[快乐数学]圆锥曲线之齐次化 |
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好久没更新了。这次咱更个容易点的。 介绍一下齐次化在圆锥曲线大题中的应用。 但是这种方法存在不给分的可能,下一篇专栏我再介绍一种替代方法。 1.基本内容其实很容易。 我们知道,对于二元齐次方程,我们可以通过一些变换把它变成关于y/x的方程。 当我们需要讨论y/x的关系时就可以构造齐次式来求解。 由于我们研究的是圆锥曲线所以我们往往会得到一个二次方程。 所以使用它的条件就是已知信息要能用关于y/x的韦达定理表示。 刚刚讲的在高考中应该是可以直接使用的。 真正的争议点就在于建立已知问题和y/x的关系上。 有些情况会用到平移变换,而这在高中能否直接使用存在争议。 2.实例1说了那么多你可能也没看懂。 下面用一个实例帮助你理解。 这题呢有常规解法。 大致思路就是:利用OQ1与OQ2垂直,设点和直线y=kx+m得到k,m,b的关系。 根据OD与Q1Q2垂直,设点,我们还能得到k,m和D点的关系。 根据以上两个关系求得轨迹方程。 计算量比齐次化的方法稍微大很小一丢丢。 这道题给了两个垂直,其实就是两个向量垂直。(垂直我个人建议转化为向量垂直,利用点积为0,避免斜率不存在的分类讨论) 对于Q1Q2来说,用向量表示要两个点 再加上表达OD的一个点 总共要3个点才能表达垂直关系。 而OQ1和OQ2垂直只需要两个点。 咱们优先考量OQ1和OQ2垂直 设Q1(x1,y1),Q2(x2,y2) 就有x1x2+y1y2=0 也就是 但是这个变换不等价与原来的式子。 请自行检验x1,x2为0的情况。(常规方法也需要的) 然后我们就构造出了一个关于y/x的结果,而且恰好是韦达定理形式的。 接下来才是齐次化的精髓。 用1的代换构造齐次式。 我们刚刚要单独拎出来检验的是x1,x2为0的时候,也就是Q1Q2斜率不存在的情况。 因此我们可以考虑设Q1Q2:y=kx+m 因为这种方程加上刚刚的检验可以包括所有的直线。 然后我们联立直线和椭圆。 精髓来了啊。 变换直线方程为1=F(x,y)的形式。 把椭圆方程中不是二次的单项式都乘以1或1的平方。(一次式乘1,常数项乘1的平方) 代换得到 化简得到 我不小心用了两个k,现在我们把直线方程中的k换成n 即Q1Q2:y=nx+m 两边同除以x²得到 其中k为OQ1,OQ2的斜率。 我们知道它们的乘积为-1 于是由韦达定理 接下来我们再利用OD写直线方程。 设D(x3,y3)于是 Q1Q2: 对比系数代入关系式化简就能得到轨迹方程 3x²+3y²=2b² 没错,这玩意是个圆。 3.实例2 双斜率问题看好这个哈。 这个很重要。 这道题的特征在于给了两个斜率的关系,而且这个关系能用韦达定理表达。 这种问题都可以用齐次化来尝试解决。 但是我们需要把斜率转化为y/x的形式,这里就需要用一个有争议的方法。 平移变换。 记住口诀 左加右减,上减下加 就能平移椭圆。 (可以通过二元函数F(x,y)的平移来证明) 我们直接把P点平移到坐标原点。 这样新的斜率就能表达为y/x了。 原来的椭圆就转化为了 设直线为mx+ny=1 联立,齐次化,化简得到 根据韦达定理 m=0.5+n 反代回直线方程就是 由题意上式恒成立,所以x=2,y=-2 再平移回去就得到定点为(2,-1) 下面是常规解法 除此之外当然也有我之后会介绍的替代解法——构造同构式。 之后再说。 本期内容到此结束。 接下来呢,我打算再更新一些圆锥曲线的方法。 比如解决双斜率情况的第二种方法——构造同构式 点差法及其拓展结论 定比点差法 定比分点公式与韦达定理 和差公式 硬解定理 等效判别式 圆锥曲线的第二定义 抛物线的平均性质 椭圆、双曲线的第三定义 圆锥曲线的极坐标方程、参数方程 行列式求解二元一次方程组 附:平面法向量速求法、三角形面积的坐标表达 别看我这边写了这么多,但是我没那么多时间更新完。 要优先更新哪个?还有一种重要方法——仿射变换 我先不加入投票,这种方法也有不给分的可能。 以后应该还会介绍。 暂时就说这么多吧。 |
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