第二章 第二节 光学性质法,散尽繁花-【老唐说题】高中数学新思路 圆锥曲线专题

2024-04-18
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内容正文:

■ 34  ■  当 θ=90°,1 e21 +1 e22 =2,由 e21+e 2 2= 1 2 (e21+e 2 2) 1 e21 +1 e2( )2 ≥2,即 e21+e22≥2(当且仅当 e1=e2=1时等 号成立)等号不成立,故 C错误; 由 S△PF1F2=b 2tanθ 2 = n 2 tanθ 2 ,则tan2 θ 2 =n 2 b2 ,即 tanθ 2 =n b ,故 D正确.故选 ABD. !,#$FGHIJ) KLMD 一、光学性质概念 椭圆的光学性质:从一个焦点发出的光线照射到椭圆上其反射光线会经过另一个焦点. 双曲线有一个光学性质:从一个焦点发出的光线照射到双曲线上其反射光线的反向延长线会经 过另一个焦点. 抛物线有一个光学性质:从焦点发出的光线照射到抛物线上其反射光线平行于抛物线对称轴. 二、光学性质切线法线定理 定理1:点 P为椭圆上任一点,F1、F2为椭圆的两焦点,则椭圆在 P点处的切线与∠F1PF2的 平分线垂直. 由于本题证明方法很多,如果是解决小题,我们按照小题小做来解读,根据物理学的反射原理, 反射光线等于入射光线,即把椭圆上的点 P处切线看成镜面,那么法线就是∠F1PF2的平分线,所 以它们垂直就自然而然了,同理也能推导双曲线. 推论1:设椭圆x 2 a2 +y 2 b2 =1(a>0,b>0)的两焦点为 F1,F2,P(x0,y0)(x0,y0≠0)为椭圆上一 点,则∠F1PF2的角平分线所在直线 l的方程为 a 2y0x-b 2x0y-(a 2-b2)x0y0=0. 根据光学性质可知 P(x0,y0)处切线方程为 xx0 a2 + yy0 b2 =1,由于 P点处的切线与∠F1PF2的平分线 垂直,故∠F1PF2的角平分线所在直线 l的方程为 y-y0= a2y0 b2x0 (x-x0),即 a 2y0x-b 2x0y-(a 2-b2) x0y0=0. 已知点 P为椭圆上任一点,F1、F2为椭圆的两焦点,求证椭圆在 P点处的切线与∠F1PF2的 平分线垂直. !,#$%&'(-.)/01234 ■■ 35  ■ 证明:设椭圆方程为 x2 a2 +y 2 b2 =1(a>b>0),椭圆上一点 P(x0,y0)、F1(-c,0)、F2(c,0). 因为椭圆在 P点处的切线力程为 x0x a2 + y0y b2 =1(请自证),其斜率为 -b 2 a2 · x0 y0 ,则切线的垂线 PQ的斜 率 kPQ= a2 b2 · y0 x0 , 解法一(夹角公式):kPF1 = y0 x0+c ,kPF2 = y0 x0-c ,由夹角公式可得:tan∠F1PQ= y0 x0+c - a2y0 b2x0 1+ y0 x0+c · a2y0 b2x0 = (b2-a2)x0y0-a 2c0 a2b2+b2cx0 = -cy0(cx0+a 2 ) b2(a2+cx0) = cy0 b2 . tan∠F2PQ= y0 x0-c - a2y0 b2x0 1+ y0 x0-c · a2y0 b2x0 = (b2-a2)x0y0+a 2c0 a2b2-b2cx0 = -cy0(cx0-a 2 ) b2(a2-cx0) = cy0 b2 . 即有 tan∠F1PQ=tan∠F2PQ,知直线 PQ是∠F1PF2的平分线. 解法二(焦半径公式):易求得 PQ方程为 y-y0= a2 b2 · y0 x0 (x-x0),当 y=0时,xQ= c2x0 a2 ,根据焦半 径公式 PF1 =a+ex0, PF2 =a-ex0, PF1 PF2 = a+ex0 a-ex0 = a2+cx0 a2-cx0 , F1Q F2Q = c2x0 a2 +c c- c2x0 a2 = a2+cx0 a2-cx0 ,所以 PF1 PF2 = F1Q F2Q ,故根据角平分线判定定理可得直线 PQ是∠F1PF2的平分线. 定理2:点 P为双曲线上任一点.F1、F2为双曲线的两焦点,则双曲线在 P点处的切线与 ∠F1PF2的平分线重合. 推论2:设双曲线x 2 a2 -y 2 b2 =±1(a>0,b>0)的两焦点为 F1,F2,P(x0,y0)(x0,y0≠0)为双曲 线上一点,则∠F1PF2的角平分线所在直线 l的方程为 b 2x0x-a 2y0y=±a 2b2. 已知点 P为双曲线上任一点,F1、F2为椭圆的两焦点,求证双曲线在 P点处的切线与 ∠F1PF2的平分线重合. 证明:设双曲线方程为 x2 a2 -y 2 b2 =1(a>0,b>0),双曲线上一点 P(x0,y0)、F1(-c,0)、 F2(c,0).因为双曲线在 P点处的切线力程为 x0x a2 - y0y b2 =1(请自证),其斜率为b 2 a2 · x0

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