求轨迹方程的六种常用技法轨迹方程的探求是解析几何中的基本问题之一,也是近几年来高考中的常见题型之一。
学生解这类问题时,不善于揭示问题的内部规律及知识之间的相互联系,动辄就是罗列一大堆的坐标关系,进行无目的大运动量运算,致使不少学生丧失信心,半途而废,因此,在平时教学中,总结和归纳探求轨迹方程的常用技法,对提高学生的解题能力、优化学生的解题思路很有帮助。
本文通过典型例子阐述探求轨迹方程的常用技法。
1.直接法根据已知条件及一些基本公式如两点间距离公式,点到直线的距离公式,直线的斜率公式等,直接列出动点满足的等量关系式,从而求得轨迹方程。
例1.已知线段6=AB ,直线BM AM ,相交于M ,且它们的斜率之积是49,求点M 的轨迹方程。
解:以AB 所在直线为x 轴,AB 垂直平分线为y 轴建立坐标系,则(3,0),(3,0)A B -,设点M 的坐标为(,)x y ,则直线AM 的斜率(3)3AM yk x x =≠-+,直线BM 的斜率(3)3AM yk x x =≠- 由已知有4(3)339y y x x x •=≠±+-化简,整理得点M 的轨迹方程为221(3)94x y x -=≠± 练习:1.平面内动点P 到点(10,0)F 的距离与到直线4x =的距离之比为2,则点P 的轨迹方程是 。
2.设动直线l 垂直于x 轴,且与椭圆2224x y +=交于A 、B 两点,P 是l 上满足1PA PB ⋅=的点,求点P 的轨迹方程。
3. 到两互相垂直的异面直线的距离相等的点,在过其中一条直线且平行于另一条直线的平面内的轨迹是 ( ) A .直线 B .椭圆 C .抛物线 D .双曲线 2.定义法通过图形的几何性质判断动点的轨迹是何种图形,再求其轨迹方程,这种方法叫做定义法,运用定义法,求其轨迹,一要熟练掌握常用轨迹的定义,如线段的垂直平分线,圆、椭圆、双曲线、抛物线等,二是熟练掌握平面几何的一些性质定理。
例2.若(8,0),(8,0)B C -为ABC ∆的两顶点,AC 和AB 两边上的中线长之和是30,则ABC ∆的重心轨迹方程是_______________。
解:设ABC ∆的重心为(,)G x y ,则由AC 和AB 两边上的中线长之和是30可得230203BG CG +=⨯=,而点(8,0),(8,0)B C -为定点,所以点G 的轨迹为以,B C 为焦点的椭圆。
所以由220,8a c ==可得2210,6a b a c ==-=故ABC ∆的重心轨迹方程是221(0)10036x y y +=≠ 练习:4.方程222(1)(1)|2|x y x y -+-=++表示的曲线是 ( ) A .椭圆 B .双曲线 C .线段 D .抛物线 3.点差法圆锥曲线中与弦的中点有关的问题可用点差法,其基本方法是把弦的两端点1122(,),(,)A x y B x y 的坐标代入圆锥曲线方程,然而相减,利用平方差公式可得12x x +,12y y +,12x x -,12y y -等关系式,由于弦AB 的中点(,)P x y 的坐标满足122x x x =+, 122y y y =+且直线AB 的斜率为2121y y x x --,由此可求得弦AB 中点的轨迹方程。
例3.椭圆22142x y +=中,过(1,1)P 的弦恰被P 点平分,则该弦所在直线方程为_________________。
解:设过点(1,1)P 的直线交椭圆于11(,)A x y 、22(,)B x y ,则有2211142x y += ① 2222142x y += ② ①-②可得12121212()()()()042x x x x y y y y -+-++=而(1,1)P 为线段AB 的中点,故有12122,2x x y y +=+=所以12121212()2()210422x x y y y y x x -⨯-⨯-+=⇒=--,即12AB k =-所以所求直线方程为11(1)2y x -=--化简可得230x y +-= 练习:5.已知以(2,2)P 为圆心的圆与椭圆222x y m +=交于A 、B 两点,求弦AB 的中点M的轨迹方程。
6.已知双曲线2212y x -=,过点(1,1)P 能否作一条直线l 与双曲线交于,A B 两点,使P 为线段AB 的中点? 4.转移法转移法求曲线方程时一般有两个动点,一个是主动的,另一个是次动的。
当题目中的条件同时具有以下特征时,一般可以用转移法求其轨迹方程: ①某个动点P 在已知方程的曲线上移动; ②另一个动点M 随P 的变化而变化; ③在变化过程中P 和M 满足一定的规律。
例4. 已知P 是以12,F F 为焦点的双曲线221169x y -=上的动点,求12F F P ∆的重心G 的轨迹方程。
解:设 重心(,)G x y ,点 00(,)P x y ,因为12(4,0),(4,0)F F -则有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=++-=30003044y y x x , 故⎩⎨⎧==y y x x 3030代入19201620=-y x 得所求轨迹方程2291(0)16x y y -=≠ 例5.抛物线24x y =的焦点为F ,过点(0,1)-作直线l 交抛物线A 、B 两点,再以AF 、BF 为邻边作平行四边形AFBR ,试求动点R 的轨迹方程。
解法一:(转移法)设(,)R x y ,∵(0,1)F ,∴平行四边形AFBR 的中心为1(,)22x y P +,将1y kx =-,代入抛物线方程,得2440x kx -+=, 设1122(,),(,)A x y B x y ,则21212121216160||14444k k x x kx x k x x x x ⎧∆=->>⎧⎪⎪⎪⎪+=⇒+=⎨⎨⎪⎪==⎪⎪⎩⎩ ①∴222212121212()24244x x x x x x y y k ++-+===-, ∵P 为AB 的中点.∴⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+=+=+=1222122222121k y y y k x x x ⇒⎩⎨⎧-==3442k y k x ,消去k 得 24(3)x y =+,由①得,||4x >,故动点R 的轨迹方程为24(3)(||4)x y x =+>。
解法二:(点差法)设(,)R x y ,∵(0,1)F ,∴平行四边形AFBR 的中心为1(,)22x y P +,设1122(,),(,)A x y B x y ,则有2114x y = ① 2224x y = ②由①-②得12121212()()4()4l x x x x y y x x k -+=-⇒+= ③而P 为AB 的中点且直线l 过点(0,1)-,所以1211322,22l y x y x x x k x x ++++=⨯===代入③可得34y x x+=⨯,化简可得22124124x x y y -=+⇒=④由点1(,)22x y P +在抛物线口内,可得221()48(1)22x y x y +<⨯⇒<+⑤将④式代入⑤可得222128(1)16||44x x x x -<+⇒>⇒> 故动点R 的轨迹方程为24(3)(||4)x y x =+>。
练习:7.已知(1,0),(1,4)A B -,在平面上动点Q 满足4QA QB ⋅=,点P 是点Q 关于直线2(4)y x =-的对称点,求动点P 的轨迹方程。
5.参数法求曲线的轨迹方程是解析几何的两个基本问题之一,求符合某种条件的动点的轨迹方程,其实质就是利用题设中的几何条件,通过“坐标互化”将其转化为寻求变量间的关系。
在确定了轨迹方程之后,有时题目会就方程中的参数进行讨论;参数取值的变化使方程表示不同的曲线;参数取值的不同使其与其他曲线的位置关系不同;参数取值的变化引起另外某些变量的取值范围的变化等等。
例6.过点(2,0)M -作直线l 交双曲线221x y -=于A 、B 两点,已知OP OA OB =+。
(1)求点P 的轨迹方程,并说明轨迹是什么曲线;(2)是否存在这样的直线l ,使OAPB 矩形?若存在,求出l 的方程;若不存在,说明理由。
解:当直线l 的斜率存在时,设l 的方程为(2)(0)y k x k =+≠,代入方程221x y -=,得2222(1)4410k x k x k ----=因为直线l 与双曲线有两个交点,所以210k -≠,设1122(,),(,)A x y B x y ,则22121222441,11k k x x x x k k ++==-- ①21212122244(2)(2)()4411k k ky y k x k x k x x k k k k⋅+=+++=++=+=-- 设(,)P x y ,由OP OA OB =+ 得212122244(,)(,)(,)11k kx y x x y y k k=++=-- ∴2224141k x k k y k ⎧=⎪-⎪⎨⎪=⎪-⎩ 所以x k y =,代入241k y k =-可得241()x y y x y =-,化简得 2240x y x -+=即22(2)4x y +-= ②当直线l 的斜率不存在时,易求得(4,0)P -满足方程②,故所求轨迹方程为22(2)4(0)x y y +-=≠,其轨迹为双曲线。
(也可考虑用点差法求解曲线方程)(2)平行四边OPAB 为矩形的充要条件是0OA OB ⋅=即12120x x y y += ③ 当k 不存在时,A 、B 坐标分别为(3)-、(2,3)-,不满足③式当k 存在时,222121212121212(2)(2)(1)2()4x x y y x x k x k x k x x k x x k +=+++=++++2222222(1)(14)244011k k k k k k k ++⋅=-+=--化简得22101k k +=-, 此方程无实数解,故不存在直线l 使OPAB 为矩形。
练习:8.设椭圆方程为1422=+y x ,过点(0,1)M 的直线l 交椭圆于点A 、B ,O 是坐标原点,点P 满足)(21+=,点N 的坐标为)21,21(,当l 绕点M 旋转时,求: (1)动点P 的轨迹方程; (2)||的最小值与最大值。
9.设点A 和B 为抛物线24(0)y px p =>上原点O 以外的两个动点,且OA OB ⊥,过O 作OM AB ⊥于M ,求点M 的轨迹方程。
6.交轨法若动点是两曲线的交点,可以通过这两曲线的方程直接求出交点的方程,也可以解方程组先求出交点的参数方程,再化为普通方程。