多角度求解椭圆切线方程

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***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***.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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多角度求解椭圆切线方程

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