圓錐曲線中的定比分點問題

2020-12-15 曹老師的高中數學課

與圓錐曲線的線段定比分點問題通常以向量的形式給出,重點考查向量係數的處理以及點和點之間利用坐標進行轉化,此時存在比例的線段並不一定是弦長,也可能是一條普通的線段,因此根據線段是不是弦長處理起來的方法也不同。

如若是特殊的弦長:焦點弦,則在焦點弦中我們有可以直接利用的公式,即線段傾斜角,離心率和線段等分比例之間存在特定的關係式:

注意上述公式中不包含雙曲線外分弦的情況,另外對角度的確定以及線段比值都必須提前做出限定,具體不再詳述。

此外焦點弦長的公式也必須熟練掌握,公式在處理一些小題時可以很快的寫出弦長,從而避免小題「大」做,公式如下,重點注意拋物線中的焦點弦長公式:

若不是弦長,此時可以通過比值找到兩點之間橫/縱坐標之間的轉化關係,或者利用向量之間的比值關係找到比值λ和其中一個變量x1/x2/y1/y2的等量關係,此時可以根據λ的範圍求變量的範圍,也可以通過變量的範圍求λ的範圍,這在求λ取值範圍中經常用到。

下面給出高考中與向量定比分點結合常見的題型:

題型一:已知比值λ,求其他未知量,例如點坐標,斜率,直線方程等等

注意此時向量所在的直線過定點F2,此時的線段並不是弦長,共線向量的比值關係可以轉化為線段長度的比值關係,而長度的比值關係可以轉化為對應坐標的比值關係,即P,Q兩點橫坐標的關係,根據條件求出兩點的橫坐標,利用比值求出未知量m即可。

題目和上題類似,向量所在的線段PB不是弦長,此時將向量比轉化線段長度比可以得到橫縱坐標之間的關係,此時直線和雙曲線聯立之後關於x的一元二次方程的兩個解x1,x2就確定了,將x1,x2轉化為一個,再利用韋達定理兩根的和與積即可消去剩餘的一個根,解得就是a的值。

題目給出線段長度的比值,我們可以轉化為向量的比值,進而可以找到橢圓上的點Q與另外兩個相對定點坐標的轉化關係,求得點Q的坐標,最後利用點Q在橢圓上,帶入即可求出所需的未知量。

題目中向量所在的線段AB為弦長,所以肯定要用到直線與雙曲線聯立之後韋達定理的形式,題目只需要利用λ1,λ2的和為定值,將λ1,λ2表示成A,B兩點坐標的形式即可,利用和為定值即可求出未知量k,但是此時需要選擇使將λ轉化為橫坐標還是縱坐標的形式,根據坐標可以看出轉化為x比轉化為y更複雜,因此選擇轉化為y即可。

題型二:求λ的取值範圍或最值

這種題目總的解題思路是找到λ和其中一個變量的等量關係,利用變量的有界性求得λ的取值範圍,題目的關鍵在於如何找到這種等量關係。

將線段比值轉化為向量比值,並設出比值λ,此時線段所在的長度PF不是弦長,P,F點為已知相對定點,分別表示出P,F兩點的坐標,再利用比值關係將點A的坐標根據比值λ和P,F兩點的坐標表示出來,利用點A在橢圓上帶入即可找到λ和a,b,c之間的關係,將a,b,c轉化為離心率,利用離心率的有界性即可求出λ的取值範圍。

本題目在上次內容中用點差法給出了,但是對比上題會發現M,N均為橢圓上的動點,動點個數比上題多一個,所以再利用上述方法反而不簡單,當然利用向量的比值可以找到兩點坐標之間的轉化關係,如果這樣需要寫出兩個方程才可以,不如還是使用上節內容的點差法簡單,相似的問題還有下面例7.

題型三:已知λ取值範圍,求其他未知量的最值或取值範圍

這種題目類似於給定義域求值域,所以總體思路是將所求的目標函數用λ表示出來,再利用λ的取值範圍求出所求未知量的取值範圍即可。

此時P,Q兩點均為拋物線上的點,利用給出的向量比例關係和P,Q自身符合拋物線的方程即可用λ表示出x1,x2進而求出目標函數的最值即可。

做法同上,點A,B為拋物線上的點,結合向量比值關係和拋物線方程即可用λ表示出x1,x2,目標函數是求直線在y軸截距的取值範圍,因此利用兩點式求出直線方程即可,最後把截距轉化為只含有λ的形式求最值。

本題目中給出了兩個帶有向量比值的式子,題幹中向量的式子和所求條件中向量的式子中的向量並不相同,因此可運用向量的加減法將向量AP,PB轉化為向量OA,OB,OP的形式即可求出λ的值,因此向量之比轉化為線段長度之比即可找到A,B兩點坐標之間的轉化關係,注意此時A,B兩點均為橢圓上,所以常規做法,直線與橢圓聯立,寫出韋達定理的表達式,消去一個變量得到一個關於k和m的等式,可以k當做任意的變量,即可求出m的取值範圍,做法和第二題相似。

題型四:存在性問題或求得滿足條件的λ值

這種題型是求出滿足特定條件的λ值,也可以結合直徑圓問題出現,關於直徑圓問題在以後會給出,此類問題會給出一個特定的條件,例如長度,例如共線等等,難度不大。

本題目中若存在這樣的實數λ,由於A,B,C,D不共線,所以令A,B所在的直線和C,D所在的直線斜率相等即可,無需求出對應的λ值。題目的關鍵是如何理解條件中給出的向量表達式,這種形式的表達式在向量專題中三角形四心問題中給出過,表示角平分線所在的向量,由於題目中可求出A,B所在直線的斜率,因此只需要分別求出C,D兩點的坐標即可。

A,B為焦點弦,可以直接利用焦點弦長公式求出對應的線段比例λ,也可以根據焦點弦長求出對應A,B兩點的橫坐標,從而將λ用坐標的形式表示出來,進而求值。

如果題目是小題,可以直接套用公式求出:

總結:

向量的比值和長度的比值之間經常互相轉化。做題時需要分清向量所在的直線是不是弦長,如果是弦長,則兩點的橫坐標或縱坐標均可利用λ表示出來(經常用到拋物線中,橢圓裡面就有點複雜了一般不用)注意利用向量的比值找到兩點坐標之間的轉化關係。

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