圆锥曲线中关于定点问题的再探究_圆锥曲线中的定点定值问题

  摘 要:圆锥曲线是高中数学中的重难点,而求证或求解圆锥曲线中有关定值、定点问题又是这块内容的重难点,对于一些典型的例题教师在教学之余要学会思考,进而找到一些规律,传授给学生,不光增强了学生的解题能力,帮助学生掌握了这类题的通法,更开阔了学生的视野. 笔者结合例题进行了有关定点问题的再探究.
  关键词:圆锥曲线;定点;性质
  引例1:过抛物线y2=4x上点A(0,0)作抛物线的两条弦AD、AE,且AD、AE的斜率分别为k1、k2,满足k1k2=2,求证:DE过定点.
  引例2:已知点M(0,1)是离心率为的椭圆C:+=1(a>b>0)上一点,过M作直线MA、MB交椭圆于A、B两点,且斜率分别为k1、k2,若k1+k2=3,求证:直线AB过定点.
  以上两个是圆锥曲线中的精典例题,在教学之余,笔者通过一些定位思考、变式探究,根据以上例题得到圆锥曲线如下两个有趣的猜想.
  猜想1:若圆锥曲线的一顶点与两动点的连线的斜率之积为定值,两动点的连线必过定点.
  猜想2:若圆锥曲线的一顶点与两动点的连线的斜率之和为定值,两动点的连线必过定点.
  【命题1】 已知椭圆C:+=1(a>b>0),过定点M(0,b)作直线MA,MB交椭圆C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1k2=m时,则直线AB过定点0,.
  证明:设直线AB的方程为y=kx+t,且A(x1,y1),B(x2,y2),
  由y=kx+t,b2x2+a2y2=a2b2得(a2k2+b2)x2+2a2ktx+a2(t2-b2)=0,
  则有x1+x2=,x1x2=.
  由k1k2=m,得k1k2=?=m,即(y1-b)(y2-b)-mx1x2=0,
  故y1y2-b(y1+y2)+b2-mx1x2=0. 将y1=kx1+t,y2=kx2+t代入,
  整理得(k2-m)x1x2+(kt-kb)(x1+x2)+(t-b)2=0,(k2-m)+(kt-kb)?+(t-b)2=0,化简得(t-b)[(b2-ma2)t-(ma2b+b3)]=0,显然t≠b,故t=,所以直线AB的方程为y=kx+,
  故直线AB过定点0,.
  【命题2】 已知椭圆C:+=1(a>b>0),过点M(a,0)作直线MA,MB交椭圆C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1k2=m时,则直线AB过定点,0. (证明与命题1类似,省略)
  【命题3】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0),过点M(a,0)作直线MA,MB交双曲线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1k2=m时,则直线AB过定点,0.
  证明:设直线AB的方程为x=λy+t,且A(x1,y1),B(x2,y2),
  由x=λy+t,b2x2-a2y2=a2b2得(b2λ2-a2)y2+2b2kty+b2(t2-a2)=0,
  则有y1+y2=,y1y2=.
  由k1k2=m,得k1k2=?=m,即y1y2-m(x1-a)(x2-a)=0,
  故y1y2-mx1x2+ma(x1+x2)-ma2=0. 将x1=λy1+t,x2=λy2+t代入,整理得(1-mλ2)?y1y2-mλ(t-a)(y1+y2)-m(t-a)2=0,(1-mλ2)-mλ(t-a)?-m(t-a)2=0,化简得(t-a)[(b2+ma2)t+(ab2-ma3)]=0,显然t≠a,故t=,所以直线AB的方程为x=λy+,故直线AB过定点,0.
  【命题4】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0),过点M(0,a)作直线MA,MB交双曲线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1k2=m时,则直线AB过定点0,. (证明与命题3类似,省略)
  【命题5】 已知抛物线C:y2=2px,过点M(0,0)作直线MA,MB交双曲线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1k2=m(m≠0)时,则直线AB过定点-,0.
  证明:设直线AB的方程为x=λy+t,且A(x1,y1),B(x2,y2),
  由x=λy+t,y2=2px 得y2-2pλy-2pt=0,则有y1+y2=2pλ,y1y2=-2pt.
  由k1k2=m,得k1k2=?=m,即y1y2-mx1x2=0.
  将x1=λy1+t,x2=λy2+t代入,整理得(1-mλ2)y1y2-mλt(y1+y2)-mt2=0,
  故(1-mλ2)(-2pt)-2pmλ2t-mt2=0,化简得t(mt+2p)=0,显然t≠0,故t=-,
  所以直线AB的方程为x=λy-,故直线AB过定点-,0.
  【命题6】 已知抛物线C:x2=2py,过点M(0,0)作直线MA,MB交抛物线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1k2=m时,则直线AB过定点(0,-2pm).
  (证明与命题5类似,省略)
  由命题1~6可知猜想1正确,圆锥曲线有如下共同的性质:
  性质1:过圆锥曲线C的一顶点M作直线MA,MB交C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1k2=m时,则直线AB过定点.
  【命题7】 已知椭圆C:+=1(a>b>0),过点M(a,0)作直线MA,MB交椭圆C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1+k2=m(m≠0)时,则直线AB过定点a,-.
  证明:设直线AB的方程为x=λy+t,且A(x1,y1),B(x2,y2),
  由x=λy+t,b2x2+a2y2=a2b2得(b2λ2+a2)y2+2b2kty+b2(t2-a2)=0,
  则有y1+y2=,y1y2=.
  由k1+k2=m,得k1+k2=+=m,即y1(x2-a)+y2(x1-a)-m(x1-a)(x2-a)=0,故y1x2+y2x1-a(y1+y2)-mx1x2+ma(x1+x2)-ma2=0.   将x1=λy1+t,x2=λy2+t代入,
  整理得(2λ-mλ2)y1y2+(t-a)(1-mλ)?(y1+y2)-m(t-a)2=0,(2λ-mλ2)+(t-a)(1-mλ)?-m(t-a)2=0,
  化简得a(t-a)(2λb2-mat+ma2)=0,显然t≠a,故t==+a,所以直线AB的方程为x=λy++a,即x=λy++a,
  故直线AB过定点a,-.
  【命题8】 已知椭圆C:+=1(a>b>0),过点M(0,b)作直线MA,MB交椭圆C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1+k2=m(m≠0)时,则直线AB过定点-,-b.
  (证明与命题7类似,省略)
  【命题9】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0),过点M(a,0)作直线MA,MB交双曲线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1+k2=m(m≠0)时,则直线AB过定点a,.
  证明:设直线AB的方程为x=λy+t,且A(x1,y1),B(x2,y2),
  由x=λy+t,b2x2-a2y2=a2b2得(b2λ2-a2)y2+2b2kty+b2(t2-a2)=0,
  则有y1+y2=,y1y2=,
  由k1+k2=m,得k1+k2=+=m,即y1(x2-a)+y2(x1-a)-m(x1-a)(x2-a)=0,故y1x2+y2x1-a(y1+y2)-mx1x2+ma(x1+x2)-ma2=0. 将x1=λy1+t,x2=λy2+t代入,
  整理得(2λ-mλ2)y1y2+(t-a)(1-mλ)?(y1+y2)-m(t-a)2=0,(2λ-mλ2)+(t-a)(1-mλ)?-m(t-a)2=0,化简得a(t-a)(2λb2+mat-ma2)=0,显然t≠a,故t==+a,所以直线AB的方程为x=λy-+a,即x=λy-+a,故直线AB过定点a,.
  【命题10】 已知双曲线C:-=1(a>0,b>0),过点M(0,a)作直线MA,MB交双曲线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1+k2=m时,则直线AB过定点-,-a.
  (证明与命题9类似,省略)
  【命题11】 已知抛物线C:y2=2px,过点M(0,0)作直线MA,MB交抛物线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1+k2=m(m≠0)时,则直线AB过定点0,.
  证明:设直线AB的方程为x=λy+t,且A(x1,y1),B(x2,y2),
  由x=λy+t,y2=2px 得y2-2pλy-2pt=0,则有y1+y2=2pλ,y1y2=-2pt,由k1+k2=m,得k1+k2=+=m,即y1x2+y2x1-mx1x2=0.
  将x1=λy1+t,x2=λy2+t代入,整理得(mλ2-2λ)y1y2+(mλt-t)(y1+y2)+mt2=0,
  故(mλ2-2λ)(-2pt)-(mλt-t)2pλ+mt2=0,化简得t(mt+2pλ)=0,显然t≠0,故t=-,所以直线AB的方程为x=λy-,故直线AB过定点0,.
  由命题7~11可知可知猜想2正确,圆锥曲线有如下共同的性质:
  性质2 过圆锥曲线C(除x2=2py外)的顶点M作直线MA,MB交C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1+k2=m(m≠0)时,则直线AB过定点.
  备注:已知抛物线C:x2=2py,过点M(0,0)作直线MA,MB交抛物线C于A,B两点,且斜率分别为k1,k2. 若k1+k2=m(m≠0)时,则直线AB的斜率为定值m.
  (证明与命题11类似,省略)

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