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从圆锥曲线(特指椭圆、双曲线、抛物线)的定义与标准方程出发,如何去推导与焦点相关的焦半径公式、焦点弦长公式及其相关的结论,进而加以应用.
本文不作特别说明,椭圆、双曲线、抛物线都是针对焦点在 轴上标准方程(其中抛物线考虑标准方程 ), 分别为椭圆或双曲线的左、右焦点, 是抛物线的焦点, 是相应圆锥曲线上的一点.所有的公式推导均以椭圆方程为例,且优先考虑左焦点对应的相关公式.双曲线可以完全类比椭圆的推导过程得到,特殊情况会另外说明.
焦半径是指圆锥曲线上任意一点与焦点的连线段.对于椭圆与双曲线上的任意一点,都对应两条焦半径;对于抛物线上的任意一点,焦半径唯一存在.
从而焦半径
分子有理化得
于是有
(1)(2)两式相加得
于是我们得到椭圆的焦半径公式(I):
同理有双曲线的焦半径公式(I):
当点在双曲线上的不同支上时,绝对值里面式子的正负大家可以自行讨论.
抛物线的焦半径公式可以直接由抛物线的定义得到,即
解得
解得
同理可以推得右焦点对应的焦半径公式
于是我们得到椭圆的焦半径公式(II):
对于双曲线来说,与椭圆类似可以得到双曲线的焦半径公式(II),需要注意的是,当双曲线上的点在双曲线的不同支上时,焦半径公式(I)中绝对值的正负不同,所以需要分别讨论.双曲线的焦半径公式(II):
抛物线的焦半径公式为:
椭圆的焦半径公式(II)有两个常用的推论:
推论1 椭圆的焦点弦长公式:
由焦半径公式(II)知
于是
这就是椭圆的焦点弦长公式,容易知道,对于经过椭圆右焦点的弦,此公式同样适用.
事实上,对于双曲线,同样有推论1,即双曲线的焦点弦长公式:
抛物线的焦点弦长公式更为简单,即
所以
为定值.
推论2 椭圆的焦点弦被焦点所分成的两段线段长的调和平均数为定值(即焦半径的倒数和为定值).
证明 由焦半径公式(I)知
几道练习:
答案
练习3
备注1 椭圆的焦半径公式(I)是从椭圆的第一定义向第二定义过渡的重要桥梁,可以通过椭圆的焦半径公式(I)去发掘椭圆的第二定义.由焦半径公式(I)知