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      橢圓中的“圓冪定理”

      2013-12-29 00:00:00江一鳴

      摘 要:關(guān)于圓的性質(zhì)在橢圓中一般不會成立. 但在特別條件下,也可能得到保留,通過橢圓性質(zhì)的探索過程,對問題研究逐漸深化和拓展,有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣. 尤其是合理地運用幾何直觀去推測,或是出于直覺,或是通過歸納和類比,體現(xiàn)了一種自然思考的過程,從而得到在橢圓中像圓一樣有相交弦定理、切割線定理及割線定理等性質(zhì)成立的條件.

      關(guān)鍵詞:斜率相反;斜率定值;四點共圓;橢圓圓冪

      大家知道,圓冪定理分為相交弦定理、切割線定理和割線定理. 我們可以統(tǒng)一歸納為:過任意不在圓上的一點P引兩條直線l1,l2,l1與圓交于A,B(可重合,即切線),l2與圓交于C,D(可重合),則PA·PB=PC·PD.在橢圓中是否像圓一樣有相交弦定理、切割線定理及割線定理等性質(zhì),筆者進(jìn)行探索得到以下結(jié)論,供參考.

      引理:已知P(x0,y0)(y0≠0)是橢圓+=1上的定點,過P作斜率互為相反數(shù)的兩條直線,分別交橢圓于A,B兩點,則直線AB的斜率為定值.

      證明:不妨設(shè)PA的斜率為k,則PB的斜率為-k(k≠0),因此直線PA的方程為y-y0=k(x-x0),直線PB的方程為y-y0= -k(x-x0). 由y=k(x-x0)+y0,

      定理1:已知P是橢圓+=1上任意一點(異于長軸端點),PA,PB和PC分別是橢圓的兩條割線與切線. 若割線PA,PB的斜率互為相反數(shù),則切線PC與割線AB的斜率也互為相反數(shù).

      定理2:已知P是橢圓+=1上任意一點(異于長軸端點),PA,PB和PC分別是橢圓的兩條割線與切線. 若割線PA,PB的斜率互為相反數(shù),則TP2=TB·TA.

      由此可見,在橢圓中只要有斜率互為相反數(shù)的兩條直線就會有類似圓切割線定理的結(jié)果.

      定理2給出過橢圓上一定點(異于長軸端點)作切線的性質(zhì),進(jìn)一步拓展,又可以考慮任意兩條割線(斜率互為相反數(shù))是否有相似的性質(zhì).

      定理3:已知AB,CD是橢圓+=1的兩條割線,若直線AB,CD的斜率互為相反數(shù),則直線AC,BD的斜率也互為相反數(shù).

      故直線AC,BD的斜率互為相反數(shù),

      由此可知:當(dāng)橢圓內(nèi)接四邊形有一組對邊斜率互為相反數(shù)時,則另一組對邊和對角線的斜率也分別互為相反數(shù).

      由于四邊形ABCD是圓的內(nèi)接四邊形,不難得到以下兩個結(jié)論:

      推論1:已知AB,CD是橢圓+=1的兩條割線. 若直線AB,CD的斜率互為相反數(shù),AC,BD相交于T,則TA·TC=TB·TD.

      推論2:已知AB,CD是橢圓+=1的兩條割線. 若直線AB,CD的斜率互為相反數(shù),AB,CD相交于R,則RA·RB=RD·RC.

      由定理2、推論1和推論2的結(jié)論我們可以統(tǒng)一歸納為:過任意不在橢圓上的一點P引兩條斜率互為相反數(shù)的直線l1,l2,l1與圓交于A,B(可重合,即切線),l2與圓交于C,D(可重合),則PA·PB=PC·PD.

      通過深入探究還可以得到以下結(jié)論:

      由引理知,過橢圓上的一個定點P作斜率互為相反數(shù)的兩條割線PA,PB,則直線AB的斜率為定值,也就是說隨著割線PA,PB斜率的不同取值,可以得到一簇平行直線AB. 反過來,如果作橢圓的一簇平行直線AB,那么是否在橢圓上存在定點P,使直線PA,PB的斜率之和為零呢?

      定理4:已知動直線l的斜率為定值k,若直線l與橢圓C:+=1交于兩個動點A,B,則橢圓C上存在定點P,使得直線PA,PB的斜率之和為零.

      通過類比,我們還可以考慮引理在雙曲線、拋物線中是否有類似結(jié)論.

      定理5:已知P(x0,y0)(y0≠0)是雙曲線-=1上的定點,過P作斜率互為相反數(shù)的兩條直線,分別交雙曲線于A,B兩點,則直線AB的斜率為定值-.

      定理6:已知P(x0,y0)(y0≠0)是拋物線y2=2px(p>0)上的定點,過P作斜率互為相反數(shù)的兩條直線,分別交拋物線于A,B兩點,則直線AB的斜率為定值-.

      證明仿照引理,過程略.

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