直线参数方程应用举例

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  曲线的参数方程式用参数表达曲线解析式的一种形式,在新课程教科书文本中属于选修模块,高考题中集中于参数方程于普通方程的转化,及把参数方程相关问题转化为普通方程等。但是,我们通过分析研究看到,也可以把曲线普通方程的问题,用恰当的参数方程问题来处理,特别是在处理距离、弦等问题上,若运用得当,可达到事半功倍的效果,本文就直线参数运用作如下探讨。
  关键字:参数方程 参数 圆锥曲线
  我们从直线方程入手,推导过程如下。
  因为 ,( ), ,
  ,所以存在实数 ,使得 ,即
  .
  于是 , ,
  即 , .
  因此,经过定点 ,倾斜角为 的直线的参数方程为
  ( 为参数)
  从直线标准参数方程的推导,我们可得如下结论:
  令 ,( ), ,且 ,得到 ,因此 表示直线上的动点M到定点 的距离.
  因为直线的单位向量 ,( ), 时, , 的方向总是向上,则当 方向向上, , ;当 的方向下, , ;当 时,点M与点 重合.
  下面就直线参数方程应用作如下论述。
  1.求定点到过定点的直线与其它曲线的交点的距离
  准确写出直线的参数方程,求定点到两交点的距离和,注意两个点对应的参数的符号的异同。
  例1、设直线 经过点 (1,5),倾斜角为 ,求直线 和圆 的两个交点到点 的距离的和与积.
  解:直线 的参数方程为 ( t为参数)
  将其代入 ,得 设此方程的两根为 ,则 = =10.可知 均为负值,所以两交点到 的距离
  | t1 ?t2| = (t1 +t2)2?4 t1 ·t2 = .
  例2、经过点P(?1,2),倾斜角为 4 的直线 l与圆 x2 +y2 = 9相交于A,B两点,求PA +PB和PA · PB的值.
  解:直线l的方程可写成x = ?1 + 22 t,y=2 + 22 t,代入圆的方程整理得:t2 +2t?4=0,设点A,B对应的参数分别是t1 ,t2,则t1 +t2 = ?2,t1 ·t2 = ?4,由t1 与t2的符号相反知
  PA +PB = |t1| +|t2| = | t1 ?t2| = (t1 +t2)2?4 t1 ·t2 = 32,PA · PB =| t1 · t2 | = 4。
  2.求解直线与曲线相交,弦长问题
  将普通方程化为参数方程,先判定点M在直线上,并求出直线的倾斜角,用参数t的几何意义求相应的距离. 直线 ( 为参数)与曲线 交于 两点,对应的参数分别为 .
  例3、 已知直线L:x+y-1=0与抛物线 交于A,B两点,求线段AB的长和点M(-1,2)到A,B两点的距离之积.
  解:因为直线L过定点M,且L的倾斜角为 ,所以它的参数方程是
  (t为参数)
  即 (t为参数)
  把它代入抛物线的方程,得
  解得
  由参数t的几何意义得
  从上述三个例题中,我们可得直线与圆锥曲线相交弦计算程式
  (1)
  (2)
  把(2)带入(1)得关于t的一元二次方程(3),由(3)得其两根
  3.中点问题与弦长有关,考虑用直线的参数方程,若A、M、B是直线上的点,所对应的参数分别为t1、t、t2, 则AB中点M的参数为 ,t1 +t2=0.
  例4、经过点 作直线 ,交椭圆 于A,B两点.如果点M恰好为线段AB的中点,求直线 的方程.
  解:设过点 的直线 的参数方程为 ( 为参数),
  代入椭圆方程,整理得
  .
  因为点M在椭圆内,这个方程必有两个实根,设A,B两点对应的参数分别为 ,
  则 .
  因为点M为线段AB的中点,所以 ,即 .
  于是直线 的斜率 .
  因此,直线 的方程是 ,即 .
  例5、已知过点 ,斜率为 的直线和抛物线 相交于A,B两点,设线段AB的中点为M,求点M的坐标.
  解:设过点 的直线AB的倾斜角为 ,由已知可得: , .
  所以,直线的参数方程为 ( 为参数).
  代入 ,整理得 .中点M的相应参数是 ,
  所以点M的坐标是 .
  参数方程的引入使得我们在处理直线与曲线的题型上,无疑为我们进行这一类问题处理开启了另一扇门,在教学中,对提高学生创造性,发散性思维有着一定的作用,也为学生解决此类问题,提供了另一路径。
  参考文献:1、刘绍学,张建跃,钱佩玲.高中数学选修4-4坐标系与参数方程.人民教育出版社,课程教材研究所.
  2、季冬青.例说直线参数方程中的应用.中学数学研究,2009.4.
  3、张 忠.参数法巧解直线与圆锥曲线问题.互联网
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