有关直线与圆锥曲线的一个统一结论

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  圆锥曲线中的椭圆、双曲线、抛物线,不仅各具特色和内涵,而且也有统一的定义和性质.而对于作为一个有机整体的圆锥曲线,探求其所具有的共同特征应该非常有用.本文探究直线与圆锥曲线相交所得线段相等的问题,具体内容如下:
  一、问题提出
  直线y=kx m与双曲线x2a2-y2b2=1及其渐近线交于A,B,C,D四点,求证:|AC|=|BD|.
  解如图1所示,可设双曲线及渐近线方程为x2a2-y2b2=λ(λ=0或1),
  由y=kx m,x2a2-y2b2=λ,
  得
  (b2-a2k2)x2-2kma2x-a2m2-λa2b2=0,
  该方程显然有实数解.
  ∴x1 x22=kma2b2-a2k2,
  即直线y=kx m与曲线x2a2-y2b2=λ(λ=0或1)的两交点的中点的横坐标相同(与λ无关).故线段AB与CD的中点重合,即|AC|=|BD|.
  二、分析
  四点共线,然后求该直线上的线段长相等,如果直接算,计算量应当很大.本题巧妙地利用中点相同化解了這一问题,又因为渐近线方程与双曲线方程的结构相似(只差一个常数λ),所以只用一次韦达定理即解决问题,何等的干净利索!
  (一)引申1
  可以将原题中的渐近线改为双曲线x2a2-y2b2=k(k≠0)(如图2或图3所示),然后一直线被两组双曲线截得的四个点仍有相同的性质,而证明过程同刚才一样.
  (二)引申2
  设两椭圆的离心率相同,对称中心重合,长短轴位置一致,则与两椭圆相交的直线夹在椭圆间的两线段长相等.
  解由已知设两椭圆方程为x2a2 y2b2=λi(i=1,
  圆锥曲线中的椭圆、双曲线、抛物线,不仅各具特色和内涵,而且也有统一的定义和性质.而对于作为一个有机整体的圆锥曲线,探求其所具有的共同特征应该非常有用.本文探究直线与圆锥曲线相交所得线段相等的问题,具体内容如下:
  一、问题提出
  直线y=kx m与双曲线x2a2-y2b2=1及其渐近线交于A,B,C,D四点,求证:|AC|=|BD|.
  解如图1所示,可设双曲线及渐近线方程为x2a2-y2b2=λ(λ=0或1),
  由y=kx m,x2a2-y2b2=λ,
  得
  (b2-a2k2)x2-2kma2x-a2m2-λa2b2=0,
  该方程显然有实数解.
  ∴x1 x22=kma2b2-a2k2,
  即直线y=kx m与曲线x2a2-y2b2=λ(λ=0或1)的两交点的中点的横坐标相同(与λ无关).故线段AB与CD的中点重合,即|AC|=|BD|.
  二、分析
  四点共线,然后求该直线上的线段长相等,如果直接算,计算量应当很大.本题巧妙地利用中点相同化解了这一问题,又因为渐近线方程与双曲线方程的结构相似(只差一个常数λ),所以只用一次韦达定理即解决问题,何等的干净利索!
  (一)引申1
  可以将原题中的渐近线改为双曲线x2a2-y2b2=k(k≠0)(如图2或图3所示),然后一直线被两组双曲线截得的四个点仍有相同的性质,而证明过程同刚才一样.
  (二)引申2
  设两椭圆的离心率相同,对称中心重合,长短轴位置一致,则与两椭圆相交的直线夹在椭圆间的两线段长相等.
  解由已知设两椭圆方程为x2a2 y2b2=λi(i=1,2),设直线方程为y=kx b(斜率不存在情况显然成立).
  则由x2a2 y2b2=λi,y=kx b,
  得(b2 a2k2)x2 2a2kbx a2b2-a2b2λi=0,
  ∴x1 x22=-a2kbb2 a2k2,
  ∴直线y=kx b与椭圆的交点的中点横坐标与λi无关,所以两中点重合,也即与两椭圆相交的直线夹在椭圆间的两线段长相等.
  2),设直线方程为y=kx b(斜率不存在情况显然成立).
  则由x2a2 y2b2=λi,y=kx b,
  得(b2 a2k2)x2 2a2kbx a2b2-a2b2λi=0,
  ∴x1 x22=-a2kbb2 a2k2,
  ∴直线y=kx b与椭圆的交点的中点横坐标与λi无关,所以两中点重合,也即与两椭圆相交的直线夹在椭圆间的两线段长相等.
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