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在高中数学中,圆锥曲线是一个比较难的模块,它涉及很多性质,在解题过程中也会涉及解析几何中众多的思想方法。在圆锥曲线的综合问题中有一类对称问题,它要用到解析几何中点关于直线的对称点的求法,本文就来谈谈圆锥曲线中对称问题的解法。
例题过点(1,0)的直线l与中心在原点、焦点在x轴上且离心率为22的椭圆C相交于A,B两点,直线y=12x过线段AB的中点,同时椭圆C上存在一点与右焦点关于直线l对称,试求直线l和椭圆C的方程。
分析:本题是关于直线与圆锥曲线相交中有关对称的综合问题,要注意点关于直线对称的解法。
解:设椭圆C的方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),显然,直线l的斜率存在且不为0,设直线l的方程为y=k(x-1),代入椭圆方程,整理得:
(k2a2+b2)x2-2k2a2x+a2k2-a2b2=0。
因为直线l与椭圆C相交于A,B两点,
所以Δ=4k4a4-4(a2k2-a2b2)(k2a2+b2)>0,
即:k2a2-k2+b2>0。(1)
当Δ>0时,设直线l与椭圆C的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
AB的中点为M(x0,y0),
则x0=x1+x22=k2a2k2a2+b2,
y0=y1+y22=-kb2k2a2+b2。
因为M(x0,y0)在直线y=12x上,
所以-kb2k2a2+b2=12·k2a2k2a2+b2,
即k=-2b2a2。
又b2a2=a2-c2a2=1-e2=1-12=12,
所以k=-2b2a2=-1。
所以直线方程为y=-x+1。
又由-2b2a2=-1得a2=2b2,所以椭圆方程为x22b2+y2b2=1,其右焦点为(b,0)。
设点(b,0)关于直线y=-x+1的对称点为(x′,y′),
则y′x′-b=1,y′2=1-x′+b2x′=1,y′=1-b。
由题意可知:點(1,1-b)在椭圆C上。
所以1+2(1-b)2=2b2。
解得:b2=916,从而a2=98。
所以椭圆C的方程为x2+2y2=98,直线l的方程为y=-x+1。
点评:本题先设出过定点的直线的点斜式方程,联立椭圆方程,得到一个关于x的一元二次式,由直线与椭圆相交得Δ>0。再由韦达定理求出两根之和、两根之积。最后还要求椭圆右焦点关于直线的对称点坐标,然后将其代入椭圆方程,求出b2=916,a2=98,从而得解。
由上面的例子可以看出,解这类圆锥曲线中的对称问题,涉及的知识点较多,大家一定不能被其繁杂的过程吓倒,要理清思路,一步一步仔细推算下去,最终一定能把问题解决。
作者单位:浙江省春晖中学高三(2)班
例题过点(1,0)的直线l与中心在原点、焦点在x轴上且离心率为22的椭圆C相交于A,B两点,直线y=12x过线段AB的中点,同时椭圆C上存在一点与右焦点关于直线l对称,试求直线l和椭圆C的方程。
分析:本题是关于直线与圆锥曲线相交中有关对称的综合问题,要注意点关于直线对称的解法。
解:设椭圆C的方程为x2a2+y2b2=1(a>b>0),显然,直线l的斜率存在且不为0,设直线l的方程为y=k(x-1),代入椭圆方程,整理得:
(k2a2+b2)x2-2k2a2x+a2k2-a2b2=0。
因为直线l与椭圆C相交于A,B两点,
所以Δ=4k4a4-4(a2k2-a2b2)(k2a2+b2)>0,
即:k2a2-k2+b2>0。(1)
当Δ>0时,设直线l与椭圆C的交点为A(x1,y1),B(x2,y2),
AB的中点为M(x0,y0),
则x0=x1+x22=k2a2k2a2+b2,
y0=y1+y22=-kb2k2a2+b2。
因为M(x0,y0)在直线y=12x上,
所以-kb2k2a2+b2=12·k2a2k2a2+b2,
即k=-2b2a2。
又b2a2=a2-c2a2=1-e2=1-12=12,
所以k=-2b2a2=-1。
所以直线方程为y=-x+1。
又由-2b2a2=-1得a2=2b2,所以椭圆方程为x22b2+y2b2=1,其右焦点为(b,0)。
设点(b,0)关于直线y=-x+1的对称点为(x′,y′),
则y′x′-b=1,y′2=1-x′+b2x′=1,y′=1-b。
由题意可知:點(1,1-b)在椭圆C上。
所以1+2(1-b)2=2b2。
解得:b2=916,从而a2=98。
所以椭圆C的方程为x2+2y2=98,直线l的方程为y=-x+1。
点评:本题先设出过定点的直线的点斜式方程,联立椭圆方程,得到一个关于x的一元二次式,由直线与椭圆相交得Δ>0。再由韦达定理求出两根之和、两根之积。最后还要求椭圆右焦点关于直线的对称点坐标,然后将其代入椭圆方程,求出b2=916,a2=98,从而得解。
由上面的例子可以看出,解这类圆锥曲线中的对称问题,涉及的知识点较多,大家一定不能被其繁杂的过程吓倒,要理清思路,一步一步仔细推算下去,最终一定能把问题解决。
作者单位:浙江省春晖中学高三(2)班