[动点的轨迹方程及其应用] 求动点轨迹方程的方法

时间:2019-01-18 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

   “求曲线的方程”是解析几何内容高考热点之一,也是高考得分的关键点.求曲线方程问题主要包括以下两类问题:一是求动点的轨迹方程问题;二是求某些具体曲线(直线、圆、椭圆等)方程问题.下面着重介绍求动点的轨迹方程的基本方法、以及动点轨迹方程的应用.
  一、 求动点轨迹方程的基本方法
  求动点的轨迹方程的基本方法是:通过建立适当的坐标系,依据动点的特点,确定动点坐标所满足的等量关系,最终通过化简求出动点的轨迹方程.其解题的基本步骤为:建系、设点、找动点所满足的限制条件、将动点坐标代入限制条件、化简方程,可以简记为:建、设、现(限)、代、化.
  例1 (2005年高考江苏卷试题)如图1,圆O??1?与圆O??2?的半径都是1,O??1?O??2?=4,过动点P分别作圆O??1?、圆O??2?的切线PM,PN(M,N分别为切点),使得PM=2PN,试建立适当的坐标系,并求动点P的轨迹方程.
  图1
  分析:(1) 欲求点P的轨迹方程,首先需要做什么?(建立坐标系.)
  (2) 如何建立坐标系?(应考虑条件中两圆的对称性,以直线O??1?O??2?为x轴、线段O??1?O??2?的中点为原点建立直角坐标系,如图2所示.)
  图2
  (3) 如何建立等量关系?(利用条件PM=2PN.)
  (4) 怎样对等式PM=2PN进行变形?
  (将PM=PO?2?1-O?1M?2,PN=PO?2?2-O?2N?2代入到PM=2PN,化简,就得到点P的轨迹方程为(x―6)??2?+y??2?=33.)
  例2 已知动点P(x,y)到坐标原点O的距离的平方与它到直线l:x=m(m为常数)的距离相等.
  (1) 求动点P的轨迹方程C;
  (2) 就m的不同取值讨论方程C的图形.
  解:(1) 因为动点P(x,y)到原点的距离为PO=x?2+y?2,所以(x?2+y?2)??2?=|m-x|,
  即x??2?+y??2?=|m-x|,所以,动点P的轨迹方程C为x??2?+y??2?=|m-x|.
  (2) 由x??2?+y??2?=|m-x|两边平方,移项并分解因式,得(x??2?+y??2?-m+x)(x??2?+y??2?+m-x)=0,
  ∴x+12??2?+y??2?=14+m或x-12??2?+y??2?=?14-m,?
  ① 当14+m>0且14-m>0,即-14<m<14时,点P的轨迹方程C表示的图形是两个圆.
  ② 当m=14或m=-14时,点P的轨迹是一个圆和一个点;
  ③ 当m<-14或m>14时,点P的轨迹是一个圆.
  例3 (2010年江苏高考试题)在平面直角坐标系xOy中,如图,已知椭圆x?29+y?25=1的右顶点为B,右焦点为F.设动点P满足PF??2?-PB??2?=4,求点P的轨迹.
  图3
  分析:本题以椭圆为背景,给出两个定点F,B,一是椭圆的右焦点,另一个是椭圆的右顶点.而动点P满足关系PF??2?-PB??2?=4,于是,可利用求轨迹方程的基本方法来解决.
  解:(1) 设点P (x,y),由已知,得F(2,0),B(3,0).
  由PF??2?-PB??2?=4,得[(x―2)??2?+y??2?]-[(x-3)??2?+y??2?]=4,
  化简,得x=92.故所求点P的轨迹为直线x=92.
  说明:要注意区分轨迹和轨迹方程这两个概念.轨迹是指动点运动所留下的痕迹,是一种几何表示;而轨迹方程,则是研究动点坐标所满足的代数方程,是一种代数表示.
  二、 动点轨迹方程的应用
  对于研究动点的轨迹问题,在高考命题时,不仅会命制像例1、3这类直接求动点轨迹方程的试题,还会出现一些较为“隐蔽”的求轨迹问题,请看下面的例题.
  例4 (2008年江苏高考题)满足条件AB=2,?AC=2BC的?三角形ABC的面积的最大值.
  分析1:本例的基本解法是:直接构造三角形ABC面积的目标函数S??△ABC?=12AB•BC•sinB.即首先设出BC的边长(不妨设为x),就可以得到AC=2x,并通过三角形中“两边之和大于第三边”确定自变量x的函数;然后,将sinB转化成cosB,由余弦定理用x表示cosB,从而用x的函数f(x)表示三角形ABC面积关于,最终求出函数f(x)最大值.
  解法一:设BC=x,则AC=2x,由三角形三边关系,得2x+x>2?x+2>2x,解得22-2<x<22+2.
  根据面积公式得S??△ABC?=12AB•BC•sinB=x1-cos?2x,
  根据余弦定理,得cosB=AB?2+BC?2-AC?22AB•BC=4+x?2-2x?24x=4-x?24x,代入上式,得
  S??△ABC?=x1-4-x?24x?2=-x?4+24x?2-1616=?-(x?2-12)?2+12816,
  故当x=23∈(22-2,22+2)时,S??△ABC?取最大值22.
  问题:上面的这一种解法,比较多地利用“形”来研究问题,通过构造三角形面积目标函数来解决问题.除了这种解法之外,还有其他的解法吗?
  分析2:我们知道:在研究解决具体的数学问题时,我们通常可以通过“数”与“形”这两个角度来研究问题.我们还可以通过研究动点C的特点――直接求出动点C的轨迹方程,从而通过求出动点C到AB距离的最大值,来求出三角形面积的最大值.
  解法二:以线段AB的中点为原点、建立如图所示的直角坐标系,则A(-1,0),B(1,0),设C(x,y),由AC=2BC,得(x+1)??2?+y??2?=2[(x-1)??2?+y??2?],整理得(x-3)??2?+y??2?=8(y≠0),所以,点C的轨迹为:以M(3,0)为圆心、22为半径的圆(除去x轴上的点).所以当C在(3,±2)处时,△ABC面积最大,为22.
  图4
  总结:2008年高考这道题的正确率很低,得分率仅为0.2左右.究其原因,是很多考生直接利用“解法一”求解、未能把所求的问题转化成求点C的轨迹方程问题,因而未能求解出正确答案.可见,巧妙地应用轨迹方程可以简化解题过程.
  (责任编辑:孙鹏刚)?

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