解析几何中的圆锥曲线是高考的重点、难点和热点,而其中的计算往往是非常困难的。解题过程中,常设一些量而并不解出这些量,利用这些量架起连接已知量和未知量的桥梁从而问题得以解决,这种方法称为“设而不求法”。“点差法”是一种常见的设而不求的方法,是由弦的两端点坐标代入圆锥曲线的方程,得到两个等式,两式相减,可以得到一个与弦的斜率及中点相关的式子,再结合有关条件来求解,这就可以降低解题的运算量,优化解题过程。
一、抛物线
【规律探踪】在抛物线y2=2mx(m≠0)中,若直线l与抛物线相交于M、N两点,点P(x0,y0)是弦MN的中点,弦MN所在的直线l的斜率为kMN,则kMN・y0=m。
注意:能用这个公式的条件:①直线与抛物线有两个不同的交点;②直线的斜率存在.
例1设A(x1,y1),B(x2,y2)两点在抛物线y=2x2上,l是AB的垂直平分线。
⑴当且仅当x1+x2取何值时,直线l经过抛物线的焦点F?证明你的结论。
⑵当x1=1,x2=-3时,求直线l的方程。
解析:⑴x2=12y,p=14,F(0,18)。
设线段AB的中点为P(x0,y0),直线l的斜率为k,则x1+x2=2x0
若直线l的斜率不存在,当且仅当x1+x2=0时,AB的垂直平分线l为y轴,经过抛物线的焦点F。
若直线l的斜率存在,则其方程为y=k(x-x0)+y0,kAB=-1k。
由1kAB・x0=p得:-kx0=14,x0=-14k。
若直线l经过焦点F,则得:18=-kx0+y0=14+y0,y0=-14,与y00相矛盾。
当直线l的斜率存在时,它不可能经过抛物线的焦点F。
综上所述,当且仅当x1+x2=0时,直线l经过抛物线的焦点F。
⑵当x1=1,x2=-3时,A(1,2),B(-3,18),x0=x1+x22=-1,y0=y1+y22=10.
由1kAB・x0=p得:k=14。
所求的直线l的方程为y=14(x+1)+10,即x-4y+41=0
二、椭圆
【规律探踪】在椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)中,若直线l与椭圆相交于M、N两点P(x0,y0),点是弦MN的中点,弦MN所在的直线l的斜率为KMN,则KMN・y0x0=b2a2。
例2已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左、右焦点分别为F1、F2,离心率e=22,右准线方程为x=2。
⑴求椭圆的标准方程;
⑵过点F1的直线l与该椭圆相交于M、N两点,且|F2M+F2N|=2263,求直线l的方程。
解:⑴根据题意,得e=ca=22 x=a2c =2
a=2,b=1,c=1。所求的椭圆方程为x22+y2=1.
⑵椭圆的焦点为F1(-1,0)、F2(1,0)。设直线l被椭圆所截的弦MN的中点为P(x,y)。
由平行四边形法则知:F2M+F2N=2F2P。
由|F2M+F2N|=2263得:|F2P|=263。
(x-1)2+y2=269.…………………………………①
若直线l的斜率不存在,则lx轴,这时点P与F1(-1,0)重合,|F2M+F2N|=|2F2F1|=4,与题设相矛盾,故直线l的斜率存在.
由kMN・yx=-b2a2得:yx+1・yx=-12.
y2=-12(x2+x).……………………………………②
②代入①,得(x-1)2-12(x2+x)=269.
整理,得:9x2-45x-17=0;解之得:x=173,或x=-23。
由②可知,x=173不合题意。
x=-23,从而y=±13;k=yx+1=±1.
所求的直线l方程为y=x+1,或y=-x-1。
三、双曲线
例3设A、B是双曲线x2-y22=1上两点,点N(1,2)是线段AB的中点。
⑴求直线AB的方程;
⑵如果线段AB的垂直平分线与双曲线相交于C、D两点,那么A、B、C、D四点是否共圆,为什么?
解析:⑴a2=1,b2=2,焦点在x上;由kAB・y0x0=b2a2得:kAB・2=2,kAB=1。
所求的直线AB方程为y-2=1・(x-1),即x-y+1=0。
⑵设直线CD的方程为x+y+m=0,点N(1,2)在直线CD上,
1+2+m=0,m=-3。直线CD的方程为x+y=0。
又设弦CD的中点为M(x,y),由KCD・yx =b2a2 得:-1・yx=2 ,即y=-2x。
由x+y-3=0y=-2x得x=-3,y=6。点M的坐标为(-3,6)。
又由x+y+3=0x2-y22=1得A(1,0).B(3,4)
由两点间的距离公式可知:|MA|=|MB|=|MC|=|MD|=210。
故A、B、C、D四点到点M的距离相等,即A、B、C、D四点共圆。
(作者单位:浙江省金华市艾青中学321015)
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