求证:过椭圆上一点作两条垂直直线交椭圆于两点,这两点连线必过定点,并求出定点坐标。

2024-05-07 02:29

1. 求证:过椭圆上一点作两条垂直直线交椭圆于两点,这两点连线必过定点,并求出定点坐标。

令椭圆为x^2/a^2+y^2/b^2=1(a>b>0)
令椭圆上一点为P(x0,y0)。过点P作PA⊥PB,交椭圆于A(x1,y1)、B(x2,y2)
令AB所在直线为y=kx+m(假设AB所在直线的斜率存在)
 
由斜率公式有
kpa=(y1-y0)/(x1-x0)(此时x1≠x0,即PA不垂直于x轴)
kpb=(y2-y0)/(x2-x0)(此时x2≠x0,即PB不垂直于x轴)
因PA⊥PB,则有kpa·kpb=-1
即有(x1-x0)(x2-x0)+(y1-y0)(y2-y0)=0
即有[x1x2-(x1+x2)x0+x0^2]+[y1y2-(y1+y2)y0+y0^2]=0(I)
 
联立直线AB与椭圆方程有(b^2+k^2a^2)x^2+2kma^2x+(m^2a^2-a^2b^2)=0
由韦达定理有
x1+x2=-2kma^2/(b^2+k^2a^2)(II)
x1x2=(m^2a^2-a^2b^2)/(b^2+k^2a^2)(III)
又A、B都在直线AB上,则有
y1=kx1+m
y2=kx2+m
两式相加并结合(II)得
y1+y2=k(x1+x2)+2m=2mb^2/(b^2+k^2a^2)(IV)
两式相乘并结合(II)(III)得
y1y2=k^2x1x2+km(x1+x2)+m^2=(m^2b^2-k^2a^2b^2)/(b^2+k^2a^2)(V)
 
将(II)~(V)代入(I)有
a^2[(kx0+m)^2+b^2(x0^2/a^2-1)]+b^2[(y0-m)^2+k^2a^2(y0^2/b^2-1)]=0
注意到P在椭圆上,则x0^2/a^2+y0^2/b^2=1
即有x0^2/a^2-1=-y0^2/b^2
y0^2/b^2-1=-x0^2/a^2
于是有a^2[(kx0+m)^2-y0^2]+b^2[(y0-m)^2-k^2x0^2]=0
即有a^2(kx0+m-y0)(kx0+m+y0)+b^2(y0-m-kx0)(y0-m+kx0)=0
即有a^2(kx0+m-y0)(kx0+m+y0)=b^2(kx0+m-y0)(y0-m+kx0)
因P不在直线AB上,则kx0+m-y0≠0
所以有a^2(kx0+m+y0)=b^2(y0-m+kx0)
整理得m=(b^2-a^2)(kx0+y0)/(a^2+b^2)
代入直线AB得
y=kx+m=kx+(b^2-a^2)(kx0+y0)/(a^2+b^2)
即有y-(b^2-a^2)y0/(a^2+b^2)=k[x-(a^2-b^2)x0/(a^2+b^2)]
表明直线AB过定点((a^2-b^2)x0/(a^2+b^2),(b^2-a^2)y0/(a^2+b^2))
 
以下还需要验证两个特殊情形:
(1)若直线PA与PB有一条直线垂直于x轴时,即kpa或kpb斜率不存在时,此时AB仍过定点((a^2-b^2)x0/(a^2+b^2),(b^2-a^2)y0/(a^2+b^2))
证明:令PA垂直于x轴,则PB平行于x轴
由椭圆的对称性易知A(x0,-y0),B(-x0,y0)
由两点式有直线AB:y-y0=[(y0+y0)/(-x0-x0)](x+x0)
即y=-(y0/x0)x
显然(b^2-a^2)y0/(a^2+b^2)=-(y0/x0)[(a^2-b^2)x0/(a^2+b^2)]
即AB过定点
(2)若直线AB垂直于x轴,即AB的斜率不存在,此时AB仍过定点((a^2-b^2)x0/(a^2+b^2),(b^2-a^2)y0/(a^2+b^2))
证明:令直线AB为x=m(显然-a<m<a),代入椭圆方程有
y1=-b/a√(a^2-m^2),y2=b/a√(a^2-m^2)
则A(m,-b/a√(a^2-m^2)),B(m,b/a√(a^2-m^2))
注意到,AB斜率不存在时,PA、PB斜率一定都存在
由斜率公式有
kpa=[y0+b/a√(a^2-m^2)]/(x0-m)
kpb=[y0-b/a√(a^2-m^2)]/(x0-m)
因PA⊥PB,则有kpa·kpb=-1
即[y0^2-b^2/a^2(a^2-m^2)]/(x0-m)^2=-1
即(a^2y0^2-a^2b^2+b^2m^2)+a^2(x0-m)^2=0
而P在椭圆上,即有a^2y0^2-a^2b^2=-b^2x0^2
所以有b^2(m^2-x0^2)+a^2(x0-m)^2=0
即(x0-m)[(a^2-b^2)x0-(a^2+b^2)m]=0
又因P为在AB上,则x0≠m
所以(a^2-b^2)x0-(a^2+b^2)m=0
即m=(a^2-b^2)x0/(a^2+b^2)
显然此时AB(x=m)过定点((a^2-b^2)x0/(a^2+b^2),(b^2-a^2)y0/(a^2+b^2))
 
 
综上,过椭圆上一点作两条垂直直线交椭圆于两点,这两点连线必过定点。(这也就是圆锥曲线直角弦的重要性质之一)

求证:过椭圆上一点作两条垂直直线交椭圆于两点,这两点连线必过定点,并求出定点坐标。

2. 在椭圆 上找一点,使这一点到直线 的距离的最小值。

在椭圆    上找一点,使这一点到直线    的距离的最小值。                   点为                         设椭圆的参数方程为    ,            当    时,    ,此时所求点为    。

3. 在椭圆 上找一点,使这一点到直线 的距离为最小,并求最小值。

     椭圆的参数方程的运用,来研究点到直线的距离公式的运用。         试题分析:解:设椭圆的参数方程为  ,      3分        7分      10分当  时,  ,此时所求点为     .12分法2:设直线x-2y+m=0利用方程组也可求解。点评:考查了点到直线的距离公式的运用,以及椭圆参数方程的运用,属于基础题。    

在椭圆  上找一点,使这一点到直线  的距离为最小,并求最小值。

4. 求证椭圆上任意一点,过此点作二条直线互相垂直且交椭圆与二点,这二点的连线过定点

不好意思,打错了
证明过程实在是太长了,不好打。
这二点的连线过定点
横坐标[(a^2-b^2)/(a^2+b^2)]x0
纵坐标[(b^2-a^2)/(a^2+b^2)]y0
其中(x0,y0)是椭圆上任意一点的坐标。
楼主加点分我给你过程。太长了,我有一个PDF格式的文件,里面证明了所有的圆锥曲线都有这样的性质,恒过一定点
我Q
3
2
7
5
5
2
3
9
0
不一定在线

5. 在椭圆 上找一点,使这一点到直线 的距离的最小值。

     点为           设椭圆的参数方程为  ,    当  时,  ,此时所求点为  。    

在椭圆  上找一点,使这一点到直线  的距离的最小值。

6. 已知椭圆 的方程为 ,点 的坐标满足 过点 的直线 与椭圆交于 、 两点,点 为线段 的中点,求

     (Ⅰ)  (Ⅱ)当 a =0, b =0,即点 P ( a , b )为原点时,( a ,0)、(0, b )与(0,0)重点,曲线 L 与坐标轴只有一个交点(0,0)  当 a =0且  ,即点 P ( a , b )不在椭圆 C 外且在除去原点的 y 轴上时,点( a ,0)与(0,0)重合,曲线 L 与坐标轴有两个交点(0, b )与(0,0)  同理,当 b =0且  ,即点 P ( a , b )不在椭圆 C 外且在除去原点的 x 轴上时,曲线 L 与坐标轴有两个交点( a ,0)与(0,0)  当  且  ,即点 P ( a , b )在椭圆 C 内且不在坐标轴上时,曲线 L 与坐标轴有三个交点( a ,0)、(0, b )与(0,0)           (1)设点  、  的坐标分别为  、  ,点  的坐标为  .当  时,设直线  的斜率为  ,则  的方程为  由已知           (1)  (2)由(1)得  , (3)由(2)得  ,             (4)由(3)、(4)及  ,  ,  ,得点 Q 的坐标满足方程                         (5)当  时, k 不存在,此时 l 平行于 y 轴,因此 AB 的中点 Q 一定落在 x 轴上,即 Q 的坐标为( a ,0)  显然点 Q 的坐标满足方程(5)  综上所述,点 Q 的坐标满足方程<img src="http://hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/03087bf40ad162d9adb294ae12dfa9ec8a13cd20.jpg" width="151"

7. 已知点 是直线 被椭圆 所截得的线段中点,求直线 的方程。

                试题分析:由题意可设  的方程为:  即  由   整理,得    又    的中点为    解得   将  代入  ,得  ,经验证  所以  满足题目要求  所求  的方程为:  即  点评:直线与椭圆相交的中点弦问题的求解一般有两种思路:其一,设出直线方程,与椭圆方程联立将中点坐标转化为两交点坐标,其二,采用点差法,即将两交点坐标分别代入椭圆方程,得到的两式子相减即可得到直线斜率,两种方法都要验证所求直线是否满足与椭圆有两交点    

已知点  是直线  被椭圆  所截得的线段中点,求直线  的方程。

8. 在椭圆 上找一点,使这一点到直线 的距离为最小,并求最小值。

在椭圆    上找一点,使这一点到直线    的距离为最小,并求最小值。              椭圆的参数方程的运用,来研究点到直线的距离公式的运用。