直方向由a变为b,故猜想椭圆的面积为πab.
性质2:若圆方程x2+y2=r2,在圆上有一点p(x0,y0),则圆在p处的切线方程为 x0x+y0y=r2
类比若椭圆的标准方程为x2a2+
y2b2=1(a>b>0),在椭圆有一点p(x0,y0),则椭圆在p处的切线方程为
x0xa2+y0yb2=1.
证明思路:设椭圆在p处的切线方程为y-y0=k(x-x0),联立椭圆方程
x2a2+y2b2=1(a>b>0)
,消去y得到关于x的一元二次方程,因为直线与椭圆相切,所以方程只有一个解,即Δ=0,得到斜率k的值,化简切线方程得椭圆在p处的切线方程为x0xa2+y0yb2=1.
性质3:圆上一点P,异于P点的两点A、B,且AB是圆的一条直径,则
kPA·kPB=-1
类比
椭圆
x2a2+y2b2=1 (a>b>0) 上一点P,异于P点的两点A、B,且A、B坐标分别是(-a,0),(a,0),则
kPA·kPB为定值-b2a2.
证明:设p(x0,y0),则kPA·kPB=y0x0+a
·y0x0-a=
y20x20-a2
=-b2a2,同理若A、B是椭圆短轴上的两个顶点(0,-b),(0,b),则
kPA·kPB=-b2a2
,所以kPA·kPB为一定值
-b2a2.
这一性质在高中阶段的习题中也会有所体现,如下面问题:焦点在x轴上的椭圆的离心率为3/2,上顶点A(0,1),下顶点为B,已知定直线l:y=2若点P是椭圆上异于A、B的任意一点,连结AP并延长交直线l于点M,连结PB并延长交直线l于点N.
求MN的最小值.
图1
解:(1)由题可知
ca=
32,b=1,得
a=2,
椭圆方程为
x2/4+y2=1,设
p(x0,y0),因为kPA·kPB=-14,不妨设PA的斜率为k,则PB直线的斜率为-14k,PA直线方程为y=kx+1,令y=2,得x=1k所以得
M(1k,2);PB直线方程y=-14kx
-1,令y=2,得x=-12k所以得N(-12k,2),得
MN=|1k+12k|≥43,当且仅当
1/k=12即k=±3/6时取得等号,
所以MN的最小值为
43.
性质4: A,B是圆O:x2+y2=r2上两点,且OA⊥OB,则Rt△OAB斜边AB上的高为定值
22
r类比A,B
是椭圆
x2a2
+y2b2=1
上两点,且OA⊥OB,则Rt△OAB斜边AB上的高为定值aba2+b2.
证明:(1)当OA,OB中一条直线的斜率不存在时,则显然AB上的高为定值
aba2+b2.
(2)当OA,OB的斜率都存在时,设OA的斜率为k,则OB 的斜率为-1/k,则AB上的高h=
OA·OBOA2+OB2,则
1h
=OA2+OB2
OA·OB,
1h2
=OA2+OB2
OA2·OB2
=1OA2
+1OB2
,设OA的直线方程y=kx则
OB的直线方程为
y=-1kx,
y=kx
x2a2
+y2b2=1
x2=a2b2
b2+a2k2,
y2=k2a2b2
b2+a2k2,
则
OA2=
(1+k2)a2b2
b2+a2k2,同理
OB2=
(1+k2)a2b2
k2b2+a2,
1h2
=1OA2
+1OB2
=(k2+1)(a2+b2)
(k2+1)a2b2
,所以h2=a2b2a2+b2,即Rt△OAB斜边AB上的高为定值aba2+b2.
以上是由圆类比得到椭圆的4个性质, 类比思想是高中教学中一种重要的思想,它具有一定的创造性,能帮助学生发现问题和提出问题,在解决问题时可以使得问题简单化.