浅谈仿射变换在解决椭圆问题中的应用教学文案
仿射变换在椭圆中的应用—以2道高考试题为例
仿射变换在椭圆中的应用—以2道高考试题为例发布时间：2021-08-18T10:53:56.857Z 来源：《教学与研究》2021年11期作者：马慧燕李三平[导读] 椭圆是高中圆锥曲线中的主要内容之一，在高中数学中占据重要的地位，同时也是高考的重要考点以及学生学习的重难点。
马慧燕李三平陕西师范大学数学与统计学院西安 710062摘要：椭圆是高中圆锥曲线中的主要内容之一，在高中数学中占据重要的地位，同时也是高考的重要考点以及学生学习的重难点。
本文主要通过仿射变换，来解决与椭圆相关直线斜率、面积等问题，发现应用仿射变换比常规的解析几何方法运算更加简便，最重要的是可以大大减少运算量，这为学生在考试或高考中，节省了一定的时间。
关键词：仿射变换高考椭圆应用1.仿射变换的定义[1]如果平面上的一个点变换，把共线的任意三点变成共线的三点，并且保持三点的单比不变，则可以称该点变换为仿射变换。
仿射变换是几何学中一个基本的变换，图形在变换中保持许多不变的性质和不变量。
其中包括：同素性不变，即把直线变成直线、点变成点；平行不变性是把平行直线变成平行直线。
一般地，在仿射平面上，仿射变换的代数表达式为注：下面两个性质可以根据上述代数表达式进行相关证明，但为了后面能更好地将仿射变换应用到椭圆的具体事例中，故直接采用椭圆的代数仿射表达式进行相关的证明，以便于读者更直观的理解和应用。
2.仿射变换的性质[1]仿射变换在椭圆中的应用，主要涉及直线的斜率、图形的面积等，故下面的研究都是基于椭圆和直线，它们的方程分别为：2.1椭圆的仿射变换像是圆证明：由方程（2.1）可作如下的仿射变换x1=x/a,y1=y/b。
椭圆方程变为：x21+y21=1，该方程是坐标为原点，半径为1的单位圆。
因此，通过仿射变换可以将椭圆变换为圆，同理，也可以将圆通过仿射变换转化为椭圆，这也是本节为什么将椭圆和仿射变换结合的目的。
2.2直线在仿射变换后还是直线证明:由上述仿射变换将直线方程变为y1=ak/b x1+1，因为所做的变换是非退化的，所以a,b均不为0，故上述方程还是一个直线方程。
射影几何在椭圆中的应用
射影几何在椭圆中的应用
亲爱的小伙伴们，今天就要开始每日一题的考前冲刺啦！今天我们的主题是解析几何，给大家的锦囊妙计是利用仿射变换解决解几难题。
今天小伙伴们可以先熟悉最简单的一类，在椭圆中的应用，即拉伸变换。
利用仿射变换，可以将椭圆的有关问题转化为圆的问题，从而可以借助圆当中的一些性质解决问题，而可以借助圆当中的一些性质解决问题，使问题的解决过程大大简化，在利用仿射变换解决相关问题时，主要利用以下几个性质:
性质1变换后共线三点单比不变(即变换后三点的两个线段的比值和变换前的比值一样).
性质2变换后保持同素性和接合性(即变换前直线与曲线若相切，变换后仍相切).
性质3变换前后对应图形的面积比不变.
好，先不用在意仿射变换的定义究竟如何，来一道题目给大家展示一下如何确切地使用它吧！
说明:如果不使用仿射变换，特别是第(2)问的解答进行一定向量坐标运算才得到k的值，但利用仿射变换，再结合圆中的垂径定理，则几乎没用代数运算就得到结论，运算量大幅度降低.
在这里，使用拉伸变换最重要的地方就在于转换坐标系的时候，比例系数有没有算对。
到底是拉长了，还是缩短了，一点在原坐标系下（对应椭圆）的坐标是什么，到了新坐标系下（对应单位圆）的坐标又是什么，是我们首先要搞清楚的答案。
最后，在单位圆中算得的结果，还要乘以相应的比例系数带回椭圆之中。
小伙伴们，这个变换，你听懂了么？
课后练习：
这道题解答明天公布噢~来解题吧少年少女们！。
基于仿射变换的椭圆若干性质的研究
基于仿射变换的椭圆若干性质的研究
本文主要研究以仿射变换为基础的椭圆的性质，探讨其在图像处理、几何分析、结构数学等领域中的应用，以期深入理解其特性和潜力。
:
仿射变换是一种用来将几何图形从一个空间移动到另一个空间的一种
变换方式。
因此，研究仿射变换下椭圆的若干性质是有必要的。
椭圆
是仿射变换下直线的曲线，它具有仿射性，当其中一系列参数改变时，它也将随之改变。
然而，椭圆也具有自身的具象属性，如长短轴比例、偏心率等，所以在仿射变换之后，这些特性也会产生影响。
此外，椭
圆的两个焦点的位置也会随着变换而改变，当椭圆受到压缩和拉伸等
转换时，也会改变其焦点的位置。
总之，基于仿射变换的椭圆若干性
质研究仍然是一个重要课题，它可以深入探究几何图形在空间移动过
程中的转变规律，从而为我们展示更完整的几何图形研究背景。
“化椭为圆”解决椭圆中的面积问题
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“化椭为圆”解决椭圆中的面积问题
作者：王旭光
来源：《广东教学报·教育综合》2019年第46期
【摘要】在仿射变换下，图形的一些性质不会发生变化。
如，同素性、结合性、平行性、面积比等。
本文通过仿射变换“化椭为圆”来解决椭圆中的一些面积问题，在椭圆的教学和学习过程中，许多问题只能用解析幾何的方法来解决，计算量往往比较大，技巧也比较多。
而在解决圆的某些问题时，往往利用一些性质来处理，过程简明很多。
通过仿射变换正好可以“化椭为圆”，将椭圆中的面积问题转化到圆中来处理。
【关键词】仿射变换；椭圆；圆；面积
参考文献：
[1]吐尔洪艾尔米丁.仿射变换在椭圆面积中的应用[J].新疆师范大学大学学报（自然科学版），2009（1）：44.。
仿射变换在椭圆中的应用
仿射变换在椭圆中的应用仿射变换在椭圆中的应用仿射变换是一种将图像在平面上进行旋转、伸缩、平移和斜切等操作。
在计算机视觉和图像处理中，仿射变换被广泛应用于图像的几何变换和纹理映射等方面。
而在椭圆方面，仿射变换也有着广泛的应用。
一、椭圆的表示椭圆通常用以下标准方程进行表示：aa2+aa2=1其中，a为椭圆长轴的一半，b为椭圆短轴的一半。
通常情况下，我们可以将椭圆沿着x轴旋转一个角度θ来表示，得到以下方程：(aaaaa+aaaaa)2a2+(−aaaaa+aaaaa)2a2=1二、椭圆的仿射变换对于椭圆的仿射变换，我们首先需要明确仿射变换的定义：仿射变换是指保持两条直线的交点和两线段比例不变的线性变换。
对于椭圆的仿射变换，我们可以通过将椭圆变换为单位圆，进行仿射变换后再变回原椭圆来实现。
例如，我们要将一椭圆沿着任意角度旋转，我们可以通过矩阵运算进行仿射变换，即：变换前：(aaaaa+aaaaa)2a2+(−aaaaa+aaaaa)2a2=1 变换后：[a′a′][a′a′]=a[aa]其中，M为2x2的矩阵，其表示旋转和缩放的变换，a’和b’为旋转后的长轴和短轴。
三、椭圆的应用1. 物体跟踪物体跟踪是指在视频中跟踪物体的位置和运动轨迹。
在物体跟踪中，椭圆被广泛应用于表示物体的位置和姿态。
通过椭圆的长轴和短轴可以确定物体的大小和方向，在跟踪过程中可以根据椭圆的变化来实时更新物体的位置和姿态。
2. 图像去畸变图像畸变是指图像在拍摄或扫描过程中由于光学等原因造成的形变。
对于图像去畸变，可以通过将畸变的图像拟合为椭圆，进行仿射变换后将图像变换为正常的图像。
这种方法被广泛应用于摄像机等设备中。
总之，仿射变换在椭圆中有着广泛的应用，可以用于物体跟踪、图像去畸变等方面。
在实际应用中，需要结合具体场景和问题进行变换及其参数的优化和调整，以达到最佳效果。
利用仿射变换把圆变成椭圆的例子
利用仿射变换把圆变成椭圆的例子标题：利用仿射变换将圆变成椭圆的例子摘要：此篇文章将介绍利用仿射变换将圆变成椭圆的例子。
我们将从概念及定义入手，逐步深入探讨仿射变换的原理，并通过具体的例子来展示其应用。
我们将总结仿射变换在几何变换中的重要性，并分享个人对此主题的观点和理解。
正文：1. 引言仿射变换是一种几何变换，在计算机图形学和计算机视觉等领域有着广泛的应用。
它可以通过改变平面上点的位置、旋转和缩放等方式，将一个几何图形转换成另一个图形，从而实现对图像的变形处理。
2. 什么是仿射变换仿射变换是指一类线性的几何变换，它保持平行关系和比例关系不变。
简单来说，它是由一个线性变换和一个平移变换组成的合成变换。
假设我们有一个平面上的点 (x, y)，经过仿射变换后，它将变成 (x',y')。
仿射变换可以用矩阵表示：```[x'] = [a b] [x] + [tx][y'] [c d] [y] [ty]```其中，a、b、c、d是线性变换的参数；tx、ty是平移变换的参数。
3. 仿射变换将圆变成椭圆的例子考虑一个以原点 O(0, 0) 为圆心、半径为 r 的圆。
现在我们希望将这个圆变成一个椭圆，即改变其形状。
我们需要找到一个仿射变换，使得圆上的点变换后仍然位于椭圆上。
假设仿射变换的矩阵表示为：```[x'] = [a b] [x] + [tx][y'] [c d] [y] [ty]```为了让变换后的点 (x', y') 位于椭圆上，我们需要满足以下条件：- 变换后的点 (x', y') 到原点 O(0, 0) 的距离与原点到圆心 O(0, 0) 的距离之比应该相等，即 |(x', y')| / r = |(x, y)| / r。
- 变换后的点 (x', y') 在相同的方向上离原点 O(0, 0) 的距离应该相等。
仿射变换在椭圆中的应用
仿射变换在椭圆中的应用椭圆是数学中一种具有特殊形状的曲线，它在许多领域中都有广泛的应用。
而仿射变换是一种能够保持平行线性质的变换，它在几何学和图像处理中也有着重要的作用。
本文将探讨仿射变换在椭圆中的应用，并介绍其中的原理和实际应用。
我们来了解一下椭圆的基本性质。
椭圆是平面上到两个定点F1和F2距离之和为常数2a的点的轨迹。
其中，F1和F2称为椭圆的焦点，a称为椭圆的半长轴。
椭圆还具有对称性，其对称轴是连接两个焦点的直线。
椭圆的形状由半长轴a和半短轴b决定，其中b是使得椭圆到两个焦点距离之和为常数2a的点的轨迹。
在几何学中，我们常常需要对椭圆进行变换，以便更好地研究其性质。
而仿射变换正是其中一种常用的变换方法。
仿射变换可以保持直线的平行性质，因此可以将椭圆变换为其他形状的曲线，同时保持其重要的几何性质。
那么，如何进行仿射变换呢？在平面几何中，仿射变换可以通过矩阵乘法来表示。
具体地说，对于平面上的一个点(x,y)，其仿射变换可以表示为：x' = a*x + b*y + cy' = d*x + e*y + f其中，a、b、c、d、e、f是仿射变换的参数，它们决定了变换的具体效果。
通过调整这些参数，我们可以实现对椭圆的平移、旋转、缩放等变换操作。
接下来，我们将介绍仿射变换在椭圆中的具体应用。
首先是平移变换。
通过平移变换，我们可以将椭圆沿着平面上的任意方向移动一定的距离。
这在图形处理中非常有用，可以实现图像的平移和移动效果。
其次是旋转变换。
通过旋转变换，我们可以将椭圆绕着某个点旋转一定的角度。
这可以用于图像的旋转和扭曲效果，使得图像更具艺术效果。
仿射变换还可以用于椭圆的缩放和拉伸。
通过调整仿射变换的参数，我们可以改变椭圆的大小和形状，从而实现图像的缩放和形变效果。
仿射变换在椭圆中具有广泛的应用。
通过对椭圆进行平移、旋转、缩放等变换操作，我们可以改变椭圆的位置、形状和大小，从而实现各种图像处理效果。
仿射变换下一类椭圆问题的简单解法
仿射变换下一类椭圆问题的简单解法和椭圆相关的定点、定值、最值问题一直是高考的热点和重点．这类题目通常以压轴题的形式出现，并且由于计算量很大而具有很强的区分度．仿射变换可将椭圆转换为圆，而圆具有椭圆不具备的许多特殊性质，并且和圆有关的问题还可以借助初中平面几何知识解答，从而可以回避繁杂的计算，降低解题难度．因此，和椭圆相关的解析几何问题可以先转化为和圆相关的问题来研究，然后再回到椭圆中解决．本文给出仿射变换中的几个性质，再举若干例子展示其应用，旨在展示解题规律，揭示解题方法．以人教A版教材为例，课本在选修4-4中给出了坐标变换的概念：设P(x,y)是平面直角坐标系中的任意一点在坐标变换门x'=沾从>O,下，y =µy,µ> 0点P(x,y)的对应点为P'(x',y'),称中为平面直角坐标系中的伸缩变换．笔者发现，高中数学解题过程中，仿射变换常用到的性质主要包括以下四点[l]性质1A,B ,C三点在仿射变换下的对应点分别为A',B',c立若A,B,C三点共线，则A'' B',C'也三点共线，且满足对应线段的比值不变，如AB A'B'及＝霆·性质2仿射变换前直线与曲线相切（相交、相离），仿射变换后直线与曲线依然相切（相交、相离）．性质3直线在仿射变换前的斜率k与仿射变换后的斜率k'满足关系：k'=且k.入性质4变换前图形的面积S与变换后图形的面积s'满足关系：S'=扣s.下面我们来看一些应用（为节省篇幅和突出问题本身，部分例题作了必要的简化）．．十一十叶一十。
十•I "I• I "I• 十•I "I•• 十～十..十一一十·•I"I•• 十"I"I" I" I•• 十一十..十～十..十～十“十"I"I•• 十心十“十“十一十“十"I••I" I" I" I" I·+·+·(A)ab =O (B)a+b=O(C)a=b (D)a2+b2=0原解由奇函数的定义得f(—x)= -f(x) ,x ER, 即八—x)=—xi—X +a l+b=—f(x) =—x I x+a l-b.讨论可得a=b=O,即a2+b2 =0. 反之，亦可得证，选D.定义是对数学概念的确切而简要的说明，在解题过程中考虑定义就是回归问题的本质．简洁明快的解题方法，往往蕴涵在对定义的深刻理解之中．评析王老师如何“讨论可得“，笔者不得而知，想必也要费点功夫．对于解选择题，特殊值法的重要性不用多说．由奇函数性质八0)=O, 解得b=O; 而对于f(x) = x I x + a I, 由f(—a)=—f(a), 即0=-2a I a I得a=O.例7已知O为c,.ABC内一点，角A,B,C的..对边分别是a,b,c,若a OA+bOB +cOC=O, 求证心是�ABC的内心．评析在书中，王金战老师详细介绍了他经过多番努力，终于解答出这道题的经过．其实此题并不困难，考查的是向量形式的定比分点公式和角平分线逆定理．要真正看透这道题的本质，需要用到重心坐标的思想，这在笔者的《绕来绕去的向量法》中有详细叙述．.. .. .. ..证明 a OA +bOB +cOC =0, 即二仁b+c OAb ——>一勹十－－— Cb+c OB+ OC=O, 从这个式子容易看出，b +c .. ..b -沪 C在BC上有点仄满足OD=-OB+b+c b+c oc, BD C --DC b一－＝—,且OD与OA共线简而言之，延长A O交BD CBC于D,则—-=-DC b ．而BD= S纽BAD=DC S凶CAD c• ADsin乙BAD Cb• ADsin乙CAD b＝—（此即角平分线的性质），可得乙BAD=乙CAD.同理可证其他．参考文献[1]王金战，许永忠，李锦旭．王金战教你玩转数学：数学是怎样学好的（魅力与方法篇）[M]. 北京：北京大学出版社，2010.讨论十二次之多的方法来解决这个问题．另外，三个三角形两两相似，且没有任何已知的明确的对应关系，考生们情急之下无从下手，备感焦躁．倘若运用先排除再分类的方法，那么问题可迎刃而解．由于对应元素中，对应角是最易入手的，因此我们不妨从角入手，找到解题的突破口．解假设存在这样的点Q,使得l:c,.(1.刀，b.QOA和b.QAB中的任意两个三角形均相似．因为乙QAB=乙AOQ+乙AQO,所以乙QAB>乙AOQ,乙QAB>乙AQO.因此，要使i:c,.QOA与b.QAB相似，只能乙QAO=乙BAQ= 90勹即QA_ix轴．因b>趴故AB>0儿从而乙QOA>乙ABQ,所以只能乙AOQ=乙AQB.此时乙CQB = 90°0由QA_l X轴知QA II Y轴，故乙COQ=乙心A.故要使b.QOA与b.CQC相似，只能乙oco = 90° 或乙CQC= 90°.心当乙OCQ=90° 时，b.CQO竺b.AOQC图4八所以AQ=W=一．b4b 2由AQ2=OA•AB, 得口）=b-1. 解得b= 8士4/3.因为b>趴所以b=8+4祁．故点Q的坐标是(1,2+祁）．＠当乙心C=90° 时，b.OCO U) b.AOQC图5), 故岱＝沿，即心=OC• AQ.yC01 A B X 01 A图4图5又002= OA• O B, 所以CX•AQ =OA•bO B, 即—•AQ =l Xb. 解得AQ=4,此时b= 17 4＞么符合题意，故点Q的坐标是(1,4).综上可知，存在点Q(l,2+戎-)或Q(l,4)'使得60C0,6QOA和6QAB中的任意两个三角形均相似从解答过程中可以看到，先对6AOQ与6ABQ进行探讨，通过“外角”进行第一次排除，明确一对对应角．一般情况下，得知一对相等的角后，常常会分两种情况继续讨论．但此处通过“大边对大角”进行第二次排除，最终筛选出唯一的那一种情况．两次“排除”需要大胆的尝试，续密的逻辑思维，以及对图形敏锐的洞察，难度较大，但难而不繁．此题也显露出命题者构思的巧妙与布局的精当．继对6AOQ与6ABQ的探讨之后，再对6AOQ与6COQ进行探讨．这里的讨论方法就是先确定一组角对应相等，再分两种情况继续讨论的方法．但是，这看似轻松的讨论，因需要用到前面讨论中得到的"QA上x轴”这一结论，故而不能孤立存在．最后，通过“先排除再讨论"'把一个复杂的问题变得简单明了．，十..+ .. I.. I.. • ·-+•-+•-+·-+---+·I .. I.. I•-+·-+---+---+---+---+•-+·-+•-+•-+---+---+•-+•-+---+---+·-+·-+---+·-+·-+--令..I•-+---+·-+--I ..I• I..I·I .. I•-+·-+· （上接笫42页）点评圆中有许多优美的性质和结论，通过仿射变换可以十分完美地拓展到椭圆，蝴蝶定理只是其中的一支奇葩，有兴趣的读者不妨多多研究这类问题笔者最后要指出的是，尽管仿射变换性质的运用或许已经超出高中学生所学的知识范畴，但随着新课改的推进，越来越多的高等数学的知识与方法渗透到中学数学之中已成为不争的事实．作为一名中学教师，能从高等数学的角度剖析初等数学试题，站得高、看得远，有利于理解中学数学问题的来龙去脉，看清问题的本质[3].基于这一点，笔者认为本文的研究具有一定的现实意义．参考文献。
利用仿射变换把圆变成椭圆的例子
文章题目：利用仿射变换将圆变成椭圆的数学实例在数学和几何学中，仿射变换是一种对二维或更高维度几何形状进行变换的方法。
在本文中，我将以利用仿射变换将圆变成椭圆的实例为例，探讨仿射变换的原理和应用。
1. 圆和椭圆的基本定义圆是平面上到一个固定点的距离恒定的点的集合，这个固定点称为圆心，距离称为半径。
而椭圆是平面上到两个固定点的距离之和恒定的点的集合，这两个固定点称为焦点，距离之和称为主轴的长度。
圆和椭圆都是平面几何中常见的几何形状。
2. 仿射变换的定义和特点仿射变换是指在几何空间中保持各点共线、各线平行的变换。
它是一种特殊的线性变换，包括平移、旋转、缩放和错切等基本变换。
仿射变换具有保持原有图形形状和大小不变的性质。
3. 利用仿射变换将圆变成椭圆的过程假设我们有一个标准的圆形，即圆心在原点，半径为1。
要利用仿射变换将这个圆变成椭圆，一个简单的方法是对圆进行线性变换和平移变换。
通过线性变换改变圆的形状，使其变成一个椭圆；然后通过平移变换将椭圆的位置调整到我们需要的位置。
具体操作如下：步骤一：线性变换在二维平面上，假设我们将圆点(x, y)进行线性变换得到(x', y')，则有以下公式：x' = a * xy' = b * y其中a和b分别是水平方向和垂直方向的缩放系数。
步骤二：平移变换假设我们要将圆的位置从原点平移到另一个位置(h, k)，则有以下公式：x'' = x' + hy'' = y' + k其中(h, k)为平移的距离。
通过以上线性变换和平移变换的组合，我们可以将圆形变成任意倾斜角度的椭圆，并调整椭圆的位置到我们需要的位置。
4. 仿射变换在实际应用中的意义利用仿射变换将圆变成椭圆的实例是一个简单但重要的数学问题。
在实际应用中，仿射变换被广泛应用于图像处理、计算机图形学、地图投影、物体识别和运动估计等领域。
通过对图像进行仿射变换，可以实现图像的缩放、旋转、翻转、透视和镜像等操作，从而为图像处理和计算机视觉提供了便利。
高考数学复习：利用仿射变换解决椭圆
高考数学复习：利用仿射变换解决椭圆谈及利用仿射变换可以解决一些初等几何的问题，可以使问题变得更加简洁、透彻，对笔者启发很大，笔者通过自己的教学实践感觉到利用仿射变换，可以将椭圆的有关问题转化为圆的问题，从而可以借助圆当中的一些性质解决问题，使问题的解决过程大大简化，在利用仿射变换解决相关问题时，主要利用以下几个性质：性质1 变换后共线三点单比不变（即变换后三点的两个线段的比值和变换前的比值一样）；性质2 变换后保持同素性和接合性（即变换前直线与曲线若相切，变换后仍相切）； 性质3 变换前后对应图形的面积比不变；现以一些高考试题为例加以说明。
例1设椭圆中心在坐标原点，A(2,0)，B(0,1)是它的两个顶点，直线y=kx(k>0)与AB 相交于点D ，与椭圆相交于E 、F 两点 ⑴若6=，求k 的值；⑵求四边形AEBF 面积的最大值。
分析：此例按照常规解法较为繁杂，但利用仿射变换将椭圆变换为单位圆，点A 、B 、D 、E 、F 分别变换为点A ’、B ’、D ’、E ’、F ’， 线段E ’F ’恰为圆的直径，根据性质1，D ’分线段E ’F ’的比与D 分线段EF 的比相同，利用圆当中的相交弦定理．．．．．求得D ’点的坐标，再反求出D 点坐标，从而很容易求出k 值；利用性质3，可以求得四边形AEBF 与四边形A ’E ’B ’F ’的面积关系，由于四边形A ’E ’B ’F ’面积的最大值较易求出，这样也就很容易求得四边形AEBF 面积的最大值。
解：依题设得椭圆的方程为1y 4x 22=+ 作仿射变换，令x ’=2x ，y ’=y ，则得仿射坐标系x ’O ’y ’，在此坐标系中，上述椭圆变换为圆x ’2+y ’2=1，点A 、B 、D 、E 、F 分别变换为点A ’、B ’、D ’、E ’、F ’，且E ’F ’为圆的直径，E ’F ’=2，A ’(1,0)，B ’(0,1)⑴根据性质1 ∵DF 6ED = ∴''''F D 6D E = ∴E ’D ’=712 D ’F ’=72 ∵E ’D ’·D ’F ’=A ’D ’ ·D ’B ’ A ’D ’+D ’B ’=A ’B ’=2∴A ’D ’=724 D ’B ’=723或A ’D ’=723 D ’B ’=724 ∴''''B D 34D A =或''''D 43A = 由定比分点公式可得：D ’(7374,)或D ’(7473,) ∴D 点坐标为(7378,)或(7476,) ∴k=83或k=32 ⑵设四边形AEBF 的面积为S ，四边形A ’E ’B ’F ’的面积为S ’，E ’F ’与A ’B ’的夹角为θ，则S ’=θ⋅⋅sin ''''B A F E 21=θsin 2≤2（当θ=2π时取“=”号，此时F ’ (2222,)）由于椭圆的面积为πab=2π，圆的面积为πr 2=π根据性质3有π=π'S 2S ，故S=2S ’ ∴S ≤22 当且仅当F 坐标为(22222,)，即k=21时取“=”号 说明：由上述证明过程可知，当D ’为A ’B ’中点是时四边形A ’E ’B ’F ’的面积取到最大值，根据性质1，当D 为AB 中点时四边形AEBF 的面积取到最大值。
2023届高三数学二轮复习椭圆的仿射变换与应用专题课件
仿射性质的应用
• 由上述性质可以看出，仿射变换对斜率、长度、面积等
重要的几何度量由很好的传承关系，但是无法很好的表
达角度关系，所以许多有关角度的问题不宜使用仿射变
换解决，但是如果可以将角度转化成斜率关系，仿射变
换或许可以派上用场
• 直径所对角为直角
• 圆上的半径与切线垂直
• 垂直平分弦的直线过圆心
椭圆的仿射变换与应用
知临中学
思考引入
• 一个正圆压扁了”或
者“一个正圆拉长
了”，椭圆面积？
• S=πab
仿射变换的定义
如果我们对平面上所有点
1
1
做一个变换 x′= x, y′= y ，
便可以称其为一个仿射变
换性质•来自1.有关向量的性质•
向量 =(, ) ，则仿射变换后的向量变为 ‘=(,)
•
2.有关直线斜率的性质
•
设直线AB： Ax+By+C=0 ,AB在仿射变换后变成了A‘B’ :Aax′+Bby′+C=0，那么 斜率从 −B
A
变成了
•
•
Aa
−Bb，也就是说，斜率变成了原来的
。
3.有关面积的性质
一个图形的面积是S，则变换后图形的面积
S
=ab
S′
。
性质
•
4.有关同向线段长度比
• 以上垂直关系可以等价为两直线斜率乘积为
=-1,通
2
过仿射变换，可以得到一系列与 − 2 有关的结论，
例题
解答题：利用“仿射变换”化椭为圆
浅谈仿射变换在解决椭圆问题中的应用一、仿射变换思想方法椭圆)0,0(1:2222>>=+b a b y a x C 中，令a x x ='，by y =',，则椭圆方程变为单位圆 1'22=+y x C ： ，该变换过程称为仿射变换。
相当于在xoy 与'''y o x 两个坐标系来研究问题，但圆中几何意义明显，便于计算。
但最后要还原到椭圆中去解决问题。
变化前后点的坐标对应变化：),()','(),(bya x y x y x =→ )','(),()','(by ax y x y x =→二、性质1、点线关系不变（1）同素性：在经过变换之后，点仍然是点，线仍然是线 （2）结合性：在经过变换之后，在直线上的点仍然在直线上 （3）原三点共线，后三点也共线；原直线平行，后直线也平行 2、原弦长||AB ,斜率k ，后弦长|''|B A ，22211||k k m AB ++=|''|B A （其中ba m =） 3. 直线与圆锥曲线的位置关系不变（相切、相交）已知直线0:=++C Bx Ax l ，椭圆1:2222=+b y a x C ，讨论直线与椭圆的位置关系。
由a x x ='，byy =',仿射变换后，直线0:=++C Bx Ax l 变为0:'=++C Bbx Aax l 。
（此结论可以作为公式背下，提高平时做题的速度）椭圆变为1'22=+y x C ： ，由直线与圆的位置关系易得答案。
例1 已知直线03=-+y x ，椭圆1422=+y x ，则直线与椭圆的位置关系是（ ） A.相交 B.相切 C. 相离 D. 相切或相交解：由2'x x =，y y ='仿射变换后，直线03=-+y x ，椭圆1422=+y x 分别变为直线03''2=-+y x 、椭圆1''22=+y x ，而直线03''2=-+y x 到圆1''22=+y x 的距离15312|3|22>=+-=d ，所以直线和圆相离，由于仿射变换直线与圆锥曲线的位置关系不变，所以原直线和椭圆相离。
仿射变换在解决有关椭圆的仿射性质问题中的应用
仿射变换在解决有关椭圆的仿射性质问题中的应用
谭长明 汝春雷 鞍山师范学院 （ 鞍山 114007）
摘
要
仿射变换是几何中一个重要变换，它是从运动变换到射影变换的桥梁。灵活地运用仿射
变换，能使一些初等几何问题由繁到简。论文中，应用仿射不变性和不变量解决一般椭圆的有关仿射性质 的命题，使仿射几何的知识和思想方法体现于解决初等几何问题中。 关键词 仿射变换 不变性 不变量 椭圆
圆和椭圆都是初等几何中常见的图形，圆 比椭圆更特殊，它有很多很好的性质，与圆有 关的定理举不胜举，但椭圆则不然，因其本身 的定义要比圆复杂， 椭圆的性质和定理就很少， 解决一个与椭圆有关的问题要比解决一个与圆 有关的相应的问题困难得多。在初等几何中， 有很多有关椭圆的问题，只能通过解析几何的 方法来解决， 这就给我们解题带来了不少麻烦。 因此，我们自然期望有一种方法，使得处理有 关椭圆的问题和处理有关圆问题一样容易，而 由仿射变换性质可知：椭圆通过适当的仿射变 换可变成圆。因此，只要考虑的有关椭圆的问 题纯属仿射性质的问题，就可以先转化为有关 圆相应的问题来解决，再把所得的结果推广到 椭圆中去，即可达到我们解题的目的。 为实现上述目的，我们还应该明确，为什 么椭圆通过适当的仿射变换可变成圆？ 命题 圆的仿射对应图形是椭圆 y=rsinθ 证明：设有以原点为中心，r 为半径的一 个圆，它的参数方程为：x =rcosθ
关键词仿射变换不变性不变量椭圆圆和椭圆都是初等几何中常见的图形圆比椭圆更特殊它有很多很好的性质与圆有关的定理举不胜举但椭圆则不然因其本身的定义要比圆复杂椭圆的性质和定理就很少解决一个与椭圆有关的问题要比解决一个与圆有关的相应的问题困难得多
2007 年 3 月
电大理工 Dianda Ligong
巧用仿射变换解决椭圆相关问题的调查与实践
巧用仿射变换解决椭圆相关问题的调查与实践本项目通过对其他专家及学者关于仿射变换在初等几何中的运用这方面的研究作了综合性的分析，并对中学生对仿射变换的知识理解和运用情况进行了调查，得出了仿射变换在初等几何中的应用还没有得到广泛的推广，同时还只是停留在原始的解题方法基础上。
我们在此，为了将仿射变换能够更好的推广到中学的初等几何教学中去，我们认为有必要对这方面进行进一步的研究。
为了能让中学教师和学生能认识到仿射变换在中学教学中的重要意义，我们进行了如下分析。
1、代数法当题型只涉及到关系式，没有图形时，可以采用代数法来解决。
代数法也是我们数学当中常用的方法。
我们对以下两个例子做了调查和分析例1：已知：点P（x，y ）在椭圆上运动，求的最大值解：令，，则，，问题化为：Q（x' ，y' ）是单位圆上的点，求的最大值。
设A （2, 0）,则u即为直线AQ的斜率K。
设过点A的圆的切线为AB AC （ B C为切点），当Q和C重合时K取最大值，此时•••时优点：对于本题，通过与传统的解题方法作比较，它的优点在于比我们利用中学的传统方法解决要简单很多，计算量也不大。
调查方法：我们对部分中学生作了抽样调查，将此题给中学生做，并将数据进行统计。
调查结果：通过回收试题进行了总结，发现只有极少数的同学运用了仿射变换的方法来解决的，而更多的是利用传统的解题方法。
不足之处：此方法在知识上的跳跃性比较强，让中学生接受起来比较困难。
若要想此方法在中学中能得到广泛的推广，此题的解决方法还得进行适当的优化。
比如添加上图形，采用数与形相结合，使得更加形象化，学生也更容易理解。
分析：此方法虽然比较优越，但在中学的教学中并没有得到广泛的运用。
现在所面临的问题就是如何将此方法进行推广。
例2:已知：椭圆直线I : P是I上一点，射线0P交椭圆于R,又点Q在0P上且满足|0Q| • |0P|=|0R|2，当点P在I上移动时，求：点Q的轨迹方程，并说明轨迹是什么图形故Q点的轨迹是以（1，1）为中心，长半轴长为，短半轴长为，且焦点在直线y=1 上的椭圆（除去原点）.优点：本题是一道难度系数很高的高考试题，当年利用传统的解题方法基本没有几个人能在有限的时间里把它做出来，而且计算量也比较大。
在仿射变换下一类椭圆问题的解法与命题探究
在仿射变换下一类椭圆问题的解法与命题探究
作者：佘丹
来源：《理科考试研究·高中》2016年第08期
在仿射变换下，椭圆与圆是“等价的”，它保持交点个数不变，线段比不变，面积、斜率的线性性等.在遇到椭圆这类问题时，可将椭圆变换成圆，利用圆中的几何性质使问题大大简化.本文一方面以近几年高考题及质检试题为例，阐述仿射变换在解决解析几何问题中的灵活性、巧妙性.这种方法虽然不能直接进入中学课堂，但它能帮助高中教师思考问题，了解试题背景，挖掘试题本质，从而居高临下地教学.另一方面，以近几年高考中有关圆的性质的问题为基础，挖掘椭圆的性质，从而命制一类以椭圆为背景的高考题.
一、基本性质
以上几个例子以仿射变换为工具，将圆中的性质推广到椭圆，将中考中考查圆的有关性质迁移到高考中考查椭圆的有关性质，给高考命题提供了思路.类似以上三个例题，中考中关于圆的面积、切线、线段比的试题都可以迁移到椭圆中来，请读者自己尝试.。
浅谈仿射变换在解决椭圆问题中的应用(精选.)
浅谈仿射变换在解决椭圆问题中的应用文[1]介绍了在解决椭圆的某些综合问题时，可以利用仿射变换的办法，把椭圆变换为圆来进行研究，会使得问题的解决过程变得简化.笔者也结合自身的教学与解题实践，通过几道例题，浅谈一下仿射变换在解决椭圆综合问题中的一些用法.例1 已知椭圆22221(0)x y a b a b+=>>，O 为坐标原点，A 为椭圆右顶点，若椭圆上存在点P (异于点A )，使得PO PA ⊥，则椭圆离心率的取值范围为________.分析 此题中的点P 满足PO PA ⊥，即点P 在以AO 为直径的圆上，也即椭圆22221(0)x y a b a b+=>>与以AO 为直径的圆有不同于点A 的公共点.利用仿射变换将椭圆变换为圆，点P 变换为点'P ，则点P 与点'P 的纵坐标之比即为椭圆短半轴与长半轴之比.解 作仿射变换，令','a x x y y b==，可得仿射坐标系'''x O y ，在此坐标系中，上述椭圆变换为圆222''x y a +=，原坐标系中以AO 为直径的圆的方程为220x ax y -+=，则0'b y a y ⎛=== ⎝⎭，不难求得椭圆离心率,12e ⎛⎫∈ ⎪ ⎪⎝⎭. 说明 此题解法较多，用别的方法也不难求得本题的结果,但由上述过程我们看到，仿射变换也为我们提供了一种方便简洁的求解思路.例2 已知椭圆22221(0)x y a b a b+=>>，12F F 、分别为椭圆左右焦点，过12F F 、作两条互相平行的弦，分别与椭圆交于M N P Q 、、、四点，若当两条弦垂直于x 轴时，点M N P Q 、、、所形成的平行四边形面积最大，则椭圆离心率的取值范围为________.分析 利用仿射变换将椭圆变换为圆，此时M N P Q 、、、四点分别变换为''''M N P Q 、、、四点，由仿射变换时变换前后对应图形的面积比不变这个性质，故将上述题目中的椭圆变换为圆时，''''M N P Q 、、、四点所形成的平行四边形面积最大值仍在两条弦与x 轴垂直时取到，故只需研究在圆的一条直径上，取关于圆心对称的两点12F F 、，当1OF 为多少时，能使得过12F F 、的两条互相平行的弦与此直径垂直时刻，与圆的四个交点所形成的面积最大.解 作仿射变换，令','a x x y y b ==，可得仿射坐标系'''x O y ，在此坐标系中，上述椭圆变换为圆222''x y a +=，点12F F 、坐标分别为(,0)(,0)c c -、，过12F F 、作两条平行的弦分别与圆交于''''M N P Q 、、、四点.由平行四边形性质易知，三角形'''O P Q 的面积为''''M N P Q 、、、四点所形成的平行四边形面积的14，故只需令三角形'''O P Q 面积的最大值在弦''P Q 与x 轴垂直时取到即可.由文[2]中的结论，易得当0,2c ⎛⎤∈ ⎥ ⎝⎦时，三角形'''O P Q 面积的最大值在弦''P Q 与x 轴垂直时取到.故此题离心率的取值范围为02⎛ ⎝⎦，.说明 此题的一般解法也较多，但按照常规解法则较为繁琐.而上述解法利用仿射变换把椭圆变换为圆后，由于圆中三角形面积的计算较为简便，故使得本题的解答过程大大简化.本题以面积的求解为载体，在此载体下可以有多种变式，笔者给出一种，有兴趣的读者不妨用仿射变换的办法尝试求解.例2变式 已知椭圆22143x y +=，(1,)A m 为椭圆内一定点，过点A 的弦与椭圆交于P Q 、两点，若使得三角形OPQ 面积为3的弦PQ 存在两条，则m 取值范围为________.例3 （2014年常州期末第18题）在平面直角坐标系xOy 中，椭圆2222:1(0)x y E a b a b+=>>的右准线为直线l ，动直线(0,0)y kx m k m =+<>交椭圆于A B 、两点，线段AB 的中点为M ，射线OM 分别交椭圆及直线l 于点P Q 、，如图，当A B 、两点分别是椭圆E 的右顶点及上顶点时，点Q 的纵坐标为1e （其中e 为椭圆的离心率），且5OQ OM =.（1）求椭圆E 的标准方程；（2）如果OP 是OM OQ 、的等比中项，那么m k是否为常数？若是，求出该常数；若不是，请说明理由.分析 此题按照常规解法较为繁琐，但利用仿射变换会使得问题的解决变得简单.仿射变换后，点A B M P Q 、、、、分别变换为点'''''A B M P Q 、、、、，对应直线的斜率变换为原来的a b倍，且根据圆的性质，可得''''A B O Q ⊥，利用此性质可较容易求得m 与k 的比值关系.解 作仿射变换，令','a x x y y b==，可得仿射坐标系'''x O y ，在此坐标系中，上述椭圆变换为圆222''x y a +=，点A B M P Q 、、、、分别变换为点'''''A B M P Q 、、、、，由'M 为''A B 中点，可得''''A B O Q ⊥.（1）当A B 、两点分别是原坐标系中椭圆E 的右顶点及上顶点时，经仿射变换得到()()22',0,'0,,,,,22a a a a A a B a Q M c bc ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭，此时线段''A B所在直线斜率为1-，则''O Q 斜率为1，即22=1a a b c bc ⇒=,22a a c =，计算易得2a c ==，即椭圆E 的标准方程为2215x y +=. （2）经仿射变换后，''O P 是''''O M O Q 、的等比中项''A B 所在直线斜率变换为akb ，则根据''''A B O Q ⊥，可得''O Q 斜率为，2''''2a O Q O P c k===-，因为2''''('')O Q O M O P =g ，即求得''O M =，又因为tan '''=ak M O y b-∠=，则''b m O M a =g ，化简计算易得''2b m O M k a==-g ，即m k 为定值2-.说明 本题原答案是利用直线AB 与椭圆联立求得M 点坐标，进而求得直线OQ 后，继续令直线OQ 与椭圆联立，求得P 点坐标，再利用三条线段成等比中项求得m 与k 的比值，运算量较大.但利用仿射变换的办法，把椭圆仿射变换为圆后，各线段间几何关系明显且使得问题简洁易解，运算量大大简化.最新文件仅供参考已改成word文本。
仿射变换在椭圆问题中的应用举例
仿射变换在椭圆问题中的应用举例
吴红梅
【期刊名称】《数学教学》
【年(卷),期】2009(000)001
【摘要】仿射变换是平行射影链，主要代表图形在尺度、伸缩、旋转、扭曲等方
面的几何变换．它改变了图形的距离和角度，但是不改变图形的如下性质：同素性、接合性、两直线的平行性、共线三点的简比、两平行线段或共线线段的比、任意两个对应多边形面积的比、任意两条对应封闭凸曲线所围成的面积的比．
【总页数】2页(P24-25)
【作者】吴红梅
【作者单位】广东省茂名市第十二中学,525000
【正文语种】中文
【中图分类】O241.82
【相关文献】
1.基于仿射变换下对椭圆的探讨 [J], 贾慧美
2.基于仿射变换下对椭圆的探讨 [J], 贾慧美;
3.仿射变换在解决有关椭圆的仿射性质问题中的应用 [J], 谭长明;汝春雷
4.仿射变换在解决椭圆和三角形问题中的应用 [J], 王秀贞;
5.利用仿射变换研究椭圆内接四边形面积的最值 [J], 赵临龙
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浅谈仿射变换在解决椭圆问题中的应用
文［1］介绍了在解决椭圆的某些综合问题时，可以利用仿射变换
的办法，把椭圆变换为圆来进行研究，会使得问题的解决过程变得简 化•笔者也结合自身的教学与解题实践，通过几道例题，浅谈一下仿 射变换在解决椭圆综合问题中的一些用法.
点，若椭圆上存在点P （异于点A ）,使得PO PA ，贝S 椭圆离心率的取 值范围为 ________ .
分析 此题中的点P 满足PO PA ，即点P 在以AO 为直径的圆上，
2 2
也即椭圆笃占1（a b 0）与以AO 为直径的圆有不同于点 A 的公共 a b 点.利用仿射变换将椭圆变换为圆，点P 变换为点P',则点P 与点P'的 纵坐标之比即为椭圆短半轴与长半轴之比.
解 作仿射变换，令x' x,y' a y ，可得仿射坐标系x'O'y'，在此 b
坐标系中，上述椭圆变换为圆x'2 y'2 a 2，原坐标系中以AO 为直径的
圆的方程为x 2 ax y 2 0，则b 上.? x ： . x
o,-2，不难 a y' V a 2 x'2 \ a x' 2 求得椭圆离心率e —,1 . 2
说明 此题解法较多，用别的方法也不难求得本题的结果 ，但由上
述过程我们看到，仿射变换也为我们提供了一种方便简洁的求解思 路•
2 2
例2已知椭圆笃爲i (a b 0),印F 2分别为椭圆左右焦点，
a b
过F i F 2作两条互相平行的弦，分别与椭圆交于 M 、N 、P 、Q 四点，若 当两2
例1已知椭圆笃
a b 2 1(a b 0），O 为坐标原点, A 为椭圆右顶
条弦垂直于x轴时，点M、N、P、Q所形成的平行四边形面积最大，则椭圆离心率的取值范围为 ________________ .
分析利用仿射变换将椭圆变换为圆，此时M、N、P、Q四点分别变换为M'、N'、P'、Q'四点，由仿射变换时变换前后对应图形的面积比不变这个性质，故将上述题目中的椭圆变换为圆时，M '、N'、P'、Q' 四点所形成的平行四边形面积最大值仍在两条弦与x轴垂直时取到，故只需研究在圆的一条直径上，取关于圆心对称的两点F i F2，当OF! 为多少时，能使得过邱F2的两条互相平行的弦与此直径垂直时刻，与圆的四个交点所形成的面积最大.
解作仿射变换，令x' x,y'旦y，可得仿射坐标系x'0'y'，在此
b
坐标系中，上述椭圆变换为圆x'2 y'2 a2，点F r F2坐标分别为(c,0)、(c,0)，过F「F2作两条平行的弦分别与圆交于M '、N '、P'、Q'四点•由平行四边形性质易知，三角形O'P'Q'的面积为M '、N'、P'、Q'四点所形成的平行四边形面积的1,故只需令三角形O'P'Q'面积的最大
4
值在弦P'Q'与x轴垂直时取到即可.由文［2］中的结论，易得当 c 0,-^a
时，三角形O'P'Q'面积的最大值在弦P'Q'与x轴垂直时取
2
到.故此题离心率的取值范围为0,丄.
2
说明此题的一般解法也较多，但按照常规解法则较为繁琐.而上述解法利用仿射变换把椭圆变换为圆后，由于圆中三角形面积的计算
较为简便，故使得本题的解答过程大大简化 •本题以面积的求解为载 体，在此载体下可以有多种变式，笔者给出一种，有兴趣的读者不妨 用仿射变换的办法尝试求解.
弦与椭圆交于P 、Q 两点，若使得三角形OPQ 面积为• . 3的弦PQ 存在两 条，则m 取值范围为 _____ .
例3 （ 2014年常州期末第18题）在平面直角坐标系xOy 中，椭
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圆E:笃再1（a b 0）的右准线为直线丨，动直线y kx m （k 0,m 0） a b
交椭圆于A 、B 两点，线段AB 的中点为M ，射线OM 分别交椭圆及直 线l 于点P 、Q ，如图，当A 、B 两点分别是椭圆E 的右顶点及上顶点时， 点Q 的纵坐标为1 （其中e 为椭圆的离心率），且OQ . 5OM .
e （1） 求椭圆E 的标准方程；
（2） 如果OP 是OM 、OQ 的等比中项，那么m 是否为常数？若
是，
k
求出该常数；若不是，请说明理由.
分析此题按照常规解法较为繁琐，但利
用仿射变换会使得问题的解决变得简单•仿射
变换后，点A B 、M 、P 、Q 分别变换为点
A'、B'、M '、P'、Q'，对应直线的斜率变换为
原来的a 倍，且根据圆的性质，可得A'B' O'Q'，利用此性质可较容
b
易求得m 与k 的比值关系.
2
例2变式已知椭圆-
4 1，A （1,m ）为椭圆内一定点， 过点A 的
解 作仿射变换，令x' x,y' a y ，可得仿射坐标系x'0'y'，在此 b
坐标系中，上述椭圆变换为圆x'2 y'2 a 2，点A 、B 、M 、P 、Q 分别变换
为点 A'、B'、M '、P'、Q'，由 M '为 A'B'中点，可得 A'B' O'Q'.
（1） 当A 、B 两点分别是原坐标系中椭圆 E 的右顶点及上顶点
2 2
时，经仿射变换得到A' a,0 ,B' 0,a ,Q —,M a ,a ，此时线段A'B' c be 2 2 2 2 2 所在直线斜率为1，则O'Q'斜率为1，即—=—b 1,— ,5 -，计 c be
c 2 2 算易得a ,5,c 2，即椭圆E 的标准方程为-y 2
1. 5
（2） 经仿射变换后，O'P'是O'M'、O'Q'的等比中项A'B'所在直
O'Q' — g ；2 1 5 1 咏，O'P' 5，因为 O'Q'gO'M ' （O'P'）2，即 求得 O'M'「2=5k =，又因为 tan M'O'y' -ak = .5k ，则
V 1 5k 2 b m O'M 'g.. 1 a k £，化简计算易得 m O'M 'g 1 a k £ 2k ，即-为 V b a = b a k
定值2.
说明本题原答案是利用直线AB 与椭圆联立求得M 点坐标，进而 求
得直线OQ 后，继续令直线OQ 与椭圆联立，求得P 点坐标，再利用 三条线段成等比中项求得m 与k 的比值，运算量较大•但利用仿射变换 的办法，把椭圆仿射变换为圆后，各线段间几何关系明显且使得问题 简洁易解，运算量大大简化.
线斜率变换为a k ，则根据A'B'
b O'Q'，可得O'Q'斜率为—1， V5k。