圆锥曲线切线的一个性质

时间:2022-09-17 01:45:10

笔者在研究2012年高考福建卷理科第19题时,发现其结论具有一般性,于是着手进行推广,得到圆锥曲线切线的一个漂亮性质,与大家分享.

试题 如图1,椭圆E:x2a2+y2b2=1(a>b>0)的左焦点为F1,

右焦点为F2,离心率e=12,过F1的直线交椭圆

于A、B两点,且ABF2的周长为8.

(1)求椭圆E的方程;

(2)设动直线l:y=kx+m与椭圆E有且只有一个公共点P,且与直线x=4相交于点Q.试探究:在坐标平面内是否存在定点M,使得以PQ为直径的圆恒过点M?若存在,求出点M的坐标;若不存在,说明理由.

答案 (1)椭圆E的方程是x24+y23=1;

(2)存在定点M(1,0)满足题意.

该试题第(2)问的结论,对于椭圆都成立,于是得到如下性质:

性质1 如图2,设P(x0,y0)是椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)上的任意一点,直线l是过点P的椭圆的切线,若直线l交椭圆的右准线x=a2c于点Q,则以PQ为直径的圆恒过椭圆的右焦点F(c,0).

证明 由x2a2+y2b2=1得2xa2+2yy′b2=0,所以

y′=-b2xa2y.

所以过点P(x0,y0)的椭圆的切线l的方程为:

y-y0=-b2x0a2y0(x-x0)(y0≠0),

即x0xa2+y0yb2=1.

由x0xa2+y0yb2=1,

x=a2c, 解得y=b2y0(1-x0c), 所以Q(a2c,b2y0(1-x0c)).

又F(c,0),故FP=(x0-c,y0),

FQ=(a2c-c,b2y0(1-x0c)),

所以FP·FQ=(x0-c)(a2c-c)+y0·b2y0(1-x0c)=b2x0c-b2+b2-b2x0c=0.

所以FPFQ,由点P的任意性知:以PQ为直径的圆恒过椭圆的右焦点F(c,0).

注 若椭圆的切线l交椭圆的左准线x=-a2c于点Q,则以PQ为直径的圆恒过椭圆的左焦点F(-c,0).

该性质可以类比到双曲线,于是得到:

性质2 如图3,设P(x0,y0)是双曲线

x2a2-y2b2=1(a>0,b>0)上的任意一点,

直线l是过点P的双曲线的切线,若

直线l交双曲线的右准线x=a2c于点Q,

则以PQ为直径的圆恒过双曲线的右焦点F(c,0).

注 若双曲线的切线l交双曲线的左准线x=-a2c于点Q,则以PQ为直径的圆恒过双曲线的左焦点F(-c,0).

证明仿照性质1,此处略.

其实,椭圆、双曲线的上述性质对抛物线也是成立的.

性质3 如图4,设P(x0,y0)是抛物线y2=2px(p>0)上的任意一点,直线l是过点P的抛物线的切线,若直线l交抛物线的准线x=-p2于点Q,则以PQ为直径的圆恒过抛物线的焦点F(p2,0).

综合性质1,2,3,可得:

圆锥曲线统一性质 设点P是圆锥曲线C上的任意的一点,直线l是过点P的圆锥曲线C的切线,若直线l交圆锥曲线C的准线于点Q,则以PQ为直径的圆恒过圆锥曲线C的与该准线对应的焦点F.

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