​橢圓定長動弦中點「8字型雙黃蛋」軌跡方程解法薈萃

2021-02-19 鄒生書數學

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鄒生書,男,1962年12月出生,本科學歷,理學士學位,中學數學高級教師,黃石市高中數學骨幹教師。主要從事高中數學教學、高中數學解題研究和探究性學習等。從2007年8月到2018年8月,在《數學通訊》《數學通報》《數學教學》《中學數學》《中學數學教學》等,二十多種學術期刊上發表解題和探究性學習文章300餘篇。

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橢圓定長動弦中點「8字型雙黃蛋」

軌跡方程解法薈萃

     浙江洪一平      廣東楊俊      貴州吳 

  天津高達溟     湖北鄒生書

湖北省陽新縣高級中學     鄒生書編輯整理

解法1:巧用向量數量積+方程思想根與係數關係求解    洪一平  提供

綜上, 所求的弦的中點的軌跡方程為

x4+8y4+6x2y2-4y2=0。

點評:本解法巧用向量數量積極化恆等式,迴避了傳統解法中的弦長公式,然後用方程思想一元二次方程根與係數關係求解。對於本題而言,向量極化恆等式應用於中點弦問題是一種創新,是本解法的一個亮點。

解法2:用直線的參數方程求解    高達溟   鄒生書   提供

點評:本解法用直線的參數方程求軌跡,不需要對傾斜角分類討論,避免了用直線方程求解時,要對斜率是否存在進行分類討論。解法流暢優美,如同行雲流水。


解法3:楊  提供   鄒生書編輯整理

1)當動弦AB垂直於x軸時,因為橢圓中這樣的弦短軸最長且恰好為2,故這樣的弦只有一條就是短軸,其中點是坐標原點。

2)當動弦AB不垂直於x軸時,設直線AB的方程為y=kx+b,    將其代入橢圓方程整理得

其軌跡是下圖所示的「8字型雙黃蛋」。成就這一傑作的幕後推手就是動弦的長度恰好等於橢圓短軸之長。

點評:注意本解法中直線AB方程的兩種表示方法在解題中的妙用。斜截式方程和點斜式方程接力使用恰到好處,各自完成應盡的義務和歷史使命,在解題中起到了化繁為簡的作用,解法給人以和諧統一的美感。


解法4:用二級結論求解       提供   鄒生書編輯整理

弦長公式秘訣:

2倍開根號,小方積,大方和,對方和與單方差,減完單方跑下方。

下面用上述橢圓的弦長公式來解答這個軌跡問題。


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