圓錐曲線定值問題一般較為復(fù)雜.這類問題通常與動直線有關(guān),要求證明某個變量(或含有變量的代數(shù)式)為一個常數(shù),即定值.下面主要介紹兩類圓錐曲線定值問題的解法.
一、證明與直線斜率有關(guān)的某個代數(shù)式為定值
一般地,直線的斜率可用兩點(diǎn)的坐標(biāo)表示.當(dāng)一條動直線與圓錐曲線相交時,求證與直線斜率有關(guān)的某個代數(shù)式為定值,要先設(shè)出動直線的方程,以及直線與圓錐曲線的交點(diǎn)坐標(biāo);然后利用根與系數(shù)關(guān)系將兩交點(diǎn)的橫(縱)坐標(biāo)之和、積分別表示出來;再將與直線斜率有關(guān)的代數(shù)式用交點(diǎn)的橫(縱)坐標(biāo)之和或之積表示出來,通過恒等變換,消去參數(shù),證明所得的結(jié)果為定值.
例1.已知橢圓[C:x24+y22=1,]點(diǎn)[A(2,0),]過[P(2,-4)]的直線[l]交橢圓[C]于[M,N]兩點(diǎn),證明:直線[AM]的斜率與直線[AN]的斜率之和是定值.
證明:由題意知直線[l]的斜率存在,設(shè)其方程為[y=kx+m,][M(x1,y1),N(x2,y2)],
聯(lián)立直線和橢圓的方程得[y=kx+m,x2+2y2=4,]
消去y得[(1+2k2)x2+4kmx+2m2-4=0],
則[x1+x2=-4km1+2k2,][x1x2=2m2-41+2k2],
又[kAM+kAN=y1x1-2+y2x2-2,]
將[y1=kx1+m,y2=kx2+m]代入,
得[kAM+kAN=kx1+mx1-2+kx2+mx2-2]
[=-4(2k+m)1+2k2?1+2k22(2k+m)2=-22k+m,]
由于點(diǎn)[P(2,-4)]在直線[y=kx+m]上,所以[2k+m=-4,]
所以[kAM+kAN=-2-4=12,]即直線[AM,AN]的斜率之和為定值[12.]
設(shè)出兩交點(diǎn)[M,N]的坐標(biāo),即可把直線AM、AN的斜率之和用M、N的坐標(biāo)表示出來;再根據(jù)韋達(dá)定理得出[x1x2、x1+x2、y1y2、y1+y2],并將其代入直線AM、AN的斜率之和中,通過化簡整理得到定值.
二、求證一定點(diǎn)到一動直線的距離為定值
求證一定點(diǎn)到一動直線的距離為定值,往往需先設(shè)出動直線的方程,若動直線與圓錐曲線相交于兩點(diǎn),則需設(shè)出兩個交點(diǎn)的坐標(biāo)[(x1,y1)、(x2,y2)];再通過聯(lián)立方程,根據(jù)韋達(dá)定理求出[x1x2、x1+x2,][y1y2、y1+y2];然后根據(jù)交點(diǎn)所滿足的條件和已知條件得到關(guān)于參數(shù)的關(guān)系式,并據(jù)此推導(dǎo)出定點(diǎn)到動直線的距離為定值.
例2.已知橢圓[x23+y2=1,]過原點(diǎn)O作兩條互相垂直的射線,分別與橢圓交于[A,B]兩點(diǎn),求證點(diǎn)O到直線[AB]的距離為定值.
解:(1)當(dāng)直線AB斜率不存在,那么[ΔOAB]一定是等腰直角三角形,設(shè)直線AB方程為[x=n],將其代入橢圓的方程中得[y=±3-n23],
故點(diǎn)[A(n,3-n23),B(n,-3-n23)],
又[OA?OB=0],故[n2-3-n23=0],得[n=±32],所以存在直線[x=32,x=-32],則點(diǎn)O到直線AB的距離都是[32.]
(2)若直線AB的斜率存在,設(shè)直線[AB]的方程為[y=kx+m,]即[kx-y+m=0],則原點(diǎn)O到直線[AB]的距離是[d=m1+k2],
設(shè)點(diǎn)[A(x1,y1),B(x2,y2),]
又[OA⊥OB,]則[x1x2+y1y2=0] ①,
將直線方程與橢圓方程聯(lián)立得,[x2+3(kx+m)2=3,] [(1+3k2)x2+6kmx+3m2-3=0,]則[x1+x2=-6km1+3k2, x1x2=]
[3m2-31+3k2,] [y1y2=(kx1+m)(kx2+m)=-3k2+m21+3k2],得[4m2-3k2-3=0] ②.
由①②得[4m2=3k2+3,][m2k2+1=34,]故[d=m21+k2=32.]
解答本題,需根據(jù)[OA⊥OB]得出[x1x2+y1y2=0],將問題轉(zhuǎn)化為兩點(diǎn)坐標(biāo)之間的關(guān)系問題.再根據(jù)韋達(dá)定理和點(diǎn)到直線的距離公式來建立關(guān)系式、消參,從而得到定值.
由此可見解答圓錐曲線定值問題,需注意:(1)根據(jù)直線與圓錐曲線之間的關(guān)系式構(gòu)造一元二次方程,利用韋達(dá)定理來建立關(guān)系式;(2)要合理設(shè)出直線的方程,可設(shè)為斜截式[y=kx+m,]也可設(shè)為橫截式[x=my+n,]這樣就不用討論直線斜率不存在的情況;(3)在寫出所求量的表達(dá)式后,要進(jìn)行等量代換,以達(dá)到消參的目的.
(作者單位:陜西省神木市職業(yè)技術(shù)教育中心)