圆锥曲线轨迹问题

yxOyxOAByxOyxOCD与圆锥曲线有关的点的轨迹问题复习题有关动点的轨迹问题是解析几何中的一类重要的问题，求动点的轨迹和圆锥曲线的定义、性质有着密切的关系．在求解时要先画出相应的草图进行分析，再选择好相应的解题策略和具体方法．探求曲线轨迹的基本方法：直接法（轨迹法）、定义法、相关点法（代入法）、参数法、代入法、待定系数法、点差法。教学重点：灵活运用题设条件，确定动点所满足的等量关系，结合圆锥曲线的定义确定曲线的类型。教学难点：理解轨迹的完备性与纯粹性，并能准确地运用。（完备性是指符合条件的点都要在轨迹上，不能遗漏；纯粹性是指轨迹上的所有点都符合条件，没有“假冒”。）思考并回答：（1）已知)3,2(A且7||PA，则点P的轨迹是圆（2）已知ABC的一边BC的长为6，周长为16，则顶点A的轨迹是什么？（椭圆，除去与BC边共线的两个顶点。）（3）若4||||)0,5(),0,1(MBMABA且则点M的轨迹是双曲线右支（4）过点（2，3）且与y轴相切的圆的圆心的轨迹是什么？（抛物线）（5）(2003·北京春)在同一坐标系中,方程22221axby与20axby(0)ab的曲线大致是（）解析:将方程22221axby与20axby转化为标准方程：2222111xyab,2ayxb．因为0ab,因此110ba,所以有：椭圆的焦点在y轴,抛物线的开口向左,得D选项．答案:D（6）已知圆C：091622xyx及圆内一点P（3，0），求过点P且与已知圆内切的圆的圆心M的轨迹方程。分析：（1）圆C的半径与圆心坐标可定。（2）两圆内切可得：外圆半径＝内圆半径＋连心距。（3）动点M满足的等量关系：|MC|+|MP|=10＞|PC|（4）由定义可确定动点M的轨迹为以P、C为焦点的椭圆。（7）已知动圆与圆49)5(:221yxC和圆C2：1)5(22yx都外切，求动圆圆心P的轨迹方程。分析：（1）从已知条件可以确定圆C1、C2的圆心与半径。（2）两圆外切可得：两圆半径和＝圆心距（3）动圆半径r,依题意有r1+r=|PC1|,r2+r=|PC2|两式相减得：|PC1|--|PC2|=r1-r2|C1C2|（4）由双曲线定义得：点P的轨迹是C1、C2以为焦点的双曲线的右支。（5）再根据题设条件求出参数a、b即可。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；常见的等量关系：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、几何量中的等量关系等，直接列出动点满足的等量关系式，从而求得轨迹方程。例1动点P（x,y）到两定点A（－3，0）和B（3，0）的距离的比等于2（即2PBPA），求动点P的轨迹方程？解：∵|PA|=2222)3(||,)3(yxPByx代入2||||PBPA得222222224)3(4)3(2)3()3(yxyxyxyx化简得16)5(22yx，轨迹是以（5，0）为圆心，4为半径的圆.例2动点P到一高为h的等边△ABC两顶点A、B的距离的平方和等于它到顶点C的距离平方，求点P的轨迹？解以C为原点，AB上的高线CD所在直线为x轴建立直角坐标系设动点P（x,y），则A（3,hh），B（3,hh）列出等式222222222)3()()3()(yxhyhxhyhxPCPBPA化简得22234)2(hyhx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定义法圆锥曲线是解析几何中研究曲线和方程的典型问题，当动点符合圆锥曲线定义时，可直接写出其轨迹方程。这种方法要求题设中有定点与定直线及两定点距离之和或差为定值的条件，或利用平面几何知识分析得出这些条件．例3、已知ΔABC中，A,B,C所对应的边为a,b,c,且acb,a,c,b成等差数列，|AB|=2,求顶点C的轨迹方程【解析】|BC|+|CA|=42,由椭圆的定义可知，点C的轨迹是以A、B为焦点的椭圆，其长轴为4，焦距为2,短轴长为23,∴椭圆方程为13422yx,又ab,∴点C在y轴左侧，必有x0,而C点在x轴上时不能构成三角形，故x≠─2,因此点C的轨迹方程是：13422yx(─2x0)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。3相关点代入法若轨迹点P（x,y）依赖于某一已知曲线上的动点Q（x0,y0），则可先列出关于x、y,x0、y0的方程组，利用x、y表示出x0、y0，把x0、y0代入已知曲线方程便得动点P的轨迹方程。例4已知P是以F1、F2为焦点的双曲线192162yx上的动点，求ΔF1F2P的重心G的轨迹方程。解设重心G（x,y）,点P（x0,y0），因为F1（-4，0），F2（4，0）则有,30003044yyxx，故yyxx3030代入19201620yx得所求轨迹方程121629yx（y≠0）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。练习1：如图所示，已知P(4，0)是圆x2+y2=36内的一点，A、B是圆上两动点，且满足∠APB=90°，求矩形APBQ的顶点Q的轨迹方程.命题意图：本题主要考查利用“相关点代入法”求曲线的轨迹方程，属★★★★★级题目.知识依托：利用平面几何的基本知识和两点间的距离公式建立线段AB中点的轨迹方程.错解分析：欲求Q的轨迹方程，应先求R的轨迹方程，若学生思考不深刻，发现不了问题的实质，很难解决此题.技巧与方法：对某些较复杂的探求轨迹方程的问题，可先确定一个较易于求得的点的轨迹方程，再以此点作为主动点，所求的轨迹上的点为相关点，求得轨迹方程.解：设AB的中点为R，坐标为(x,y)，则在Rt△ABP中，|AR|=|PR|.又因为R是弦AB的中点，依垂径定理：在Rt△OAR中，|AR|2=|AO|2－|OR|2=36－(x2+y2)又|AR|=|PR|=22)4(yx所以有(x－4)2+y2=36－(x2+y2),即x2+y2－4x－10=0因此点R在一个圆上，而当R在此圆上运动时，Q点即在所求的轨迹上运动.设Q(x,y)，R(x1,y1)，因为R是PQ的中点，所以x1=20,241yyx,代入方程x2+y2－4x－10=0,得244)2()24(22xyx－10=0整理得：x2+y2=56,这就是所求的轨迹方程.4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A（x1,y1），B（x2,y2）的坐标代入圆锥曲线方程，然而相减，利用平方差公式可得x1+x2,y1+y2,x1-x2,y1-y2等关系式，由于弦AB的中点P（x,y）的坐标满足2x=x1+x2,2y=y1+y2且直线AB的斜率为1212xxyy，由此可求得弦AB的中点的轨迹方程。例5、过椭圆141622yx内一点)1,2(M引一条弦，使弦被M点平分，求这条弦所在直线的方程。解：设直线与椭圆的交点为),(11yxA、),(22yxB)1,2(M为AB的中点421xx221yy又A、B两点在椭圆上，则1642121yx，1642222yx两式相减得0)(4)(22212221yyxx于是0))((4))((21212121yyyyxxxx21244)(421212121yyxxxxyy即21ABk，故所求直线的方程为)2(211xy，即042yx。例6、已知双曲线1222yx，经过点)1,1(M能否作一条直线l，使l与双曲线交于A、B，且点M是线段AB的中点。若存在这样的直线l，求出它的方程，若不存在，说明理由。策略：这是一道探索性习题，一般方法是假设存在这样的直线，然后验证它是否满足题设的条件。本题属于中点弦问题，应考虑点差法或韦达定理。解：设存在被点M平分的弦AB，且),(11yxA、),(22yxB则221xx，221yy122121yx，122222yx两式相减，得0))((21))((21212121yyyyxxxx22121xxyykAB故直线)1(21:xyAB由12)1(2122yxxy消去y，得03422xx08324)4(2这说明直线AB与双曲线不相交，故被点M平分的弦不存在，即不存在这样的直线l。评述：本题如果忽视对判别式的考察，将得出错误的结果，请务必小心。由此题可看到中点弦问题中判断点的M位置非常重要。（1）若中点M在圆锥曲线内，则被点M平分的弦一般存在；（2）若中点M在圆锥曲线外，则被点M平分的弦可能不存在。例7、已知椭圆1257522xy,求它的斜率为3的弦中点的轨迹方程。解：设弦端点),(11yxP、),(22yxQ，弦PQ的中点),(yxM，则xxx221，yyy221又125752121xy，125752222xy两式相减得0))((75))((2521212121xxxxyyyy即0)(3)(2121xxxyyy，即yxxxyy3212132121xxyyk33yx，即0yx由12575022xyyx，得)235,235(P)235,235(Q点M在椭圆内它的斜率为3的弦中点的轨迹方程为)235235(0xyx例8、已知椭圆13422yx，试确定的m取值范围，使得对于直线mxy4，椭圆上总有不同的两点关于该直线对称。解：设),(111yxP，),(222yxP为椭圆上关于直线mxy4的对称两点，),(yxP为弦21PP的中点，则12432121yx，12432222yx两式相减得，0)(4)(322212221yyxx即0))((4))((321212121yyyyxxxxxxx221，yyy221，412121xxyyxy3这就是弦21PP中点P轨迹方程。它与直线mxy4的交点必须在椭圆内联立mxyxy43，得mymx3则必须满足22433xy，即22433)3(mm，解得1313213132m注意：（1）双曲线与抛物线的中点弦的存在性问题；（2）弦中点的轨迹应在曲线内。利用点差法求解圆锥曲线的中点弦问题，方法简捷明快，结构精巧，很好地体现了数学美，而且应用特征明显，是训练思维、熏陶数学情感的一个很好的材料，利于培养学生的解题能力和解题兴趣。5参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。常用的参数：有点参数，角(θ)参数,斜率(k)参数,定比(λ)参数,用此法要注意参数的实际意义.例9、已知椭圆1257522xy,求它的斜率为3的弦中点的轨迹方程。例10如图,设点A和B为抛物线y2=4px(p0)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.解1(常规设参)设M(x,y)，A(x1,y1),B(x2,y2),则MOABxpyyypyyxyxxyyxyxypxypxy42121621121211221124221421（※）由A,MB共线得)421(2141pyxyypyy则2121214yyyyxyypy把（※）代入上式得y