圆锥曲线不联立系列11——定比插参

教育   2024-12-18 23:32   北京  

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1269期圆锥曲线不联立系列11——定比插参

该篇是圆锥曲线不联立系列第11篇,之前的推文可以参看链接

《圆锥曲线不联立系列1——拉格朗日恒等式》
《圆锥曲线不联立系列2——柯西不等式》
《圆锥曲线不联立系列3——参数方程与万能代换》
《圆锥曲线不联立系列4——点差法与中点弦》
《圆锥曲线不联立系列5——定比分点与定比点差》
《圆锥曲线不联立系列6——截距点差法》
《圆锥曲线不联立系列7——轴点差于非轴点差》
《圆锥曲线不联立系列8——对偶构造》
《圆锥曲线不联立系列9——对偶构造之假平移》
《圆锥曲线不联立系列10——斜率双用》


对于《圆锥曲线不联立系列8——对偶构造》中非轴点弦的情况,除了对偶构造假平移技巧之外,还有一种处理思想,就是定比插参,即引入一个参数等于齐次分式,然后借助此参数将分式化为整式等式,类似于导数中的比值代换(有关比值代换可参考小派之前的推文《1220期 老生常谈的差值、比值代换 系统谈6点》)。
这一篇讲一下这种思想下的计算方法——定比插参。

  • 一、两种设参方式对比与联系
    • 1、两种设参方式对比
    • 2、两种设参方式联系
  • 二、定比插参方式1
    • 1、一般公式
    • 2、 轴点弦下的特殊情况
    • 3、 轴点弦下的特殊情况
  • 三、定比插参方式2
    • 2、一般公式
    • 2、 轴点弦下的特殊情况
    • 3、 轴点弦下的特殊情况
  • 四、定比插参在模考中的应用
  • 五、定比插参在高考中的应用

一、两种设参方式对比与联系

如图 1,过定点 的直线(非轴点弦)和椭圆 )相交于 两点

图 1

三点共线可得(关注微信公众号:Hi数学派)

1、两种设参方式对比

对于上式的分式等式可以引入不同的参数,

使其分别转化成两个整式等式

对于 式,有

对于 式,有(关注微信公众号:Hi数学派)

2、两种设参方式联系

注1: 可以发现,两种设参方式都实现了坐标互化,即实现了用点 的坐标 表示出点 的坐标 ,同样将上面的分式先去倒数再设参,可以实现用点 的坐标 表示出点 的坐标

注2: 对于第二种设参方式,可以看出

此即,定比分点的坐标公式,几何意义代表  

注3:(关注微信公众号:Hi数学派)两种设参方式其实可以统一写成一种,只不过最后的坐标互化选取的方式不同,对于 式,如果参数也设成 ,即

只不过把参数设成 ,可以避免整式等式中出现过多的负号,另外其在几何意义上是同学们熟悉的在 时的定比分点公式。

下面用两种设参方式推导不联立解圆锥曲线用到的公式,(以椭圆为例,双曲线只是存在符号上的差异)

二、定比插参方式1

1、一般公式

对于第一种设参方式,有

将其代入椭圆

对上式平方展开,并代入

即(关注微信公众号:Hi数学派)

等式两端同时除以

(关注微信公众号:Hi数学派)移项得

因此,该设参方式下的定比插参用到的公式,即为

该三个公式中,前两个可以实现坐标互换,第二个代表点代入椭圆。这三个方程中共有三个未知量,理论上可解,即使用这三个公式可以不用再联立圆锥曲线解决问题。

2、 轴点弦下的特殊情况

当该直线为 轴点弦,即点 ,则上面三个方程变为

这时,由第三式可以解出 ,再将 代入第二式可解得 ,(关注微信公众号:Hi数学派)即

此即轴点弦对偶构造下的坐标互换公式,其中将 代替,可以参考小派之前的推文《圆锥曲线不联立系列8——对偶构造》

3、 轴点弦下的特殊情况

当该直线为 轴点弦,即点 ,则上面三个方程变为

这时,由第三式可以解出 ,再将 代入第二式可解得 ,即

此即轴点弦对偶构造下的坐标互换公式,其中将 代替,可以参考小派之前的推文《圆锥曲线不联立系列8——对偶构造》

三、定比插参方式2

2、一般公式

对于第二种设参方式,有

将其代入椭圆

即(关注微信公众号:Hi数学派)

对上式平方展开,并代入

等式两端同时除以

移项得

(关注微信公众号:Hi数学派)则

因此,该设参方式下的定比插参用到的公式,即为

该三个公式中,前两个可以实现坐标互换,第二个代表点代入椭圆。这三个方程中共有三个未知量,理论上可解,即使用这三个公式可以不用再联立圆锥曲线解决问题。

2、 轴点弦下的特殊情况

当该直线为 轴点弦,即点 ,则上面三个方程变为

(关注微信公众号:Hi数学派)这时,由第三式可以解出 ,再将 代入第二式可解得 ,即

此即轴点弦对偶构造下的坐标互换公式,其中将 代替,这与定比插参方式1存在符号上的差别。

3、 轴点弦下的特殊情况

当该直线为 轴点弦,即点 ,则上面三个方程变为

这时,由第三式可以解出 ,再将 代入第二式可解得 ,即

此即轴点弦对偶构造下的坐标互换公式,其中将 代替,这与定比插参方式1存在符号上的差别。

四、定比插参在模考中的应用

【2023 届武汉四调T21】(关注微信公众号:Hi数学派)过点 的动直线 与双曲线 ) 交于 两点,当 轴平行时, ,当 轴平行时, .
(1) 求双曲线 的标准方程;
(2) 是直线 上一定点,设直线 的斜率分别为 ,若 为定值,求点 的坐标.

解析:

(1) .

(2),由题意得

所以

将其代入双曲线

对上式平方展开,并代入

,所以(关注微信公众号:Hi数学派)

时, 为定值.

五、定比插参在高考中的应用

【2023 年全国乙卷T20】(关注微信公众号:Hi数学派)已知椭圆 的离心率为 ,点 上.
(1) 的方程.
(2) 过点 的直线交 于点 两点,直线 轴的交点分别为 ,证明:线段 的中点为定点.

图 2

解析:

(1) .

(2) 设点

三点共线得

代入椭圆得

三点共线得

三点共线得

所以(关注微信公众号:Hi数学派)

所以 中点为  定点 .


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