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1、
十一節(jié) 軌跡方程的求法
了解方程的曲線與曲線的方程的對應關(guān)系.
知識梳理
一、“曲線的方程”和“方程的曲線”的概念
在直角坐標系中,如果某曲線C(看作滿足某種條件的點的集合或軌跡)上的點與一個二元方程f(x,y)=0的實數(shù)解建立了如下關(guān)系:
(1)曲線上的點的坐標都是這個方程的解;
(2)以這個方程的解為坐標的點都是曲線上的點.
那么這個方程叫做曲線的方程,這條曲線叫做方程的曲線.
二、求曲線的(軌跡)方程
求曲線的軌跡方程是解析幾何的兩個基本問題之一.求符合某種條件的動點的軌跡方程,其實質(zhì)就是利用題設(shè)中的幾何條件,用“坐標化”將其轉(zhuǎn)化為尋求變量間的關(guān)
2、系.這類問題除了考查學生對圓錐曲線的定義、性質(zhì)等基礎(chǔ)知識的掌握外,還充分考查了各種數(shù)學思想方法及一定的推理能力和運算能力.
它一般分為兩類基本題型:一是已知軌跡類型求其方程,常用待定系數(shù)法,如求直線及圓的方程就是典型例題;二是未知軌跡類型,此時除了用代入法、交軌法、參數(shù)法等求軌跡的方法外,通常設(shè)法利用已知軌跡的定義解題,化歸為求已知軌跡類型的軌跡方程.因此在求動點軌跡方程的過程中,一是尋找與動點坐標有關(guān)的方程(等量關(guān)系),側(cè)重于數(shù)的運算,一是尋找與動點有關(guān)的幾何條件,側(cè)重于形,重視圖形幾何性質(zhì)的運用.
(1)用直接法求曲線(軌跡)方程的基本步驟.
①建系設(shè)點:建立適當?shù)闹苯亲鴺讼?,設(shè)曲線
3、上任一點坐標M(x,y);
②列幾何等式:寫出適合條件的點的集合P={M|P(M)},關(guān)鍵是根據(jù)條件列出適合條件的等式;
③化為代數(shù)等式:用坐標代換幾何等式,列出方程;
④化簡:把方程f(x,y)=0化成最簡形式;
⑤證明:證明化簡后的方程就是所求曲線的方程.
除個別情況外,化簡過程都是同解變形,所以步驟⑤可以省略不寫.如有特殊情況,可適當加以說明,步驟②也可省略.
(2)求曲線軌跡方程應注意的問題.
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①要注意一些隱含條件,若軌跡是曲線的一部分,應對方程注明x的取值范圍,或同時注明x,y的取值范圍,保證軌跡的純粹性;
②若軌跡有不同情況,應分別討論,以保證它的
4、完整性;
③曲線的軌跡和曲線方程是有區(qū)別的,求曲線的軌跡不僅要求出方程,而且要指明曲線的位置、類型.
基礎(chǔ)自測
1.(2013衡水中學模擬)下列說法正確的是( )
A.在△ABC中,已知A(1,1),B(4,1),C(2,3),則AB邊上的高的方程是x=2
B.方程y=x2(x≥0)的曲線是拋物線
C.已知平面上兩定點A、B,動點P滿足|PA|-|PB|=|AB|,則P點的軌跡是雙曲線
D.第一、三象限角平分線的方程是y=x
解析:A選項中高線為線段,B選項中為拋物線的一部分,C選項中是雙曲線的一支.故選D.
答案:D
2.已知點A(-2,0),B(3,0),
5、動點P(x,y)滿足=x2,則點P的軌跡是( )
A.圓 B.橢圓
C.拋物線 D.雙曲線
解析:設(shè)動點P的坐標為(x,y),則=(-2-x,-y),
=(3-x,-y),由=x2,得y2=x+6.故選C.
答案:C
3.已知橢圓+=1的左、右兩個焦點分別是F1,F(xiàn)2,P是這個橢圓上的一個動點,延長F1P到Q,使得|PQ|=|F2P|,則Q的軌跡方程是______________.
解析:提示:用定義法求軌跡方程.
答案:(x+1)2+y2=16
1.曲線C是平面內(nèi)與兩個定點F1(-1,0)和F
6、2(1,0)的距離的積等于常數(shù)a2(a>1)的點的軌跡,給出下列三個結(jié)論:
①曲線C過坐標原點;
②曲線C關(guān)于坐標原點對稱;
③若點P在曲線C上,則△F1PF2的面積不大于a2.
其中,所有正確結(jié)論的序號是____________.
解析: ①曲線C經(jīng)過原點,這點不難驗證是錯誤的,如果經(jīng)過原點,那么a=1,與條件不符;
②曲線C關(guān)于原點對稱,這點顯然正確,如果在某點處|PF1||PF2|=a2,關(guān)于原點的對稱點處也一定符合|PF1||PF2|=a2;
③三角形的面積S△F1F2P≤,因為S△F1F2P=|PF1||PF2|sin∠F1PF2≤|PF1||PF2|=.所以②③正
7、確.
答案:②③
2.(2013新課標全國卷Ⅱ)在平面直角坐標系xOy中,已知圓P在x軸上截得線段長為2,在y軸上截得線段長為2.
(1)求圓心P的軌跡方程;
(2)若P點到直線y=x的距離為,求圓P的方程.
解析:(1)設(shè)P(x,y),圓P的半徑為r.
則y2+2=r2,x2+3=r2.
∴y2+2=x2+3,即y2-x2=1.
∴P點的軌跡方程為y2-x2=1.
(2)設(shè)P的坐標為(x0,y0),
則=,即|x0-y0|=1.
∴y0-x0=1,即y0=x01.
①當y0=x0+1時,由y-x=1得(x0+1)2-x=1.
∴∴r2=3.
∴圓P
8、的方程為x2+(y-1)2=3.
②當y0=x0-1時,由y-x=1得(x0-1)2-x=1.
∴∴r2=3.
∴圓P的方程為x2+(y+1)2=3.
綜上所述,圓P的方程為x2+(y1)2=3.
1.(2013鹽城模擬)設(shè)M、N為拋物線C:y=x2上的兩個動點,過M、N分別作拋物線C的切線l1、l2,與x軸分別交于A、B兩點,且l1與l2相交于點P,若AB=1.
(1)求點P的軌跡方程;
(2)求證:△MNP的面積為一個定值,并求出這個定值.
(1)解析:y′=2x,設(shè)M(m,m2),N(n,n2),則依題意知,切線l1,l2的斜率分別為k1=2m,k2=
9、2n,切線方程分別為y=2mx-m2,y=2nx-n2,
則A,B,設(shè)P(x,y),由
得①
因為AB=1,所以|n-m|=2,
即(m+n)2-4mn=4,將①代入上式得:y=x2-1,
所以點P的軌跡方程為y=x2-1.
(2)證明:設(shè)直線MN的方程為y=kx+b(b>0).
聯(lián)立方程消去y得x2-kx-b=0,
所以m+n=k,mn=-b,②
點P到直線MN的距離d=,MN=|m-n|,所以S△MNP=dMN=|m-n|=(m-n)2|m-n|=2.
即△MNP的面積為定值2.
2.(2012天津六校聯(lián)考)已知橢圓的中心在坐標原點,焦點在x軸上,短軸長為
10、2,且兩個焦點和短軸的兩個端點恰為一個正方形的頂點.過右焦點F與x軸不垂直的直線l交橢圓于P,Q兩點.
(1)求橢圓的方程.
(2)在線段OF上是否存在點M(m,0),使得|MP|=|MQ|?若存在,求出m的取值范圍;若不存在,請說明理由.
解析:(1)因為橢圓的短軸長2b=2,b=1,
又因為兩個焦點和短軸的兩個端點恰為一個正方形的頂點,所以b=c,得a2=b2+c2=2.故橢圓的方程為+y2=1.
(2)①若l與x軸重合,顯然M與原點重合,m=0.
②若直線l的斜率k≠0,則可設(shè)l:y=k(x-1),設(shè)P(x1,y1),Q(x2,y2),則消去y得x2+2k2(x2-2x+1)-2=0,整理得(1+2k2)x2-4k2x+2k2-2=0.
x1+x2=?PQ的中點橫坐標為,
代入l:y=k(x-1)可得:PQ的中點為N, 由|MP|=|MQ|得MN⊥PQ,則kMNk=-1,可得m=,所以m==∈,綜合①②得m∈.
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