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IC1-C2I/根号下A的平方加上B的平方
椭圆
椭圆作图范例
椭圆是平面上到两定点的距离之和为常值的点之轨迹,也可定义为到定点距离与到定直线间距离之比为常值的点之轨迹。
它是圆锥曲线的一种,即圆锥与平面的截线。
椭圆在方程上可以写为标准式x^2/a^2+y^2/b^2=1,它还有其他一些表达形式,如参数方程表示等等。
椭圆在开普勒行星运行三定律中扮演了重要角色,即行星轨道是椭圆,以恒星为焦点。
椭圆的第一定义
tuǒyuá
n
平面内与两定点F、F'
的距离的和等于常数2a(2a>
|FF'
|)的动点P的轨迹叫做椭圆。
即:
│PF│+│PF'
│=2a
其中两定点F、F'
叫做椭圆的焦点,两焦点的距离│FF'
│叫做椭圆的焦距。
椭圆的第二定义
平面上到定点F距离与到定直线间距离之比为常数e(即椭圆的偏心率,e=c/a)的点的集合(定点F不在定直线上,该常数为小于1的正数)
其中定点F为椭圆的焦点,定直线称为椭圆的准线(该定直线的方程是x=±
a^2/c或者y=±
a^2/c)。
椭圆的其他定义根据椭圆的一条重要性质也就是椭圆上的点与椭圆短轴两端点连线的斜率之积是定值可以得出:
平面内与两定点的连线的斜率之积是常数k的动点的轨迹是椭圆,此时k应满足一定的条件,也就是排除斜率不存在的情况
切线与法线的几何性质
定理1:
设F1、F2为椭圆C的两个焦点,P为C上任意一点。
若直线AB切椭圆C于点P,则∠APF1=∠BPF2。
定理2:
若直线AB为C在P点的法线,则AB平分∠F1PF2。
上述两定理的证明可以查看参考资料[1]。
标准方程
高中课本在平面直角坐标系中,用方程描述了椭圆,椭圆的标准方程中的“标准”指的是中心在原点,对称轴为坐标轴。
椭圆的标准方程有两种,取决于焦点所在的坐标轴:
1)焦点在X轴时,标准方程为:
x^2/a^2+y^2/b^2=1(a>
b>
0)
2)焦点在Y轴时,标准方程为:
x^2/b^2+y^2/a^2=1(a>
其中a>
0,b>
0。
a、b中较大者为椭圆长半轴长,较短者为短半轴长(椭圆有两条对称轴,对称
F点在Y轴
轴被椭圆所截,有两条线段,它们的一半分别叫椭圆的长半轴和短半轴或半长轴和半短轴)当a>
b时,焦点在x轴上,焦距为2*(a^2-b^2)^0.5,焦距与长.短半轴的关系:
b^2=a^2-c^2,准线方程是x=a^2/c和x=-a^2/c,c为椭圆的半焦距。
又及:
如果中心在原点,但焦点的位置不明确在X轴或Y轴时,方程可设为mx^2+ny^2=1(m>
0,n>
0,m≠n)。
既标准方程的统一形式。
椭圆的面积是πab。
椭圆可以看作圆在某方向上的拉伸,它的参数方程是:
x=acosθ,y=bsinθ
标准形式的椭圆在(x0,y0)点的切线就是:
xx0/a^2+yy0/b^2=1
lk一般方程
Ax^2;
+Bxy+Cy^2;
+Dx+Ey+F=0(A.C不为0)
公式
椭圆的面积公式
S=π(圆周率)×
a×
b(其中a,b分别是椭圆的长半轴,短半轴的长).
或S=π(圆周率)×
A×
B/4(其中A,B分别是椭圆的长轴,短轴的长).
椭圆的周长公式
椭圆离心率的定义为椭圆上的点到某焦点的距离和该点到该焦点对应的准线的距离之比,设椭圆上点P到某焦点距离为PF,到对应准线距离为PL,则
e=PF/PL
椭圆的准线方程
x=±
a^2/c
椭圆的离心率公式
e=c/a(0<
e<
1,因为2a>
2c)
椭圆的焦准距:
椭圆的焦点与其相应准线(如焦点(c,0)与准线x=+a&
sup2;
/C)的距离,数值=b&
/c
椭圆焦半径公式
焦点在x轴上:
|PF1|=a+ex0|PF2|=a-ex0
椭圆过右焦点的半径r=a-ex
过左焦点的半径r=a+ex
焦点在y轴上:
|PF1|=a-ey0|PF2|=a+ey0
椭圆的通径:
过焦点的垂直于x轴(或y轴)的直线与椭圆的两交点A,B之间的距离,数值=2b^2/a
点与椭圆位置关系
点M(x0,y0)椭圆x^2/a^2+y^2/b^2=1
点在圆内:
x0^2/a^2+y0^2/b^2<
1
点在圆上:
x0^2/a^2+y0^2/b^2=1
点在圆外:
x0^2/a^2+y0^2/b^2>
直线与椭圆位置关系
y=kx+m①
x^2/a^2+y^2/b^2=1②
由①②可推出x^2/a^2+(kx+m)^2/b^2=1
相切△=0
相离△<
0无交点
相交△>
0可利用弦长公式:
A(x1,y1)B(x2,y2)
|AB|=d=√(1+k^2)|x1-x2|=√(1+k^2)(x1-x2)^2=√(1+1/k^2)|y1-y2|=√(1+1/k^2)(y1-y2)^2
椭圆的斜率公式
过椭圆上x^2/a^2+y^2/b^2=1上一点(x,y)的切线斜率为-(b^2)X/(a^2)y
椭圆焦点三角形面积公式
若∠F1PF2=θ,则S=b^2tanθ/2
椭圆参数方程的应用
求解椭圆上点到定点或到定直线距离的最值时,用参数坐标可将问题转化为三角函数问题求解
x=a×
cosβ,y=b×
sinβa为长轴长的一半
相关性质
由于平面截圆锥(或圆柱)得到的图形有可能是椭圆,所以它属于一种圆锥截线。
例如:
有一个圆柱,被截得到一个截面,下面证明它是一个椭圆(用上面的第一定义):
将两个半径与圆柱半径相等的半球从圆柱两端向中间挤压,它们碰到截面的时候停止,那么会得到两个公共点,显然他们是截面与球的切点。
设两点为F1、F2
对于截面上任意一点P,过P做圆柱的母线Q1、Q2,与球、圆柱相切的大圆分别交于Q1、Q2
则PF1=PQ1、PF2=PQ2,所以PF1+PF2=Q1Q2
由定义1知:
截面是一个椭圆,且以F1、F2为焦点
用同样的方法,也可以证明圆锥的斜截面(不通过底面)为一个椭圆
例:
已知椭圆C:
x^2/a^2+y^2/b^2=1(a>
0)的离心率为√6/3,短轴一个端点到右焦点的距离为√3.
(1)求椭圆C的方程.
(2)直线l:
y=x+1与椭圆交于A,B两点,P为椭圆上一点,求△PAB面积的最大值.
(3)在
(2)的基础上求△AOB的面积.
一分析短轴的端点到左右焦点的距离和为2a,端点到左右焦点的距离相等(椭圆的定义),可知a=√3,又c/a=√6/3,代入得c=√2,b=√(a^2-c^2)=1,方程是x^2/3+y^2/1=1,
二要求面积,显然以ab作为三角形的底边,联立x^2/3+y^2/1=1,y=x+1解得x1=0,y1=1,x2=-1.5,y2=-0.5.利用弦长公式有√(1+k^2))[x2-x1](中括号表示绝对值)弦长=3√2/2,对于p点面积最大,它到弦的距离应最大,假设已经找到p到弦的距离最大,过p做弦的平行线,可以发现这个平行线是椭圆的切线是才会最大,这个切线和弦平行故斜率和弦的斜率=,设y=x+m,利用判别式等于0,求得m=2,-2.结合图形得m=-2.x=1.5,y=-0.5,p(1.5,-0.5),
三直线方程x-y+1=0,利用点到直线的距离公式求的√2/2,面积1/2*√2/2*3√2/2=3/4,
双曲线
双曲线(Hyperbola)是指与平面上两个定点的距离之差的绝对值为定值的点的轨迹,也可以定义为到定点与定直线的距离之比是一个大于1的常数的点之轨迹。
双曲线是圆锥曲线的一种,即圆锥面与平面的交截线。
双曲线在一定的仿射变换下,也可以看成反比例函数。
定义:
我们把平面内与两个定点F1,F2的距离的差的绝对值等于一个常数的轨迹称为双曲线定义1:
平面内,到两个定点的距离之差的绝对值为常数(小于这两个定点间的距离[1])的点的轨迹称为双曲线。
定义2:
平面内,到给定一点及一直线的距离之比大于1且为常数的点的轨迹称为双曲线。
定义3:
一平面截一圆锥面,当截面与圆锥面的母线不平行,且与圆锥面的两个圆锥都相交时,交线称为双曲线。
定义4:
在平面直角坐标系中,二元二次方程h(x,y)=ax^2+bxy+cy^2+dx+ey+f=0满足以下条件时,其图像为双曲线。
1.a,b,c不都是0。
2.b^2-4ac>
0。
在高中的解析几何中,学到的是双曲线的中心在原点,图像关于x,y轴对称的情形。
这时双曲线的方程退化为:
x^2/a^2-y^2/b^2=1。
上述的四个定义是等价的。
重要概念和性质
以下从纯几何的角度给出一些双曲线的相关概念和性质。
双曲线有两个分支。
在定义1中提到的两给定点称为该双曲线的焦点,定义2中提到的一给定点也是双曲线的焦点。
双曲线有两个焦点。
在定义2中提到的给定直线称为该双曲线的准线。
在定义2中提到的到给定点与给定直线的距离之比,称为该双曲线的离心率。
双曲线有两个焦点,两条准线。
(注意:
尽管定义2中只提到了一个焦点和一条准线。
但是给定同侧的一个焦点,一条准线以及离心率可以根据定义2同时得到双曲线的两支,而两侧的焦点,准线和相同离心率得到的双曲线是相同的。
)
双曲线与两焦点连线的交点,称为双曲线的顶点。
双曲线有两条渐近线。
双曲线的简单几何性质
1、轨迹上一点的取值范围:
x≥a,x≤-a(焦点在x轴上)或者y≥a,y≤-a(焦点在y轴上)。
2、对称性:
关于坐标轴和原点对称。
3、顶点:
A(-a,0),A'
(a,0)。
同时AA'
叫做双曲线的实轴且∣AA'
│=2a.
B(0,-b),B'
(0,b)。
同时BB'
叫做双曲线的虚轴且│BB'
│=2b.
4、渐近线:
焦点在x轴:
y=±
(b/a)x.
焦点在y轴:
(a/b)x.
双曲线x^2/a^2-y^/b^2=1上的点夹在渐近线中
5、离心率:
第一定义:
e=c/a且e∈(1,+∞).
第二定义:
双曲线上的一点P到定点F的距离│PF│与点P到定直线(相应准线)的距离d的比等于双曲线的离心率e.
d点│PF│/d线(点P到定直线(相应准线)的距离)=e
6、双曲线焦半径公式(圆锥曲线上任意一点P(x,y)到焦点距离)
左焦半径:
r=│ex+a│
右焦半径:
r=│ex-a│
7、等轴双曲线
一双曲线的实轴与虚轴长相等即:
2a=2b且e=√2
这时渐近线方程为:
x(无论焦点在x轴还是y轴)
8、共轭双曲线
双曲线S'
的实轴是双曲线S的虚轴且双曲线S'
的虚轴是双曲线S的实轴时,称双曲线S'
与双曲线S为共轭双曲线。
几何表达:
S:
(x^2/a^2)-(y^2/b^2)=1S'
:
(y^2/b^2)-(x^2/a^2)=1
特点:
(1)共渐近线
(2)焦距相等
(3)两双曲线的离心率平方后的倒数相加等于1
9、准线:
焦点在x轴上:
x=±
10、通径长:
(圆锥曲线(除圆外)中,过焦点并垂直于轴的弦)
d=2b^2/a
12、弦长公式:
d=√(1+k^2)|x1-x2|=√(1+k^2)(x1-x2)^2=√(1+1/k^2)|y1-y2|=√(1+1/k^2)(y1-y2)^2推导如下:
双曲线焦点三角形面积公式
若∠F1PF2=θ,
则S△F1PF2=b^2;
·
cot(θ/2)
·
例:
已知F1、F2为双曲线C:
x^2;
-y^;
=1的左右焦点,点P在C上,∠F1PF2=60°
,则P到x轴的距离为多
少?
解:
由双曲线焦点三角形面积公式得S△F1PF2=b^2;
cot(θ/2)=1×
cot30°
,
设P到x轴的距离为h,则S△F1PF2=&
frac12;
×
F1F2×
h=&
2√2×
h=√3,h=√6/2
抛物线
抛物线是指平面内到一个定点和一条定直线l距离相等的点的轨迹。
他有许多表示方法,比如参数表示,标准方程表示等等。
它在几何光学和力学中有重要的用处。
抛物线也是圆锥曲线的一种,即圆锥面与平行于某条母线的平面相截而得的曲线。
抛物线在合适的坐标变换下,也可看成二次函数图像。
定义
平面内,到一个定点F和不过F的一条定直线l距离相等的点的轨迹(或集合)称之为抛物线。
且定点F不在直线上另外,F称为"
抛物线的焦点"
,l称为"
抛物线的准线"
。
定义焦点到抛物线的准线的距离为"
焦准距"
用p表示p>
0.
以平行于地面的方向将切割平面插入一个圆锥,可得一个圆,如果倾斜这个平面直至与其一边平行,就可以做一条抛物线。
抛物线的标准方程有四个:
右开口抛物线:
y^2=2px
左开口抛物线:
y^2=-2px
上开口抛物线:
x^2=2py
下开口抛物线:
x^2=-2py
p为焦准距(p>
在抛物线y^2=2px中,焦点是(p/2,0),准线l的方程是x=-p/2;
在抛物线y^2=-2px中,焦点是(-p/2,0),准线l的方程是x=p/2;
在抛物线x^2=2py中,焦点是(0,p/2),准线l的方程是y=-p/2;
在抛物线x^2=-2py中,焦点是(0,-p/2),准线l的方程是y=p/2;
相关参数
(对于向右开口的抛物线)
离心率:
e=1
焦点:
(p/2,0)
准线方程l:
x=-p/2
顶点:
(0,0)
通径:
2P;
定义:
圆锥曲线(除圆外)中,过焦点并垂直于轴的弦 定义域(X≥0)
值域(Y∈R)
解析式求法
以焦点在X轴上为例
知道P(x0,y0)
令所求为y^2=2px
则有y0^2=2px0
∴2p=y0^2/x0
∴抛物线为y^2=(y0^2/x0)x
光学性质
经焦点的光线经抛物线反射后的光线平行抛物线的对称轴。
面积和弧长公式
面积Area=2ab/3
弧长ArclengthABC
=√(b^2+16a^2)/2+b^2/8aln((4a+√(b^2+16a^2))/b)
其他
抛物线:
y=ax^2+bx+c(a≠0)
就是y等于ax的平方加上bx再加上c
a>
0时开口向上
a<
0时开口向下
c=0时抛物线经过原点
b=0时抛物线对称轴为y轴
还有顶点式y=a(x-h)^2+k
就是y等于a乘以(x-h)的平方+k
h是顶点坐标的x
k是顶点坐标的y
一般用于求最大值与最小值
抛物线标准方程:
它表示抛物线的焦点在x的正半轴上,焦点坐标为(p/2,0)准线方程为x=-p/2
由于抛物线的焦点可在任意半轴,故共有标准方程y^2=2pxy^2=-2pxx^2=2pyx^2=-2py
对称性解题
我们知道,抛物线y=ax^2+bx+c(a≠0)是轴对称图形,它的对称轴是直线x=-b/2a,它的顶点在对称轴上。
解决有关抛物线的问题时,若能巧用抛物线的对称性,则常可以给出简捷的解法。
例1 已知抛物线的对称轴是x=1,抛物线与y轴交于点(0,3),与x轴两交点间的距离为4,求此抛物线的解析式。
分析 设抛物线的解析式为y=ax^2+bx+c。
若按常规解法,则需要解关于a、b、c的三元一次方程组,变形过程比较繁杂;
若巧用抛物线的对称性,解法就简捷了。
因为抛物线的对称轴为x=1,与x轴两交点间的距离为4,由抛物线的对称性可知,它与x轴交于A(-1,0)、B(3,0)两点。
于是可设抛物线的解析式为y=a(x+1)(x-3)。
又因为抛物线与y轴交于点(0,3),所以3=-3a。
故a=-1。
∴y=-(x+1)(x-3),即
y=-x^2+2x+3。
例2 已知抛物线经过A(-1,2)、B(3,2)两点,其顶点的纵坐标为6,求当x=0时y的值。
分析 要求当x=0时y的值,只要求出抛物线的解析式即可。
由抛物线的对称性可知,A(-1,2)、B(3,2)两点是抛物线上的对称点。
由此可知,抛物线的对称轴是x=1。
故抛物线的顶点是(1,6)。
于是可设抛物线的解析式为y=a(x-1)2+6。
因为点(-1,2)在抛物线上,所以4a+6=2。
故a=-1。
∴y=-(x-1)^2+6,即
y=-x^2+2x+5。
∴当x=0时,y=5。
例3 已知抛物线与x轴两交点A、B间的距离为4,与y轴交于点C,其顶点为(-1,4),求△ABC的面积。
分析 要求△ABC的面积,只要求出点C的坐标即可。
为此,需求出抛物线的解析式。
由题设可知,抛物线的对称轴是x=-1。
由抛物线的对称性可知,A、B两点的坐标分别为(-3,0)、(1,0)。
故可设抛物线的解析式为y=a(x+1)^2+4[或y=a(x+3)(x-1)]。
∵点(1,0)在抛物线上,
∴4a+4=0。
∴a=-1。
∴y=-(x+1)2+4,即
y=-x2-2x+3。
∴点C的坐标为(0,3)。
∴S△ABC=1/2×
(4×
3)=6。
例4 已知抛物线y=ax2+bx+c的顶点A的纵坐标是4,与y轴交于点B,与x轴交于C、D两点,且-1和3是方程ax2+bx+c=0的两个根,求四边形ABCD的面积。
分析 要求四边形ABCD的面积,求出A、B两点的坐标即可。
为此,要求出抛物线的解析式。
由题设可知,C、D两点的坐标分别为(-1,0)、(3,0)。
由抛物线的对称性可知,抛物线的对称轴是x=1。
故顶点A的坐标是(1,4)。
从而可设抛物线的解析式为y=a(x-1)2+4[或y=a(x+1)(x-3)]。
∵点(-1,0)在抛物线上,
∴y=-(x-1)^2+4,即
∴点B的坐标为(0,3)。
连结OA,则S四边形ABCD=S△BOC+S△AOB+S△AOD=1/2×
1×
3+1/2×
3×
1+1/2×
4=9
相关结论
过抛物线y^2=2px(p>
0)焦点F作倾斜角为θ的直线L,L与抛物线相交于A(x1,y1),B(x2,y2),有
①x1*x2=p^2/4,y1*y2=—P^2,要在直线过焦点时才能成立
②焦点弦长:
|AB|=x1+x2+P=2P/[(sinθ)^2]
③(1/|FA|)+(1/|FB|)=2/P
④若OA垂直OB则AB过定点M(2P,0)
⑤焦半径:
|FP|=x+p/2(抛物线上一点P到焦点F距离等于到准线L距离)
⑥弦长公式:
AB=√(1+k^2)*│x2-x1│
⑦△=b^2-4ac
⑴△=b^2-4ac>
0有两个实数根
⑵△=b^2-4ac=0有两个一样的实数根
⑶△=b^2-4ac<
0没实数根
⑧由抛物线焦点到其切线的垂线,是焦点到切点的距离,与到顶点距离的比例中项。
⑨标准形式的抛物线在x0,y0点的切线就是:
yy0=p(x+x0)
定义解题
已知F是抛物线y^2=4x的焦点,A(3,2)是一个定点,P是抛物线上的动点,求|PA|+|PF|的最小值和此时P的坐标。
设抛物线的准线为L,过P作PH⊥L,垂足为H,再过A点作AH’⊥L,垂足为H’,并交抛物线于P’。
连结P’F。
则:
|PA|+|PF|=|PA|+|PH|≥|AH’|=|P’A|+|P’H|=|P’A|+|P’F|
所以,|PA|+|PF|的最小值是|AH’|,而准线方程x=-1
故|PA|+|PF|的最小值是4,此时,P’的坐标是(1,2)
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