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对一道考试题所涉及的圆的性质的讨论

(2023-10-09 16:14:01)
分类: 教学随笔

 题:已知圆C:(x-2)²+y2=16 ,P是圆C上的动点,Q为圆C与x轴负半轴的交点,E是QP的中点。

(1)求点E的轨迹方程。

(2)过点M(1,0)的直线与点E的轨迹交于A,B两点(Ax轴上方),问在x轴正半轴上是否存在定点N,使得x轴平分∠ANB? 若存在,请求出点N的坐标;若不存在,请说明理由。

这是我校高二年级月考的一道题。下面讨论的是此题第(2)问的更为一般的情况。

命题:圆C的半径为rMN是射线CD上两点M在圆内),过点M作直线交圆CAB两点,当CD为∠ANB的平分线时,CMCN之积等于r2

此命题的逆命题也成立。

对一道考试题所涉及的圆的性质的讨论

证明:C为原点、CD所在直线为x轴建立直角坐标系,则圆C的方程为:x2+y2=r2,设Mm0),Nn0,A(x1,y1)B(x2,y2).

AB的方程为:y=k(x-m)

y=k(x-m)代入圆C的方程,整理得:(1+k2)x2-2mk2x+(k2m2-r2)=0

由韦达定理得:x1+x2=2mk2/(1+k2)x1x2=(k2m2-r2)/(1+k2)

CN为∠ANB的平分线,则有kAN+kBN=0,故有:y1/(x1-n)+y2/(x2-n)=0

y1=k(x1-m)y2=k(x2-m)代入上式,整理得:2x1x2-(m+n)( x1+x2)+2mn=0

代入韦达定理,整理,得:mn=r2.

ABx轴时,射线CD上任一异于M的点N均满足“CN为∠ANB的平分线”的要求,自然也存在满足题设要求的点N

 

另:M点位于圆外时,当CMCN之积等于r2时,过点N垂直于CD的直线平分∠ANB.

对一道考试题所涉及的圆的性质的讨论

命题1的结论还可以由圆推广到椭圆、双曲线和抛物线。

在平面直角坐标系中,椭圆x2/a2+y2/b2=1(a>b>0)MNx轴正半轴上两点(M 在椭圆内),Mm,0),Nn,0,M的直线交椭圆于AB两点,当x轴平分∠ANB时,mn=a2.

在平面直角坐标系中,椭圆x2/a2+y2/b2=1(a>b>0)MNy轴正半轴上两点(M 在椭圆内),M0,m),N0,n,M的直线交椭圆于AB两点,当y轴平分∠ANB时,mn=b2.

在平面直角坐标系中,双曲线x2/a2-y2/b2=1(a>0b>0)MNx轴正半轴上两点,Mm,0),Nn,0,m>a,M的直线交双曲线于AB两点,当x轴平分∠ANB时,mn=a2.

在平面直角坐标系中,双曲线x2/a2-y2/b2=1(a>0b>0)MNy轴正半轴上两点,M0,m),N0,n,M的直线交双曲线于AB两点.y轴平分∠ANB(或其外角)时,mn=b2.

:椭圆与双曲线的结论基本一致。

在平面直角坐标系中,抛物线y2=2px(p>0)MNx轴上两点(Mx轴正半轴),M0,m),N0,n,M的直线交抛物线于AB两点,当x轴平分∠ANB时,m+n=0.

这些命题的证明与前面的关于圆的讨论类似。 


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