一道解析几何试题的多角度认识及其推广

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  题目:已知动点P到定点F0,14的距离比到x轴的距离多14。
  (Ⅰ)求点P的轨迹方程C。
  (Ⅱ)过M1,1作两条互相垂直的直线在x轴上方交曲线C于A,B两点,求证:直线AB过定点,并求出该定点的坐标.(2014—2015学年金华十校高二数学(理)调研试题)
  解析:(Ⅰ)y=x2或x=0(y<0);(求解过程略)
  对于(Ⅱ),即为如下命题:
  命题1抛物线y=x2上有三点A1,1,B,C,AB⊥AC.求证:直线BC过定点,且求出该定点.
  1。试题本源
  2006江苏高考模拟试题:
  图1
  如图1,直线y=x+b与抛物线y2=2x相交于A,B两点,O为坐标原点,求当b为何值时,OA⊥OB?(结论:b=-2)
  这个问题的实质是把原点作为定点,且当OA⊥OB时,直线经过定点2,0.而命题1是把A1,1作为定点,且仍然保证垂直的情景下探求定点问题.不同的只是直线方程的形式没有呈现,由此就产生以下多角度的求解思路.
  2。试题求解
  证法一:
  证明:设直线BC的方程为x=my+n,点B,C的坐标分别为x1,y1,x2,y2。
  联立方程组x=my+n,y=x2,得到mx2-x+n=0.
  则x1+x2=1m,x1x2=nm,y1+y2=x21+x22=1-2mnm2,y1y2=x21x22=n2m2.
  由AB⊥AC,AB·AC=0,
  得x1-1x2-1+y1-1y2-1=0.
  化简得2m2+3mn+n2-m-1=0,即2m+n+1m+n-1=0.
  所以n=-2m-1,即直线BC过定点-1,2;
  (当n=1-m时,直线BC的过点A1,1,舍去)
  当m不存在时,直线BC方程为y=2,也过定点-1,2.
  证法二:
  证明:设点B,C的坐标分别为x1,y1,x2,y2,直线AB的斜率为k,则其方程为y-1=kx-1。
  联立方程组y-1=kx-1,y=x2,得x2-kx+k-1=0.解得B点坐标为k-1,k-12.
  因为AB⊥AC,所以直线AC的斜率为-1k。
  同理可解得C点坐标为-1k-1,-1k-12.
  所有直线BC的方程为1+xk2-2x+yk-x-1=0,故直线BC过定点-1,2.
  证法三:
  证明:设点B,C的坐标分别为x1,x21,x2,x22.
  由AB⊥AC,AB·AC=0,x1-1x2-1+x21-1x22-1=0.
  即x1x2+x1+x2+2=0。①
  而直线BC的方程为y-x21=x1+x2x-x1,即x1x2-x1+x2x+y=0.
  由①式知,直线BC过定点-1,2.
  3。试题推广
  经过笔者思考,得到更一般性的结论,并进一步推广到椭圆,双曲线.
  命题2已知椭圆x2a2+y2b2=1a>b>0上有定点Ax1,y1,动点B,C,满足AB⊥AC.则直线BC过定点e22-e2x1,-e22-e2y1,其中e=a2-b2a.
  证明:设直线BC的方程为:y=kx+m,点B,C的坐标分别为x2,y2,x3,y3。
  联立方程组y=kx+m,x2a2+y2b2=1,得到:a2k2+b2x2+2a2kmx+a2m2-a2b2=0.
  有x2+x3=-2a2kma2k2+b2,x2x3=a2m2-a2b2a2k2+b2,y2+y3=2b2ma2k2+b2,y2y3=b2m2-a2b2k2a2k2+b2.
  由AB⊥AC,AB·AC=0,x2-x1x3-x1+y2-y1y3-y1=0.
  根据x2a2+y2b2=1,化简得到:ckx1+a2cm+b2cm+cy1ckx1+a2cm-b2cm-cy1=0.
  由ckx1+a2cm+b2cm+cy1=0得m=-c2a2+b2y1+kx1。
  因此,直线BC过定点e22-e2x1,-e22-e2y1.
  由ckx1+a2cm-b2cm-cy1=0,m=y1-kx1,直线BC过A点,舍去.
  c=a2-b2,e=ca
  另外,当直线BC斜率不存在时,可以验证命题成立.
  作者单位:浙江省嵊州市马寅初中学
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