例4 经过抛物线y2=2p(x+2p)(p>0)的顶点A作互相垂直的两直线分别交抛物线于B、C两点,求线段BC的中点M轨迹方程。
解:A(-2p,0),设直线AB的方程为y=k(x+2p)(k 0).与抛物线方程联立方程组可解得B点的坐标为 ,由于AC与AB垂直,则AC的方程为 ,与抛物线方程联立方程组可解得C点的坐标为 ,又M为BC中点,设M(x,y),则 ,消去k得y2=px,即点M的轨迹是抛物线。
例3 如图,从双曲线x2-y2=1上一点Q引直线x+y=2的垂线,垂足为N。求线段QN的中点P的轨迹方程。
解:设动点P的坐标为(x,y),点Q的坐标为(x1,y1)
则N( 2x-x1,2y-y1)代入x+y=2,得2x-x1+2y-y1=2 ① 又PQ垂直于直线x+y=2,故 ,即x-y+y1-x1=0 ②
由①②解方程组得 , 代入双曲线方程即可得P点的轨迹方程是2x2-2y2-2x+2y-1=0
练习:已知曲线方程f(x,y)=0.分别求此曲线关于原点,关于x轴,关于y轴,关于直线y=x,关于直线y=-x,关于直线y=3对称的曲线方程。(f(-x,-y)=0,f(x,-y)=0,f(-x,y)=0,f(y,x)=0,f(-x,-y)=0,f(x,6-y)=0)
例2 如图,某建筑工地要挖一个横截面为半圆的柱形土坑,挖出的土只能沿AP、BP运到P处,其中AP=100m,BP=150m,∠APB=600,问怎能样运才能最省工?
解:半圆上的点可分为三类:一是沿AP到P较近,二是沿BP到P较近,三是沿AP或BP一样近。其中第三类的点位于前两类的分界线上,设M为分界线上的任一点,则有 ,即 ,故M在以A,B为焦点的双曲线的右支上。建立如图直角坐标系,得边界的方程为 ,故运土时为了省工,在双曲线弧左侧的土沿AP运到P处,右侧的土沿BP运到P处,在曲线上面的土两边都可运。
说明:利用双曲线的定义可直接写出双曲线方程。
练习: 已知圆O的方程为 x2+y2=100,点A的坐标为(-6,0),M为圆O上任一点,AM的垂直平分线交OM于点P,求点P的方程。
解:由中垂线知, 故 ,即P点的轨迹为以A、O为焦点的椭圆,中心为(-3,0),故P点的方程为
例1 已知直角坐标系中,点Q(2,0),圆C的方程为 ,动点M到圆C的切线长与 的比等于常数 ,求动点M的轨迹。
解:设MN切圆C于N,则 。设 ,则
化简得
(1) 当 时,方程为 ,表示一条直线。
(2) 当 时,方程化为 表示一个圆。
说明:求轨迹方程一般只要求出方程即可,求轨迹却不仅要求出方程而且要说明轨迹是什么。
练习:(待定系数法题型)在 中, ,且 的面积为1,建立适当的坐标系,求以M,N为焦点,且过点P的椭圆方程。
解答过程参考教材P129页例1。
2.要注意求得轨迹方程的完备性和纯粹性。在最后的结果出来后,要注意挖去或补上一些点等。
[典型例题选讲]
1.直接法是基本方法;定义法要充分联想定义、灵活动用定义;代入法要设法找到关系式x’=f(x,y), y’=g(x,y);参数法要合理选取点参、角参、斜率参等参数并学会消参;交轨法要选择参数建立两曲线方程再直接消参;几何法要挖掘几何属性、找到等量关系。
8.点差法:求圆锥曲线中点弦轨迹问题时,常把两个端点设为 并代入圆锥曲线方程,然而作差求出曲线的轨迹方程。
7.待定系数法:求圆、椭圆、双曲线以及抛物线的方程常用待定系数法求。
6.几何法:利用平面几何或解析几何的知识分析图形性质,发现动点运动规律和动点满足的条件,然而得出动点的轨迹方程。
5.交轨法:求两动曲线交点轨迹时,可由方程直接消去参数,例如求两动直线的交点时常用此法,也可以引入参数来建立这些动曲线的联系,然而消去参数得到轨迹方程。可以说是参数法的一种变种。
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