求轨迹方程的常用方法
(一)求轨迹方程的一般方法:
1. 待定系数法:如果动点P的运动规律合乎我们已知的某种曲线(如圆、椭圆、双曲线、抛物线)的定义,则可先设出轨迹方程,再根据已知条件,待定方程中的常数,即可得到轨迹方程,也有人将此方法称为定义法。
2. 直译法:如果动点P的运动规律是否合乎我们熟知的某些曲线的定义难以判断,但点P满足的等量关系易于建立,则可以先表示出点P所满足的几何上的等量关系,再用点P的坐标(x,y)表示该等量关系式,即可得到轨迹方程。
3. 参数法:如果采用直译法求轨迹方程难以奏效,则可寻求引发动点P运动的某个几何量t,以此量作为参变数,分别建立P点坐标x,y与该参数t的函数关系x=f(t),y=g(t),进而通过消参化为轨迹的普通方程F(x,y)=0。 4. 代入法(相关点法):如果动点P的运动是由另外某一点P'的运动引发的,而该点的运动规律已知,(该点坐标满足某已知曲线方程),则可以设出P(x,y),用(x,y)表示出相关点P'的坐标,然后把P'的坐标代入已知曲线方程,即可得到动点P的轨迹方程。
5.几何法:若所求的轨迹满足某些几何性质(如线段的垂直平分线,角平分线的性质等),可以用几何法,列出几何式,再代入点的坐标较简单。
6:交轨法:在求动点轨迹时,有时会出现要求两动曲线交点的轨迹问题,这灯问题通常通过解方程组得出交点(含参数)的坐标,再消去参数求得所求的轨迹方程(若能直接消去两方程的参数,也可直接消去参数得到轨迹方程),该法经常与参数法并用。 (二)求轨迹方程的注意事项:
1. 求轨迹方程的关键是在纷繁复杂的运动变化中,发现动点P的运动规律,即P点满足的等量关系,因此要学会动中求静,变中求不变。
?x?f(t) 2.轨迹方程既可用普通方程F(x,y)?0表示,又可用参数方程(t为参数) ??y?g(t)来表示,若要判断轨迹方程表示何种曲线,则往往需将参数方程化为普通方程。 3. 求出轨迹方程后,应注意检验其是否符合题意,既要检验是否增解,(即以该方程的某些解为坐标的点不在轨迹上),又要检验是否丢解。(即轨迹上的某些点未能用所求的方程表示),出现增解则要舍去,出现丢解,则需补充。检验方法:研究运动中的特殊情形或极端情形。
4.求轨迹方程还有整体法等其他方法。在此不一一缀述。
课前热身:
x2y21. P是椭圆=1上的动点,过P作椭圆长轴的垂线,垂足为M,则PM中点的轨迹?95中点的轨迹方程为:
( )
x2y242y2x242x2y2?1 B、?y?1 C、??1 D、? A、x?=1
9595920365【答案】:B
x242【解答】:令中点坐标为(x,y),则点P 的坐标为(x,2y)代入椭圆方程得?y?1,选B
952. 圆心在抛物线y2?2x(y?0)上,并且与抛物线的准线及x轴都相切的圆的方程是( )
A x?y?x?2y?221?0 4
B x2?y2?x?2y?1?0 D x?y?x?2y?22C x2?y2?x?2y?1?0 【答案】:D
1?0 4a2a21,a),则由题意可得a??,解得a?1,则圆的方程为【解答】:令圆心坐标为(222x2?y2?x?2y?1?0,选D 43: 一动圆与圆O:x2?y2?1外切,而与圆C:x2?y2?6x?8?0内切,那么动圆的圆心M的轨迹是:
A:抛物线B:圆 C:椭圆 D:双曲线一支 【答案】:D
【解答】令动圆半径为R,则有?
4: 点P(x0,y0)在圆x2+y2=1上运动,则点M(2x0,y0)的轨迹是 ( ) A.焦点在x轴上的椭圆 B. 焦点在y轴上的椭圆 C. 焦点在y轴上的双曲线 D. 焦点在X轴上的双曲线 【答案】:A
?|MO|?R?1,则|MO|-|MC|=2,满足双曲线定义。故选D。
?|MC|?R?1x??x?2x0x2?x0??y2?1,选A 【解答】:令M的坐标为(x,y),则???2代入圆的方程中得4?y?y0?y?y?0【互动平台】
名师点题一:用定义法求曲线轨迹
求曲线轨迹方程是解析几何的两个基本问题之一,求符合某种条件的动点轨迹方
程,其实质就是利用题设中的几何条件,通过坐标互化将其转化为寻求变量之间的关系,在求与圆锥曲线有关的轨迹问题时,要特别注意圆锥曲线的定义在求轨迹中的作用,只要动点满足已知曲线定义时,通过待定系数法就可以直接得出方程。
例1:已知?ABC的顶点A,B的坐标分别为(-4,0),(4,0),C 为动点,且满足
5sinB?sinA?sinC,求点C的轨迹。
4【解析】由sinB?sinA?55sinC,可知b?a?c?10,即|AC|?|BC|?10,满足椭圆44x2y2??1的定义。令椭圆方程为2?2?1,则a?5,c?4?b?3,则轨迹方程为
''259abx2y2'''(x??5),图形为椭圆(不含左,右顶点)。
【点评】熟悉一些基本曲线的定义是用定义法求曲线方程的关键。
(1)
(2) (3) (4)
圆:到定点的距离等于定长
椭圆:到两定点的距离之和为常数(大于两定点的距离)
双曲线:到两定点距离之差的绝对值为常数(小于两定点的距离) 到定点与定直线距离相等。
【变式1】: 1:已知圆的圆心为M1,圆一动圆与这两个圆外切,求动圆圆心P的轨迹方程。 解:设动圆的半径为R,由两圆外切的条件可得:
。
,
的圆心为M2,
。
∴动圆圆心P的轨迹是以M1、M2为焦点的双曲线的右支,c=4,a=2,b2=12。
故所求轨迹方程为
2:一动圆与圆O:x2?y2?1外切,而与圆C:x2?y2?6x?8?0内切,那么动圆的圆心
M的轨迹是:
A:抛物线B:圆 C:椭圆 D:双曲线一支
【解答】令动圆半径为R,则有??|MO|?R?1,则|MO|-|MC|=2,满足双曲线定义。故选D。
?|MC|?R?1二:用直译法求曲线轨迹方程 此类问题重在寻找数量关系。
例2: 一条线段AB的长等于2a,两个端点A和B分别在x轴和y轴上滑动,求AB中点P的轨迹方程?
解 设M点的坐标为(x,y) 由平几的中线定理:在直角三角形AOB中,OM=
11AB??2a?a, 22?x2?y2?a,x2?y2?a2
M点的轨迹是以O为圆心,a为半径的圆周.
【点评】此题中找到了OM=
1AB这一等量关系是此题成功的关键所在。一般直译法有下2列几种情况:
1)代入题设中的已知等量关系:若动点的规律由题设中的已知等量关系明显给出,则采用直接将数量关系代数化的方法求其轨迹。
2)列出符合题设条件的等式:有时题中无坐标系,需选定适当位置的坐标系,再根据题设条件列出等式,得出其轨迹方程。
3)运用有关公式:有时要运用符合题设的有关公式,使其公式中含有动点坐标,并作相应的恒等变换即得其轨迹方程。
4)借助平几中的有关定理和性质:有时动点规律的数量关系不明显,这时可借助平面几何中的有关定理、性质、勾股定理、垂径定理、中线定理、连心线的性质等等,从而分析出其数量的关系,这种借助几何定理的方法是求动点轨迹的重要方法.
【变式2】: 动点P(x,y)到两定点A(-3,0)和B(3,0)的距离的比等于2(即求动点P的轨迹方程?
22【解答】∵|PA|=(x?3)?y,|PB|?|PA|,?2)
|PB|(x?3)2?y2
(x?3)2?y2|PA|?2?(x?3)2?y2?4(x?3)2?4y2 代入?2得
|PB|(x?3)2?y2化简得(x-5)2+y2=16,轨迹是以(5,0)为圆心,4为半径的圆.
三:用参数法求曲线轨迹方程
此类方法主要在于设置合适的参数,求出参数方程,最后消参,化为普通方程。注意参数的
取值范围。
例3.过点P(2,4)作两条互相垂直的直线l1,l2,若l1交x轴于A点,l2交y轴于B点,求线段AB的中点M的轨迹方程。
【解析】
分析1:从运动的角度观察发现,点M的运动是由直线l1引发的,可设出l1的斜率k作为参数,建立动点M坐标(x,y)满足的参数方程。
解法1:设M(x,y),设直线l1的方程为y-4=k(x-2),(k≠0) 由l1?l2,则直线l2的方程为y?4??1(x?2) k4,0), k24?), l2与y轴交点B的坐标为(0,k ?l1与x轴交点A的坐标为(2? ∵M为AB的中点,
4?2??k?1?2x???2k ??(k为参数)
2?4??k?2?1y??2k? 消去k,得x+2y-5=0。
另外,当k=0时,AB中点为M(1,2),满足上述轨迹方程; 当k不存在时,AB中点为M(1,2),也满足上述轨迹方程。 综上所述,M的轨迹方程为x+2y-5=0。
分析2:解法1中在利用k1k2=-1时,需注意k1、k2是否存在,故而分情形讨论,能否避开讨论呢?只需利用△PAB为直角三角形的几何特性: |MP|?1|AB| 2 解法2:设M(x,y),连结MP,则A(2x,0),B(0,2y), ∵l1⊥l2,∴△PAB为直角三角形 由直角三角形的性质,|MP|? ?(x?2)?(y?4)?221|AB| 21·(2x)2?(2y)2 2化简,得x+2y-5=0,此即M的轨迹方程。 分析3::设M(x,y),由已知l1⊥l2,联想到两直线垂直的充要条件:k1k2=-1,即可列出轨迹方程,关键是如何用M点坐标表示A、B两点坐标。事实上,由M为AB的中点,易找出它们的坐标之间的联系。
解法3:设M(x,y),∵M为AB中点,∴A(2x,0),B(0,2y)。 又l1,l2过点P(2,4),且l1⊥l2 ∴PA⊥PB,从而kPA·kPB=-1,
4?04?2y,kPB? 2?2x2?044?2y·??1,化简,得x?2y?5?0 ?2?2x2 而kPA? 注意到l1⊥x轴时,l2⊥y轴,此时A(2,0),B(0,4) 中点M(1,2),经检验,它也满足方程x+2y-5=0 综上可知,点M的轨迹方程为x+2y-5=0。
【点评】
1)解法1用了参数法,消参时应注意取值范围。解法2,3为直译法,运用了kPA·kPB
1=-1,|MP|?|AB|这些等量关系。。
2用参数法求解时,一般参数可选用具有某种物理或几何意义的量,如时间,速度,距离,角度,有向线段的数量,直线的斜率,点的横,纵坐标等。也可以没有具体的意义,选定参变量还要特别注意它的取值范围对动点坐标取值范围的影响 【变式3】过圆O:x2 +y2= 4 外一点A(4,0),作圆的割线,求割线被圆截得的弦BC的中点M的轨迹。