题目内容
圆锥曲线上任意两点连成的线段称为弦.若圆锥曲线上的一条弦垂直于其对称轴,我们将该弦称之为曲线的垂轴弦.已知点P(x,y)、M(m,n)是圆锥曲线C上不与顶点重合的任意两点,MN是垂直于x轴的一条垂轴弦,直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0).(1)试用x,y,m,n的代数式分别表示xE和xF;
(2)若C的方程为
(3)请选定一条除椭圆外的圆锥曲线C,试探究xE和xF经过某种四则运算(加、减、乘、除),其结果是否是与MN和点P位置无关的定值,写出你的研究结论并证明.
【答案】分析:(1)求出PM 直线的方程,令y=0,求出xE,同理求得xF .
(2)由(1)可知:
.把M,P坐标代入椭圆的方程,求出n2,y2 代入
xE•xF的式子,化简可得结论.
(3)第一层次:①点P是圆C:x2+y2=R2上不与坐标轴重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF =R2 .证法同(2).
②点P是双曲线C:
上不与顶点重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF=a2 .证法同(2).
第二层次:点P是抛物线C:y2=2px(p>0)上不与顶点重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE+xF =0.
解答:解:(1)因为MN是垂直于x轴的一条垂轴弦,所以,N(m,-n),
则
. 令y=0,则
.
同理可得:
.
(2)由(1)可知:
.∵M,P在椭圆C:
上,
∴
,
则
(定值)
∴xE•xF是与MN和点P位置无关的定值.
(3)第一层次:
①点P是圆C:x2+y2=R2上不与坐标轴重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF =R2 .
证明如下:由(1)知:
,∵M,P在圆C:x2+y2=R2上,
∴n2=R2-m2,y2=R2-x2,则
,
∴xE•xF是与MN和点P位置无关的定值.
②点P是双曲线C:
上不与顶点重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF=a2 .
证明如下:由(1)知:
,∵M,P在双曲线C:
上,
∴
,
则
∴xE•xF是与MN和点P位置无关的定值.
第二层次:
点P是抛物线C:y2=2px(p>0)上不与顶点重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE+xF =0.
证明如下:由(1)知:
,∵M,P在抛物线C:y2=2px(p>0)上,
∴y2=2px,n2=2pm,则
,
∴xE+xF是与MN和点P位置无关的定值.
点评:本题考查椭圆、圆、双曲线、抛物线的简单性质,以及求直线和二次曲线的交点坐标的方法.
(2)由(1)可知:
xE•xF的式子,化简可得结论.
(3)第一层次:①点P是圆C:x2+y2=R2上不与坐标轴重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF =R2 .证法同(2).
②点P是双曲线C:
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF=a2 .证法同(2).
第二层次:点P是抛物线C:y2=2px(p>0)上不与顶点重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE+xF =0.
解答:解:(1)因为MN是垂直于x轴的一条垂轴弦,所以,N(m,-n),
则
同理可得:
(2)由(1)可知:
∴
则
∴xE•xF是与MN和点P位置无关的定值.
(3)第一层次:
①点P是圆C:x2+y2=R2上不与坐标轴重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF =R2 .
证明如下:由(1)知:
∴n2=R2-m2,y2=R2-x2,则
∴xE•xF是与MN和点P位置无关的定值.
②点P是双曲线C:
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE•xF=a2 .
证明如下:由(1)知:
∴
则
∴xE•xF是与MN和点P位置无关的定值.
第二层次:
点P是抛物线C:y2=2px(p>0)上不与顶点重合的任意一点,MN是垂直于x轴的垂轴弦,
直线MP、NP分别交x轴于点E(xE,0)和点F(xF,0),则xE+xF =0.
证明如下:由(1)知:
∴y2=2px,n2=2pm,则
∴xE+xF是与MN和点P位置无关的定值.
点评:本题考查椭圆、圆、双曲线、抛物线的简单性质,以及求直线和二次曲线的交点坐标的方法.
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