圓錐曲線是平面解析幾何的核心內(nèi)容,又是高中數(shù)學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),因而成為歷年高考必不可少的考查對(duì)象.圓錐曲線的主要內(nèi)容之一是其切線問(wèn)題,學(xué)生往往在求解和證明圓錐曲線問(wèn)題時(shí)感到力不從心,甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒,為了幫助學(xué)生擺脫這種困境,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的興趣,對(duì)圓錐曲線的切線問(wèn)題有深刻認(rèn)識(shí),拓寬解題思路,本文通過(guò)采用添加輔助線的方法,得到了以下5個(gè)有趣的性質(zhì),以供參考.
性質(zhì)1 設(shè)F為圓錐曲線(離心率為e)的一個(gè)焦點(diǎn),
其相應(yīng)的準(zhǔn)線為l.一直線交圓錐曲線于M,N,交l于P,則FP平分∠MFN的外角.
圖 1
證明 如圖1,過(guò)M,N作準(zhǔn)線l的垂線,垂足分別是K,Q.
由圓錐曲線的定義有
|MF|[]|MK|=|NF|[]|NQ|=e,
∴|MF|[]|NF|=|MK|[]|NQ|.(1)
又由MK⊥l,NQ⊥l知|MK|[]|NQ|=|MP|[]|NP|.(2)
由(1)(2)有
|MF|[]|NF|=|MP|[]|NP|.
由三角形外角平分線定理的逆定理知FP平分∠MFN的外角.
性質(zhì)2 設(shè)F為圓錐曲線的一個(gè)焦點(diǎn),其相應(yīng)準(zhǔn)線為l,
過(guò)圓錐曲線上一點(diǎn)M的切線交準(zhǔn)線l于P,則PF⊥MF.
證明 如圖2,延長(zhǎng)MF交圓錐曲線于M1.在性質(zhì)1中,
當(dāng)N與M重合時(shí),直線PNM成為與圓錐曲線相切于點(diǎn)M的切線PM,∠NFM1成為平角∠MFM1.由性質(zhì)1知FP平分∠NFM1,即FP平分∠MFM1,故PF⊥MF.
圖 2
性質(zhì)3 設(shè)F1,F(xiàn)2是橢圓(離心率為e)的兩個(gè)焦點(diǎn),
點(diǎn)M是橢圓上異于長(zhǎng)軸兩端點(diǎn)的任一點(diǎn),則在橢圓上的點(diǎn)M處的切線和法線分別平分∠F1MF2及它的外角.
圖 3
證明 過(guò)M的切線交準(zhǔn)線l于點(diǎn)P,法線交長(zhǎng)軸于N.
如圖3,設(shè)點(diǎn)D,E分別在射線F1M,NM上,連接PF2.
由性質(zhì)2知∠MF2P=90°,作MM′⊥l,垂足為M′,連接F2M′,知點(diǎn)M,M′,P,F(xiàn)2四點(diǎn)共圓,MP是直徑.由MN⊥MP知MN是這個(gè)圓的切線,從而
∠NMF2=∠MM′F2,∠MF2N=∠F2MM′.
∴△MF2N∽△M′MF2.
∴NF2[]MF2=MF2[]MM′=e.(1)
同理NF1[]MF1=e.(2)
由(1)(2)知NF2[]MF2=NF1[]MF1,即NF1[]NF2=MF1[]MF2.
由三角形內(nèi)角平分線定理知MN平分∠F1MF2,即∠F1MN=∠F2MN.
由法線定義知∠EMD+∠PMD=∠PMF2+∠F2MN=90°.
又 ∵∠EMD=∠F1MN=∠F2MN,
∴∠PMD=∠PMF2.
故MP平分∠F1MF2的外角∠F2MD.
性質(zhì)4 設(shè)F1,F(xiàn)2是橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn),A1,A2是長(zhǎng)軸兩
端點(diǎn),
過(guò)橢圓上異于A1,A2的任一點(diǎn)M作橢圓的切線,過(guò)F1,F(xiàn)2作切線
的垂線,垂足分別是B,C,則B,C在以A1A2為直徑的圓上.
圖 4
證明 如圖4,設(shè)橢圓的中心為O,直線F1M與直線F2C相交
于D,連接OC,OB.由性質(zhì)3知MC平分∠F2MF1的外角∠F2MD.
∵M(jìn)C⊥F2D,∴C是F2D的中點(diǎn),且有MD=MF2,從而有
OC=1[]2F1D=1[]2(F1M+MD)=1[]2(F1M+MF2)=1[]2A1A2.
∴點(diǎn)C在以A1A2為直徑的圓上,同理點(diǎn)B也在以A1A2為直徑的圓上.
性質(zhì)5 P為橢圓外一點(diǎn),PA,PB是橢圓的兩切線,
A,B為切點(diǎn),F(xiàn)1,F(xiàn)2為橢圓的兩焦點(diǎn),則PF1,PF2分別平分∠AF1B,∠AF2B.
圖 5
證明 如圖5,過(guò)F1,F(xiàn)2分別作PA,PB的垂線,交直線F2A,F(xiàn)1B的延長(zhǎng)線于點(diǎn)F′1,F(xiàn)′2,交直線PA,PB延長(zhǎng)線于C,D,連接PF1,PF2,PF′1,PF′2.
由性質(zhì)3知∠F1AC=∠F′1AC,又PC⊥F1F′1,
∴AF1=AF′1,PF1=PF′1.
∴△PF1A≌△PF′1A.
∴∠PF1A=∠PF′1A.(1)
∴F2F′1=AF′1+AF2=AF1+AF2=2a.
同理F1F′2=BF1+BF′2=BF1+BF2=2a,
PF2=PF′2.
∴△PF1F′2≌△PF′1F2.
∴∠AF′1F2=∠PF1B.(2)
由(1)(2)知∠PF1A=∠PF1B,故PF1平分∠AF1B,
同理可證PF2平分∠AF2B.