圆锥曲线的第三定义

圆锥曲线的第三定义及运用

一、 椭圆和双曲线的第三定义

1.

椭圆

在椭圆()22

22C 10x y a

b

a b

+=：中，A 、B 是关于原点对称的两点，P 是椭圆上

异于A 、B 的一点，若PA PB k k 、存在，则有：2

2

2=1=PA PB b k k e a

•--

证明：构造△PAB 的PA 边所对的中位线MO ，PA MO k k =，由点差法结论：

2

2

2=1=MO PB b k k e a

•--知此结论成立。

2.

双曲线

在双曲线22

22C 1x y a b

-=：中，A 、B 是关于原点对称的两点，P 是椭圆上异于A 、

B 的一点，若PA PB k k 、存在，则有：2

2

2

=1=PA PB b k k e a •-

证明：只需将椭圆中的2b 全部换成2b -就能将椭圆结论转换成双曲线的结论。

二、 与角度有关的问题

例题一：已知椭圆()22

22C 10x y a

b

a b

+=：的离心率3

2

e =

，A 、B 是椭圆的左右顶点，为椭圆与双曲线22

178x y -=的一个交点，令PAB=APB=αβ∠∠，

，则()cos =cos 2β

αβ+ .

解答：

令=PBx γ∠，由椭圆第三定义可知：21tan tan =1=4

e αγ•--

()()()cos cos cos cos sin sin 1tan tan 3===

cos 2cos cos cos sin sin 1tan tan 5

γαβ

γαγααγαβγαγαγααγ-++•=+++-•

点评：

其实所谓的双曲线方程只是一个障眼法，并不影响题目的解答。两顶点一动点的模型要很快的联想到第三定义，那么剩下的任务就是把题目中的角转化为两直线的倾斜角，把正余弦转化为正切。题目中的正余弦化正切是三角函数的常见考点☆。

变式1-1：（石室中学2015级高二下4月18日周末作业）

已知双曲线22C 2015x y -=：的左右顶点分别为A 、B ，P 为双曲线右支一点，且

=4PAB APB ∠∠，求=PAB ∠ .

解答：

令=02PAB πα⎡⎤

∠∈⎢⎥⎣⎦

，，=02PBA π

β⎡⎤

∠∈⎢⎥⎣⎦

，，则=5βα，由双曲线的第三定义知：

2tan tan =tan tan5=1=1e αβαα••-

则：1tan =

=tan 5=5=tan52212πππαααααα⎛⎫

-⇒-⇒ ⎪⎝⎭

点评：

与例题1采取同样的思路转化角，但对于正切转换的要求较高。两锐角正切乘积为1即表示sin α=cos β，cos α=sin β⇒两角互余☆，则可解出α的值。当然双曲线的题目较于椭圆和抛物线题目考试概率较小，但既然提到了双曲线的第三定义，不妨做一做。

三、 与均值定理有关的问题

例题2：已知A 、B 是椭圆()22

2210x y a

b

a b

+= 长轴的两个端点，M 、N 是椭圆上关

于x 轴对称的两点，直线AM 、BN 的斜率分别为12k k 、，且120k k ≠。若12k k +的最小值为1，则椭圆的离心率为 .

解答一（第三定义+均值）：

由题意可作图如下：

连接MB ，由椭圆的第三定义可知：2

2

2=1=AM

BM b k k e a

•--，而

BM BN

k k =-⇒2

122=b k k a

∴

12122132=1=2b b k k k k e a a +≥•⇒⇒

解答二（特殊值法）：

这道题由于表达式()12min 1k k +=非常对称，则可直接猜特殊点求解。

121

==

2

k k 时可取最值，则M 、N 分别为短轴的两端点。此时：1213

===2b k k e a ⇒。

点评：

对于常规解法，合理利用M 、N 的对称关系是解题的关键，这样可以利用椭圆的第三定义将两者斜率的关系联系起来，既构造了“一正”，又构造了“二定”，利用均值定理“三相等”即可用a 、b 表示出最值1。当然将12k k 、前的系数改为不相等的两个数，就不能利用特殊值法猜答案了，但常规解法相同，即变式2-1。

变式2-1：已知A 、B 是椭圆()22

2210x y a

b

a b

+= 长轴的两个端点，M 、N 是椭圆上

关于x 轴对称的两点，直线AM 、BN 的斜率分别为

12k k 、，且120k k ≠。12+的最小值为1，则椭圆的离心率为 .

解答：

连接MB ，由椭圆的第三定义可知：2

2

2=1=AM

BM b k k e a

•--，而

BM BN

k k =-⇒2

122=b k k a

∴

1241=1=4b b e a a +≥⇒⇒

变式2-2：已知A 、B 是椭圆()22

2210x y a

b

a b

+=长轴的两个端点，若椭圆上存在Q ，

使23

AQB π

∠=

，则椭圆的离心率的取值范围为 . 解答一（正切+均值）：

令Q 在x 轴上方，则直线QA 的倾斜角为02π

α⎡⎤

∈⎢⎥⎣⎦

，，直线QB 的倾斜角为

2πβπ⎡⎤

∈⎢⎥⎣⎦

， 。