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高考数学圆锥曲线的基本公式推导

圆锥曲线的几大大题特征公式:焦半径、准线、弦长、切线方程、弦中点公式、极线方程 圆锥 曲线 的切 线 方程 在 历年高考题中出现,但是在高中教材及资料都涉及较少。

本文主要探索圆锥曲线的切线方程及其应用。

从而为解这一类题提供统一、清晰、简捷的解法。

【基础知识1:切线方程、极线方程】
【1-0】公式小结:x 2换成xx 0,y 2换成yy 0,x 换成(x+x 0)/2,y 换成(y+y 0)/2. 【1-1】 椭圆的切线方程 :
①椭圆 12222=+b
y a x 上一点),(00y x P 处的切线方程是 12020=+b yy a xx 。

②过椭圆 12222=+b
y a x 外一点),(00y x P 所引两条切线的切点弦方程是 12020=+b yy
a xx 。

③椭圆122
22=+b
y a x 与直线0=++C Bx Ax 相切的条件是022222=-+C b B a A
(也就是下篇文档所讲的硬解定理公式△=0的充要条件) 【1-2】双曲线的切线方程:
①双曲线12222=-b
y a x 上一点),(00y x P 处的切线方程是 12020=-b yy
a xx 。

②过椭圆 12222=-b
y a x 外一点),(00y x P 所引两条切线的切点弦方程是 12020=-b yy
a xx 。

③椭圆122
22=-b
y a x 与直线0=++C Bx Ax 相切的条件是02
2222=--C b B a A
【1-3】抛物线的切线方程:
物线 px y 22
= 上一点),(00y x P 处的切线方程是 )(200x x p yy +=
②过抛物线 px y 22
=外一点 处所引两条切线是)(200x x p yy +=
③抛物线 px y 22
=与直线0=++C Bx Ax 相切的条件是AC pB 22
=
【1-4】 基础知识的证明:
【公式一:曲线C 上切点公式证明】
1、第1种证明思路:过曲线上一点的切线方程
设曲线C 上某一点处 ),(00y x P 的 切 线 方 程 为)(00x x k y y -=-, 联立方程,令
0=∆,得到k 的表达式,
再代入原始式,最后得切线方程式1)()(22
02202020=+=+b
y a x b yy a xx (注: k 的表达式可以在草稿中巧用点差法求,具体见下)
2、第2种证明思路:点差法(求斜率,其余跟第一种方法一样)
证明:设某直线与曲线C 交于M 、N 两点坐标分别为),(11y x 、),(22y x ,中点P ),(00y x
则有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+)
2(.1)1(,122
22
2222
1221ΛΛΛΛb y a x b
y a x ⇒)2()1(-,得.022
22122221=-+-b y y a x x 22
12121212a
b x x y y x x y y -=++⋅--∴ 又.22,000021211212
x y x y x x y y x x y y k MN ==++--=Θ 22
00a b x y k MN -=⋅∴ (弦中点公式的椭圆基本表达式。

双曲线则是2200a b x y k MN =⋅)
当M 、N 无限趋近时,P 在椭圆C 上。

即得切线斜率0
22y x a b k ⋅-=
3、第三种证明思路(注意:仅供理解,考试使用可能分 证明:由2(圆锥曲线切线证明)(同一目录下文章)可知圆上一点的切线方程。

()()2
2
2
2
2
2
000022','=''+1,1''''
+11
x a x y b y x y x y
a b
x x y y xx yy a b
=⋅⋅=+
==+=坐标变幻,令,因为圆方程为从而得到变形后椭圆表达式
因为圆切线方程为从而得到椭圆切线方程
附言:第1种证明思路中,抛物线证明过程中稍微有些不同。


①切线斜率可用导数表示。

②得到式子后,要利用px y 22
0=把2
0y 消去。

【公式二:曲线外一点引切线,过切点作直线的通式证明】(称为极线方程)
证明思路:过),(00y x P 作两条曲线C 的切线,切点为A ),(11y x ,B ),(22y x 。

⇒⎩⎨
⎧=++=++00
2
211C By Ax C By Ax 。

所以⇒过A 、B 两点直线AB l 方程为0=++C Bx Ax 证明(就举椭圆为例)
解:过),(00y x P 作两条曲线C 的切线,切点为A ),(11y x ,B ),(22y x 。

过A 点切线:
12121=+b yy a xx ,过B 点切线:122
22=+b
yy a xx 。

⇒过A 、B 两点直线AB l 方程为12020=+b
yy
a xx
【公式三:由公式一的思路可得】
【基础知识2:焦半径与准线】(具体关系与内容省略,详情看圆锥曲线知识表格) 【1-0】
【1-1】焦半径公式(具体推导用“两点间距离公式”也可解决,之后类似“求长度”的题型,求长度式子写“两点间举例公式”,结果可以直接靠背。

对于焦半径PF , 口诀:椭圆F 左加右减。

ex a ±(记忆:a 大则在前)
双曲线F 左加右减,双曲线上点P 左减右加。

a ex μ±
焦半径与点到准线距离关系如下。

即(ex a ±)/e=准线距离=±x c
a 2
推广应用:
通过n m ,比例⇔e 的值 ⇔θcos 的值⇔ k =θtan 的值
巧用公式e
n m n m 1
cos ⋅+-=
θ(注:双曲线交于同侧、抛物线类似) 不过需要注意的是,双曲线交于异侧时,公式就变为e
n m n m 1
cos ⋅-+=θ,具体自己推导吧
【基础知识3:弦中点公式及系列类似结论拓展】(坐标变幻只能用于证明部分内容) 【结论一:弦中点公式】
【证明】:设某直线与曲线C 交于M 、N 两点坐标分别为),(11y x 、),(22y x ,中点P ),(00y x
则有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+)
2(.1)1(,
122
22
2222
1221ΛΛΛΛb y a x b
y a x ⇒)2()1(-,得.022
22122221=-+-b y y a x x 22
12121212a
b x x y y x x y y -=++⋅--∴ 又.22,000021211212
x y x y x x y y x x y y k MN ==++--=Θ 22
00a
b k k x y k OP MN MN
-=⋅=⋅∴即 (常用) 结论:斜率不变的直线与椭圆交于两点,所得两点中点的轨迹是一条过原点的直线。

【抽象理解型证明】
具体理解,可以用“坐标系变幻理解”
证明:设某斜率为定值k 的直线与曲线C 交于M 、N 两点坐标分别为),(11y x 、),(22y x ,中点P ),(00y x
2222
1x y a b
+=,令',='x a x y b y =⋅⋅⇒22
(')+ (')1x y =。

∵变幻后, x a y b 轴缩短倍,轴缩短倍,得到中点轨迹方程始终与MN 垂直
''2
''2
'1''OP MN OP MN OP MN y b y b
k k k k x a x a
b b
b k k k k a a
a
∆∆∴⋅=-===⋅∆∆∴⋅=
⋅=-Q 又
【结论二:顶点连线斜率乘积公式】(用坐标变幻好理解)(部分设元会用它比较方便)
2
2AP BP
b k k a
⋅=-,具体证明见下面的“拓展性证明”,若要抽象理解的话坐标变幻后两个垂直,
证明方法和上面一样。

至于双曲线,则是2
2AP BP
b k k a
⋅=。

结论可以直接背,不过引用的时候还得按照下面的方法老实推导。

【结论三:(上一结论的延伸)对称点连线斜率乘积公式】(没法用坐标变幻)
证明:不建议设直线,直接设两个元最后消元即可(此处只列椭圆的,双曲线的证明类似) A ),(n m 、B ),(n m --在椭圆上,且关于原点对称。

则有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+)
2(.1)1(,12
22222
1221ΛΛΛΛb n a m b y a x ⇒)2()1(-,得2222
22a b m x n y -=-- 222
222==AP BP y n y n y n b k k x m x m x m a
-+-⋅⋅=--+-∴。

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