[多角度求解椭圆切线方程] 椭圆切线方程

  在圆锥曲线练习题中经常会遇到如下一类问题:   问题:求椭圆+=1上某一点处斜率为k的切线方程.   对于这类问题,我从不同角度给出如下五种解法:   方法一:
  设:与椭圆相切且切线斜率为k的切线方程为
  y=kx+m(1)
  因为(1)式与曲线相切,所以将(1)式与椭圆方程联立,即得:
  +=1(2)
  (ak+b)x+2akmx+am-ab=0
  △=amk-(amk+bm-abk-b)=0(3)
  由(3)式解得bm=abk+b,所以m=±.代入(1)式即得切线方程:
  y=kx±(4)
  方法二:
  设:(x,y)为切点,由椭圆的上任意一点的切线方程知,在(x,y)处的切线方程为
  +=1(5)
  将(5)式化简得
  y=-x+(6)
  所以k=-
  因为(x,y)在椭圆上,所以
  aky+xb=0+=1(7)
  解得:x=±,y=±代入(6)式即得切线方程.
  方法三:
  由椭圆标准方程得:
  y=±b(8)
  由于椭圆是对称图形,为了计算简便因此只需取椭圆的上半部分,即在(8)式中取正号,即
  y=b(9)
  通过(9)式求出其中一个切点,另一个切点是关于坐标原点对称的,于是可得:
  y′=k=(10)
  由(9)式解得x=ak(11)
  将(10)式代入(9)式解得y=b(12)
  因此其中一切点为(ak,b),另一切点为(-ak,-b),通过点斜式可得切线方程为:
  y=k(x±ak)±b(13)
  方法四:
  定理1.若直线l∶y=kx+m为椭圆x=acosθy=bsinθ(a>0,b>0,θ∈[0,2π))的切线,设Z=kx+m-y,则Z=0或Z=0,其中k为直线l的斜率.
  证明:若l与椭圆相切,则椭圆上的点都在l的同侧,根据线性规划知识可知,对于椭圆上任意一点P(x,y),Z=kx+m-y≥0或≤0,所以Z=0或Z=0,当且仅当P为切点时等号成立.
  例:直线y=x+b是椭圆+=1的切线,求b的值.
  解:y=x+b是椭圆+=1的切线,令Z=x+b-y,其中x=12cosθy=5sinθθ∈[0,2π),因为Z=13+b=0或Z=-13+b=0,所以b=±13.
  方法五:
  设平面曲线方程为F(x,y)=+-1,且(x,y)为F(x,y)=0上一点,有
  k=-==(14)
  则F(x,y)=0在(x,y)处切线方程为:
  F(x,y)(x-x)+F(x,y)(y-y)=0(15)
  上文中给出了五种求椭圆上斜率为k的切线方程的方法.以上五种方法不只适用于解决椭圆切线问题,还可以推广至求双曲线及抛物线的切线方程。有兴趣的读者可以自行证明,在此不再赘述。
  
  参考文献:
  [1]华东师范大学数学系编.数学分析(下册)第三版.北京:高等教育出版社,2008.2.
  [2]罗章军.椭圆、双曲线切线方程的一个简便求法[J].中学数学研究,2009,(6).
  
  基金项目:安康学院大学生科研计划项目《竞赛数学中的研究性学习及实践》(2010AKXYDXS02)
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