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文献结尾提出了两个结论,现证明如下:
定理1 已知PA,PB为椭圆x2a2+y2b2=1(a>0,b>0且a>b)的两条切线,切点分别为A,B,Q为线段A,B的中点,线段PQ交椭圆于点C,则直线PQ经过椭圆的中心O,且OC2=OP•OQ.
证明 设P(x0,y0),则切点弦AB的方程为
x0xa2+y0yb2=1.
①
当y0=0时,直线PQ显然经过椭圆的中心O.
当y0≠0时,则由①式得
y=-b2x0a2y0x+b2y0.
②
把②代入x2a2+y2b2=1,整理,得
(a2b2y20+b4x20)x2-2a2b4x0•x+a4b4-a4b2y20=0.
由韦达定理,xA+xB=2a2b4x0a2b2y20+b4x20=2xQ,
即xQ=a2b2x0a2y20+b2x20.
③
把③代入②,得
yQ=-b2x0a2y0•a2b2x0a2y20+b2x20+b2y0=a2b2y0a2y20+b2x20.
∴OQ=a2b2x0a2y20+b2x20,a2b2y0a2y20+b2x20
=a2b2a2y20+b2x20(x0,y0).
又 OP=(x0,y0),
∴OQ∥OP,
∴直线PQ经过椭圆的中心O.
下面证明:OC2=OP•OQ.
为了证明以上结论,先给出文献的结论:已知PA,PB为椭圆(双曲线或者抛物线)的两条切线,切点分别为A,B,过P的直线交椭圆(双曲线或者抛物线)于C,D两点,交弦AB于点Q,则PQ2=PC•PD-QC•QD.
由文献可知PQ2-PC•PD+QC•QD=0.
上式左边=(OP-OQ)2-(OP-OC)•(OP+OC)+
(OC-OQ)•(OC+OQ)
=OP2-2OP•OQ+OQ2-OP2+OC2+
OC2-OQ2
=2OC2-2OP•OQ=右边=0,
即证OC2=OP•OQ.
定理2 已知PA,PB为双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0且a≠b)的两条切线,切点分别为A,B,Q为线段A,B的中点,线段PQ交双曲线于点C,则直线PQ经过双曲线的中心O,且OC2=OP•OQ.
证明 类似定理1,略.
定理3 已知PA,PB为抛物线y2=2px的两条切线,切点分别为A,B,Q为线段A,B的中点,线段PQ交抛物线于C,则直线PQ与抛物线的对称轴平行或重合,且PC=QC.
证明 设P(x0,y0),则切点弦AB的方程为
y0y=p(x+x0),∴x=y0py-x0.
①
把①代入y2=2px,整理,得
y2-2y0•y+2px0=0.
由韦达定理,yA+yB=2y0,∴y0=yQ.
②
把②代入①,得
xQ=y0•yQp-x0=y20p-x0.
∴Qy20p-x0,y0,PQ=y20p-2x0,0.
∴直线PQ与抛物线的对称轴平行或重合.
下面证明:PC=PC.
易知yC=y0,代入y2=2px,得xC=y202p,
∴xP+xQ2=y20p-x0+x02=y202p=xC.
∴C为PQ的中点,即证PC=QC.
【参考文献】
高凯.一道竞赛题的推广[J].数学通讯,2010(2)(下半月).
定理1 已知PA,PB为椭圆x2a2+y2b2=1(a>0,b>0且a>b)的两条切线,切点分别为A,B,Q为线段A,B的中点,线段PQ交椭圆于点C,则直线PQ经过椭圆的中心O,且OC2=OP•OQ.
证明 设P(x0,y0),则切点弦AB的方程为
x0xa2+y0yb2=1.
①
当y0=0时,直线PQ显然经过椭圆的中心O.
当y0≠0时,则由①式得
y=-b2x0a2y0x+b2y0.
②
把②代入x2a2+y2b2=1,整理,得
(a2b2y20+b4x20)x2-2a2b4x0•x+a4b4-a4b2y20=0.
由韦达定理,xA+xB=2a2b4x0a2b2y20+b4x20=2xQ,
即xQ=a2b2x0a2y20+b2x20.
③
把③代入②,得
yQ=-b2x0a2y0•a2b2x0a2y20+b2x20+b2y0=a2b2y0a2y20+b2x20.
∴OQ=a2b2x0a2y20+b2x20,a2b2y0a2y20+b2x20
=a2b2a2y20+b2x20(x0,y0).
又 OP=(x0,y0),
∴OQ∥OP,
∴直线PQ经过椭圆的中心O.
下面证明:OC2=OP•OQ.
为了证明以上结论,先给出文献的结论:已知PA,PB为椭圆(双曲线或者抛物线)的两条切线,切点分别为A,B,过P的直线交椭圆(双曲线或者抛物线)于C,D两点,交弦AB于点Q,则PQ2=PC•PD-QC•QD.
由文献可知PQ2-PC•PD+QC•QD=0.
上式左边=(OP-OQ)2-(OP-OC)•(OP+OC)+
(OC-OQ)•(OC+OQ)
=OP2-2OP•OQ+OQ2-OP2+OC2+
OC2-OQ2
=2OC2-2OP•OQ=右边=0,
即证OC2=OP•OQ.
定理2 已知PA,PB为双曲线x2a2-y2b2=1(a>0,b>0且a≠b)的两条切线,切点分别为A,B,Q为线段A,B的中点,线段PQ交双曲线于点C,则直线PQ经过双曲线的中心O,且OC2=OP•OQ.
证明 类似定理1,略.
定理3 已知PA,PB为抛物线y2=2px的两条切线,切点分别为A,B,Q为线段A,B的中点,线段PQ交抛物线于C,则直线PQ与抛物线的对称轴平行或重合,且PC=QC.
证明 设P(x0,y0),则切点弦AB的方程为
y0y=p(x+x0),∴x=y0py-x0.
①
把①代入y2=2px,整理,得
y2-2y0•y+2px0=0.
由韦达定理,yA+yB=2y0,∴y0=yQ.
②
把②代入①,得
xQ=y0•yQp-x0=y20p-x0.
∴Qy20p-x0,y0,PQ=y20p-2x0,0.
∴直线PQ与抛物线的对称轴平行或重合.
下面证明:PC=PC.
易知yC=y0,代入y2=2px,得xC=y202p,
∴xP+xQ2=y20p-x0+x02=y202p=xC.
∴C为PQ的中点,即证PC=QC.
【参考文献】
高凯.一道竞赛题的推广[J].数学通讯,2010(2)(下半月).