招式八:轨迹问题轨迹法:1.直接法:如果动点运动的条件就是一些几何量的等量关系,这些条件简单明确,不需要特殊的技巧,易于表述成含x,y 的等式,就得到轨迹方程,这种方法称之为直接法;例1、已知直角坐标系中,点Q (2,0),圆C 的方程为122=+y x ,动点M 到圆C 的切线长与MQ的比等于常数)0(>λλ,求动点M 的轨迹。
【解析】设MN 切圆C 于N ,则222ON MO MN-=。
设),(y x M ,则 2222)2(1yx y x +-=-+λ 化简得0)41(4))(1(22222=++-+-λλλx y x(1) 当1=λ时,方程为45=x ,表示一条直线。
(2) 当1≠λ时,方程化为2222222)1(31)12(-+=+--λλλλy x 表示一个圆。
◎◎如图,圆1O 与圆2O 的半径都是1,124O O =. 过动点P 分别作圆2O 、圆2O 的切线PM PN ,(M N ,分别为切点),使得2PM PN =. 试建立适当的坐标系,并求动点P 的轨迹方程.【解析】以12O O 的中点O 为原点,12O O 所在直线为x 轴,建立如图所示的平面直角坐标系,则 1(20)O -,,2(20)O ,.由已知2PM PN =,得222PM PN =. 因为两圆半径均为1,所以221212(1)PO PO -=-.设()P x y ,,则 2222(2)12[(2)1]x y x y ++-=-+-,y xQMNO即22(6)33x y -+=.(或221230x y x +-+=) 评析:1、用直接法求动点轨迹一般有建系,设点,列式,化简,证明五个步骤,最后的证明可以省略,但要注意“挖”与“补”。
2、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。
2.定义法:运用解析几何中一些常用定义(例如圆锥曲线的定义),可从曲线定义出发直接写出轨迹方程,或从曲线定义出发建立关系式,从而求出轨迹方程。
例2、已知动圆过定点,02p ⎛⎫⎪⎝⎭,且与直线2p x =-相切,其中0p >.求动圆圆心C 的轨迹的方程;【解析】如图,设M 为动圆圆心,,02p ⎛⎫⎪⎝⎭为记为F ,过点M 作直线2p x =-的垂线,垂足为N ,由题意知:MF MN =即动点M 到定点F 与定直线2px =-的距离相等, 由抛物线的定义知,点M 的轨迹为抛物线,其中,02p F ⎛⎫⎪⎝⎭为焦点, 2p x =-为准线,所以轨迹方程为22(0)y px P =>;◎◎ 已知圆O 的方程为 x 2+y 2=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。
【解析】由中垂线知,PM PA =故10==+=+OM PO PM PO PA ,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1251625)3(22=++y x ,02p ⎛⎫ ⎪⎝⎭2px =-◎◎已知A 、B 、C 是直线l 上的三点,且|AB|=|BC|=6,⊙O′切直线l 于点A ,又过B 、C 作⊙O′异于l 的两切线,设这两切线交于点P ,求点P 的轨迹方程.【解析】设过B 、C 异于l 的两切线分别切⊙O′于D 、E 两点, 两切线交于点P .由切线的性质知:|BA|=|BD|,|PD|=|PE|,|CA|=|CE|,故|PB|+|PC|=|BD|+|PD|+|PC|=|BA|+|PE|+|PC|=|BA|+|CE|=|AB|+|CA|=6+12=18>6=|BC|,故由椭圆定义知, 点P 的轨迹是以B 、C 为两焦点的椭圆,以l 所在的直线为x 轴,以BC 的中点为原点,建立坐标系,可求得动点P 的轨迹方程为:2218172x y +=评析:定义法的关键是条件的转化——转化成某一基本轨迹的定义条件。
三、相关点法:动点所满足的条件不易表述或求出,但形成轨迹的动点P(x,y)却随另一动点Q(x’,y’)的运动而有规律的运动,且动点Q 的轨迹为给定或容易求得,则可先将x’,y’表示为x,y 的式子,再代入Q 的轨迹方程,然而整理得P 的轨迹方程,代入法也称相关点法。
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。
例3、如图,从双曲线x 2-y 2=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。
【解析】设动点P 的坐标为(x,y ),点Q 的坐标为(x 1,y 1) 则N ( 2x -x 1,2y -y 1)代入x+y=2,得2x -x 1+2y -y 1=2①又PQ 垂直于直线x+y=2,故111=--x x y y ,即x -y+y 1-x 1=0②由①②解方程组得12321,1212311-+=-+=y x y y x x , 代入双曲线方程即可得P 点的轨迹方程是2x 2-2y 2-2x+2y -1=0lO'P EDC BA◎◎已知椭圆)0(12222>>=+b a by a x 的左、右焦点分别是F 1(-c ,0)、F 2(c ,0),Q 是椭圆外的动点,满足.2||1a F =点P 是线段F 1Q 与该椭圆的交点,点T 在线段F 2Q 上,并且满足.0||,022≠=⋅TF TF求点T 的轨迹C 的方程; 【解析】解法一:(相关点法)设点T 的坐标为).,(y x 当0||=时,点(a ,0)和点(-a ,0)在轨迹上.当|0||0|2≠≠TF 且时,由02=⋅TF ,得2TF ⊥.又||||2PF PQ =,所以T 为线段F 2Q 的中点. 设点Q 的坐标为(y x '',),则⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧'=+'=.2,2y y c x x 因此⎩⎨⎧='-='.2,2y y c x x ①由a F 2||1=得.4)(222a y c x ='++' ②将①代入②,可得.222a y x =+综上所述,点T 的轨迹C 的方程是.222a y x =+ 解法二:(几何法) 设点T 的坐标为).,(y x当0||=时,点(a ,0)和点(-a ,0)在轨迹上.当|0||0|2≠≠TF 且时,由0||||2=⋅TF ,得2TF ⊥.又||||2PF PQ =,所以T 为线段F 2Q 的中点. 在△QF 1F 2中,a Q F OT ==||21||1,所以有.222a y x =+ 综上所述,点T 的轨迹C 的方程是.222a y x =+评析:一般地:定比分点问题,对称问题或能转化为这两类的轨迹问题,都可用相关点法。
四、参数法:求轨迹方程有时很难直接找到动点的横坐标、纵坐标之间的关系,则可借助中间变量(参数),使x,y 之间建立起联系,然而再从所求式子中消去参数,得出动点的轨迹方程。
例4、在平面直角坐标系xOy 中,抛物线y=x 2上异于坐标原点O 的两不同动点A 、B 满足AO ⊥BO (如图4所示).求△AOB 的重心G (即三角形三条中线的交点)的轨迹方程;【解析】解法一:以OA 的斜率k 为参数由{2y kx y x==解得A (k ,k 2) ∵OA ⊥OB ,∴OB :1y x k =-由21y x k y x⎧⎪=-⎨⎪=⎩解得B 211,k k ⎛⎫- ⎪⎝⎭ 设△AOB 的重心G (x ,y ),则22113113x k k y k k ⎧⎛⎫=- ⎪⎪⎪⎝⎭⎨⎛⎫⎪=+ ⎪⎪⎝⎭⎩消去参数k 得重心G 的轨迹方程为2233y x =+解法二:设△AOB 的重心为G(x,y),A(x 1,y 1),B(x 2,y 2),则⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=332121y y y x x x (1)∵OA ⊥OB ∴1-=⋅OB OA k k ,即12121-=+y y x x , (2)又点A ,B 在抛物线上,有222211,x y x y ==,代入(2)化简得121-=x x∴32332)3(31]2)[(31)(3132221221222121+=+⨯=-+=+=+=x x x x x x x x y y y 所以重心为G 的轨迹方程为3232+=x y 。
◎◎如图,设抛物线2:x y C =的焦点为F ,动点P 在直线02:=--y x l 上运动,过P 作抛物线C 的两条切线PA 、PB ,且与抛物线C 分别相切于A 、B 两点.求△APB 的重心G 的轨迹方程.【解析】设切点A 、B 坐标分别为))((,(),(0121120x x x x x x ≠和,∴切线AP 的方程为:;02200=--x y x x切线BP 的方程为:;02211=--x y x x解得P 点的坐标为:101,2x x y x x x P P =+= 所以△APB 的重心G 的坐标为 P PG x x x x x =++=310,,343)(3321021010212010pP P G y x x x x x x x x x y y y y -=-+=++=++=所以243G G p x y y +-=,由点P 在直线l 上运动,从而得到重心G 的轨迹方程为:).24(31,02)43(22+-==-+--x x y x y x 即五、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。
例5 、抛物线)0(42>=p px y 的顶点作互相垂直的两弦OA 、OB ,求抛物线的顶点O 在直线AB 上的射影M 的轨迹。
解1(交轨法):点A 、B 在抛物线)0(42>=p px y 上,设A (),42A Ay py ,B (),42BB y p y 所以k OA =A y p 4 k OB =B y p 4,由OA 垂直OB 得k OA k OB = -1,得y A y B = -16p 2 ,又AB 方程可求得)4(44222p y x py p y y y y y ABA B A A ---=-,即(y A +y B )y --4px --y A y B =0,把 y A y B = -16p 2代入得AB 方程(y A +y B )y --4px+16p 2 =0 ① 又OM 的方程为 x Py y y BA 4-+=②由①②消去得y A +y B 即得0422=-+px y x , 即得2224)2(p y p x =+-。
所以点M 的轨迹方程为2224)2(p y p x =+-,其轨迹是以)0,2(p 为圆心,半径为p 2的圆,除去点(0,0)。