如何做出圆锥曲线和直线的交点(切点)

求作圆锥曲线和直线的交点(切点),是个比较有意思的问题。目前网上几乎见不到资料,本文作了一点探究。应该说,作切点比较容易,而作交点,特别是直线如果不平行于圆锥曲线的对称轴,则比较难。下面我们先来研究如何作圆锥曲线和直线的切点。

1、已知抛物线焦点 及其对称轴 ,求该抛物线与已知直线 的切点。

作法:

  1. 过 、 的交点 作 的垂线 ;
  2. 作射线 关于 的对称射线 ;
  3. 过 作 平行于 ,交 于 点。

点 即为所求。

证明:

过 作 平行于 , 平行于 。
易知, 等于 , 等于 。(两角的边分别平行,则两角相等或者互补)
而 、 关于 对称,所以 等于 。
所以 和 相等。
根据抛物线光学性质得证。

2、已知椭圆焦点 、,求该椭圆与已知直线 的切点(、 在 的同侧)。

作法:

  1. 作 关于 的对称点 ;
  2. 连接 和 ,二者交 于 点。

点 即为所求。

证明:

在 上任取一点 ,连接 、、、。
易知,在三角形 中,,
而前者等于 ,后者等于 ,
即 是到两焦点 、 距离之和最短的点。
根据椭圆光学性质和费马原理得证。

3、已知双曲线焦点 、,求该双曲线与已知直线 的切点(、 在 的异侧)。

作法:

  1. 作 关于 的对称点 ;
  2. 连接 和 ,二者交 于 点。

点 即为所求。

证明:

在 上任取一点 ,连接 、、、。
易知,在三角形 中,,
而前者等于 ,后者等于 ,
即 是到两焦点 、 距离之差最大的点。
根据双曲线光学性质和费马原理得证。

接下来我们看看如何作圆锥曲线和直线的交点(这里的做法是网友提供的)。这里面涉及到了所谓的“阿波罗尼奥斯”问题,限于篇幅未能展开叙述,如果大家确实有兴趣,将来我可能会写一写。

4、已知:抛物线焦点 、准线 及一直线 ,求作抛物线和直线的交点。

作法:

  1. 作 关于 的对称点 ;
  2. 作经过 、 且与 相切的圆;

该圆圆心 、 即为所求。(最多两个点)

证明:

以点 为例,因为圆 与 相切,
所以点 到 的距离等于圆 半径。
又因为圆 过 和 点,
所以点 到 的距离也等于圆 半径,且在 的垂直平分线上,即 在 上。
得证。

5、已知椭圆两焦点 、、长轴长度 ()及一条直线 ,求作椭圆与直线的交点。

作法:

  1. 以 为圆心, 为半径作圆;
  2. 作 关于 的对称点 ;
  3. 作经过 、 且与圆 相切的圆;

该圆圆心 、 即为所求。(最多两个点)

证明:

以点 为例,连接 并延长,交圆 于 点。
因为圆 和圆 相切, 是连心线 和圆 的交点;
所以 是圆 和圆 的切点, 即 等于圆 半径。
又因为圆 过 和 点,
所以 也等于圆 半径。
而 等于 与 的和,等于 ,
所以 与 的和等于 。
又因为圆 过 和 ,
所以 在 和 的垂直平分线上, 即 在直线 上。
得证。

6、已知双曲线两焦点 、、实轴长度 ()及一条直线 ,求作双曲线与直线的交点。

作法:

  1. 以 为圆心, 为半径作圆;
  2. 作 关于 的对称点 ;
  3. 作经过 、 且与圆 相切的圆;

该圆圆心 、 即为所求。(最多两个点)

证明:

以点 为例,连接 并反向延长,交圆 于 点。
因为圆 和圆 相切, 是连心线 和圆 的交点;
所以 是圆 和圆 的切点,
即 等于圆 半径。
又因为圆 过 和 点,
所以 也等于圆 半径。
而 等于 与 的差,等于 ,
所以 与 的差(的绝对值)等于 。
又因为圆 过 和 ,
所以 在 和 的垂直平分线上,
即 在直线 上。
得证。
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