专题7.12：椭圆的极点和极线相关问题的研究与拓展

【问题提出】

【探究拓展】

（1）设动点P 满足42

=-PB PF ,求点P 的轨迹；（2）设3

,221=

=x x ，求点T 的坐标；（3）设9=t ,求证：直线MN 必过x 轴上的一定点（其坐标与m 无关）解：（1）设点P （x ，y ），则：F （2，0）、B （3，0）、A （-3，

0）。

由42

2=-PB PF ，得2

(2)[(3)]4,x y x y -+--+= 化简得92

x =

。故所求点P 的轨迹为直线92

x = （2）将3

,221=

=x x 分别代入椭圆方程，以及0,021<>y y 得： M （2，53）、N （13，20

-）

直线MTA 方程为：0352303y x -+=+-，即113y x =+，直线NTB 方程为：03

2010393

y x --=---，即5562y x =- 联立方程组，解得：7

3x y =??

?=??

，所以点T

的坐标为10(7,)3 （3）点T 的坐标为(9,)m 直线MTA 方程为：03093y x m -+=-+，即(3)12

m y x =+，直线NTB 方程为：

03093y x m --=--，即(3)6

y x =-

分别与椭圆15

2=+y x 联立方程组，同时考虑到123,3x x ≠-≠，解得：2223(80)40(,)8080m m M m m -++、

222

3(20)20(,)2020m m

N m m --++ （方法1）当12x x ≠时，直线MN 方程为：222

222

203(20)

202040203(80)3(20)80208020m m y x m m m m m m m m m m -+-++=--+-++++ 令0y =，解得：1x =。此时必过点D （1，0）；

当12x x =时，直线MN 方程为：1x =，与x 轴交点为D （1，0）。所以直线MN 必过x 轴上的一定点D （1，0）。

（方法2）若12x x =，则由2222

24033608020m m m m --=++及0m >

，得m =

此时直线MN 的方程为1x =，过点D （1，0）

若12x x ≠

，则m ≠MD 的斜率222

4010802403401

80MD

m k m m

m +==---+，直线ND 的斜率222

201020360401

20ND

m m k m m m -+==

---+，得MD ND k k =，所以直线MN 过D 点。因此，直线MN 必过x 轴上的点（1，0）.

探索解析几何问题中的两个技巧 (1)

用“α法”求直线方程

已知两点坐标，求经过这两点的直线方程．通常采取的方法是，或者“点斜式”，或者“两点式”．其实采用下面介绍的“α法”，运算将更加迅速简洁．现介绍如下：

若A （

，

），B （

，

），求直线AB 的方程．

先将两个点的坐标上下对齐书写，假设最终

求出的直线方程为Ax ＋By ＋C ＝0，则

，

这种方法既形象直观，又运算简洁，更重要的是避免了许多情况下，因为字母运

算时需要分类讨论的繁琐．大家不妨以

“若A （－2,1），B （3，－1），求直线AB 的方程”为例试试看. （2）巧妙

分解因式

通常由直线方程与二次曲线方程联立方程组求交点坐标，这种运算是可怕的，尤其是含有大量字母运算时，但当直线与二次曲线有一个已知公共点时，则可以借助分解因式的技巧，很方便地求出另一个公共点的坐标．下面以椭圆为例讲解这种运算技巧：

若公共点为，椭圆方程为，设直线方程为，则

由得，，将代入上式得，显然有公因式，从而很方便地求出另一个交点坐标．

下面运用前面介绍的两个技巧解答2010江苏省高考数学第18题的第⑶问．

先求点M的坐标：

由得

将直线TA：代入上式得

显然x＋3＝0时，即为点A．要求点M，则约去（x＋3）得．

代入直线TA：得点M的坐标为．

同理，可求出点N的坐标为．

用“α法”写出直线MN的方程，并及时令y＝0得

由于m＞0，化简得，则x＝1

即直线MN 必过x 轴上的定点（1，0）．

探究2：在平面直角坐标系xOy 中，已知圆C ：x 2+y 2＝r 2和直线l ：x ＝a （其中r 和a 均为常数，且0 < r < a ），M 为l 上一动点，A 1，A 2为圆C 与x 轴的两个交点，直线MA 1，MA 2与圆C 的另一个交点分别为P 、Q ．（1）若r ＝2，M 点的坐标为(4，2)，求直线PQ 方程；（2）求证：直线PQ 过定点，并求定点的坐标．

解：（1）当r ＝2，M (4，2)，则A 1(－2，0)，A 2(2，0).直线MA 1的方程：x －3y +2=0，解224320x y x y ?+=?-+=?

，得()

8655P ，．直

线MA 2的方程：x －y －2=0，解22420

x y x y ?+=?--=?，

得()02Q -，．由两点式，得直线PQ 方程为：2x －y －2=0．

另解：(1)当r ＝2，M (4，2)，则A 1(－2，0)，A 2(2，0).直线MA 1的方程：x －3y +2=0，直线MA 2的方程：x +y －2=0，所以P 、Q 在曲线(x －3y +2)( x －y －2)+t (x 2+y 2－4)=0上，当t =－1时，2x －2y －2=0为直线PQ 的方程.

（2）证法一：由题设得A 1(－r ，0)，A 2(r ，0) .设M (a ，t )，

直线MA 1的方程是：y = t a +r (x +r )，直线MA 1的方程是：y = t a －r (x －r ) ．解222()x y r t y x r a r ?+=?

?=+?+?，得(

)

2222

()2()

()()r a r rt tr a r P

a r t a r t +-+++++，

．解222()x y r t y x r a r ?+=?

?=-?-?

，

得()

222222()2()()()rt r a r tr a r Q a r t a r t -----+-+，．于是直线PQ 的斜率k PQ ＝

2at

a 2

－t 2－r 2

，

直线PQ 的方程为()

222222222

2()()2()()tr a r r a r rt at y x a r t a t r a r t ++--=-++--++．上式中令y = 0，得x ＝r 2a ，是一个与t 无关的常数.故直线PQ 过定点()

20r a

，．证法二：由题设得A 1(－r ，0)，A 2(r ，0) .设M (a ，t )，

直线MA 1的方程是：y =t

a +r (x +r )，与圆C 的交点P 设为P (x 1，y 1) ．

直线MA 2的方程是：y =t

a －r (x －r )；与圆C 的交点Q 设为Q (x 2，y 2) ．

则点P (x 1，y 1) ，Q (x 2，y 2)在曲线［(a +r )y －t (x +r )］［(a －r )y －t (x －r )］=0上，化简得 (a 2－r 2)y 2－2ty (ax －r 2)+t 2(x 2－r 2)＝0． ① 又有P (x 1，y 1) ，Q (x 2，y 2)在圆C 上，圆C ：x 2+y 2－r 2＝0．②

①－t 2×②得 (a 2－r 2)y 2－2ty (ax －r 2)－t 2(x 2－r 2) －t 2( x 2+y 2－r 2)＝0，化简得：(a 2－r 2)y －2t (ax －r 2) －t 2 y ＝0．

所以直线PQ 的方程为(a 2

－r 2

)y －2t (ax －r 2

)-t 2

y ＝0． ③在③中令y = 0得 x = r 2

，故直线PQ 过定点

(

)

20r a

，．变式：已知椭圆C 的离心率2

=e ，长轴的左右端点分别为)0,2(1-A ，)0,2(2A . （1）求椭圆C 的方程；

（2）设直线x ＝my ＋1与椭圆C 交于两点P ，Q ，直线P A 1与Q A 2交于点S ，试问：当m 变化时，点S 是否恒在一条定直线上若是，请写出这条直线方程，并证明你的结论；若不是，请说明理由．【专题反思】你学到了什么还想继续研究什么

20.极点与极线的性质

第15讲:极点与极线的性质极点与极线是高等几何中的基本且重要的概念,虽然中学数学没有介绍,但以此为背景命制的高考试题经常出现.掌握极点与极线的初步知识,可使我们“登高望远”,抓住问题的本质,确定解题方向,寻找简捷的解题途. 定义:已知曲线G:ax 2+bxy+cy 2+dx+ey+f=0,则称点P(x 0,y 0)和直线l:ax 0x+b 200y x x y ++cy 0y+d 20x x ++e 2 y y ++f=0是曲线G 的一对极点与极线,点P 称为直线l 关于曲线G 的极点;直线l 称为点P 关于曲线G 的极线.称点P 与直线l 有“配极关系”,或“对偶关系”,相互为对方的“配极元素”,或“对偶元素”. 特别地,当点P 在曲线G 上时,点P 关于曲线G 的极线是曲线G 在点P 处的切线;圆锥曲线的焦点对应的极线是该焦点对应的准线;圆锥曲线的准线对应的极点是该准线对应的焦点. [位置关系]:已知点P 关于圆锥曲线G 的极线是直线l,则三者的位置关系是:①若点P 在曲线G 上,则直线l 是曲线 G 在点P 处的切线;②若点P 在曲线G 外,则直线l 是由点P 向曲线G 引两条切线的切点弦;③若点P 在曲线G 内,则直线l 是经过点P 的曲线G 的弦的两端点处的切线交点轨迹.如图: l l l P M P A D M P N C N B [配极原则]:如果点P 的极线通过点Q,则点Q 的极线也通过点P. 证明:设圆锥曲线G:ax 2+bxy+cy 2+2dx+2ey+f=0,点P(x p ,y p ),Q(x Q ,y Q ),则点P 、Q 关于曲线G 的极线方程分别为 p:ax p x+b 2 y x x y p p ++cy p y+d 2 p x x ++e 2 p y y ++f=0,q:ax Q x+b 2 y x x y Q Q ++cy Q y+d 2 Q x x ++e 2 Q y y ++f=0,则点P 的极线通过点Q ?ax p x Q +b 2 Q p Q p y x x y ++cy p y Q +d 2 p Q x x ++e 2 p Q y y ++f=0?点P(x p ,y p )在直线q:ax Q x+b 2 y x x y Q Q ++cy Q y+d 2 Q x x ++e 2 Q y y + +f=0上?点Q 的极线也通过点P. 推论1:两点连线的极点是此二点极线的交点,两直线交点的极线是此二直线极点的连线; 证明:设两点A 、B 连线的极点是P,即点P 的极线经过点A 、B,由配极原则知点A 、B 的极线均过点P,即点P 是此二点极线的交点;同理可证:两直线交点的极线是此二直线极点的连线. 推论2(共点共线):共线点的极线必共点;共点线的极点必共线. 证明:设点A 、B 均在直线l 上,直线l 对应的极点为P,由配极原则知点A 、B 的极线均过点P,即点A 、B 的极线必共点;同理可证:共点线的极点必共线. 推论3(中点性质):若圆锥曲线G 过点P 的弦AB 平行于点P 的极线,则点P 是弦AB 的中点. 证明:设P(x 0,y 0),曲线G:ax 2+bxy+cy 2+2dx+2ey+f=0,则点P 的极线方程:ax 0x+b 200y x x y ++cy 0y+d 20x x ++e 2 y y + +f=0,故可设AB:ax 0x+b 200y x x y ++cy 0y+d 20x x ++e 2 0y y ++λ=0,由点P(x 0,y 0)在直线AB 上?ax 02+bx 0y 0+cy 02 +2dx 0+2ey 0+λ=0?λ=-(ax 02 +bx 0y 0+cy 02 +2dx 0+2ey 0)?直线AB:ax 0x+b 200y x x y ++cy 0y+d 20x x ++e 2 0y y +=ax 02+bx 0y 0+cy 02 +2dx 0+2ey 0? ax 0x+b 200y x x y ++cy 0y+d 20x x ++e 2 0y y ++f=ax 02+bx 0y 0+cy 02 +2dx 0+2ey 0+f,而该直线为以为P 中点的中点弦方程,即点P 是弦AB 的中点. [比例定理]:若过点P(x 0,y 0)的直线l 与曲线G:ax 2+bxy+cy 2+dx+ey+f=0相交于A 、B 两点,与直线:ax 0x+b 2 00y x x y ++

圆锥曲线极点极线问题

圆锥曲线的极点与极线在高考中的应用刘定勇（安徽省宁国中学，242300）圆锥曲线的极点与极线理论在高考中应用较多，原因有二：其一，有高等数学背景，结论非常完美；其二，运用高中知识解决问题，能够考查学生思维、计算多方面能力. 文[1]给出了两个较为简洁的结论：命题1 椭圆122 22=+b y a x ，点()00,y x P 对应的极线12020=+b y y a x x . 双曲线122 22=-b y a x ，点()00,y x P 对应的极线12020=-b y y a x x . 抛物线px y 22=，点()00,y x P 对应的极线000=+-px y y px . 命题 2 圆锥曲线中极线共点于P ，则这些极线相应的极点共线于点P 相应的极线.反之亦然.称为极点与相应极线对偶性. 以上结论在文[2]中有证明. 如图给出椭圆的极点与对应极线的简图：题1、（2010湖北文15）.已知椭圆12 :22 =+y x C 的两焦点为12,F F ,点()00,y x P 满足2 2 00012 x y < +<,则|1PF |+2PF |的取值范围为_______，直线1200=+y y x x 与椭圆C 的公共点个数_____. P 在椭圆内 P 在椭圆外

解析：第一个问题，依题意知，点P 在椭圆内部.画出图形，由数形结合可得范围为 [)22,2. 第二个问题，其实是非常容易做错的题目.因为()00,y x P 在椭圆12 :22 =+y x C 的内部，所以很多学生误以为直线与椭圆一定有两个交点，但直线 12 00=+y y x x 并不经过()00,y x P .还有学生看到 12 00=+y y x x 这样的结构，认为是切线，所以判断有一个公共点. 事实上，1200=+y y x x 是()00,y x P 对应的极线，()00,y x P 在椭圆12 :22 =+y x C 的内部，由命题2画出相应极线，此直线与椭圆不可能有交点，故交点数为0个.如果能够用极点与极线理论，本题能够快速解决.而常规方法只能联立方程用判别式判断了. 题2、（2010重庆文21）已知以原点O 为中心，F 为右焦点的双曲线C 的离心率2 e = （Ⅰ）求双曲线C 的标准方程及其渐近线方程；（Ⅱ）如题图，已知过点11(,)M x y 的直线1l ：1144x x y y +=与过点22(,)N x y （其中 21x x ≠）的直线2l ：2244x x y y +=的交点E 在双曲线C 上，直线MN 与双曲线的两条渐近线分别交于G 、H 两点，求OH OG ?的值. 解析：（I ）C 的标准方程为.14 22 =-y x C 的渐近线方程为.2 1x y ± = （II ）如图，直线44:11`=+y y x x l 和 44:122=+y y x x l 上显然是椭圆4422=+y x 的两条切线，由题意点),(E E y x E 在直线44:11`=+y y x x l 和44:122=+y y x x l 上，MN 即是由E 点生成的椭圆的极线.因此直线 MN 的方程为.44=+y y x x E E MN 的方程求出后剩下工作属常规计算.

圆内极点与极线性质简证

圆内极点与极线性质简证原题如图，过定点P 作定⊙O 两条动割线P AB 与PCD ，连结AD 与BC ，交于点Q ．求证：动点Q 在一条定直线上．问题1 如图，过点P 作⊙O 两条割线P AB 与PCD ，连结AD 与BC ，交于点Q ，直线PQ 交⊙O 于点E 、F ，点M 为弦EF 的中点．求证：PM PQ PF PE ?=?．注：要证明的结论等价于 FQ PF EQ PE =，即“内分比＝外分比”，也即点P ，E ，Q ，F 构成调和分割。证法一：在射线PF 上取点M ，使PQ ·PM ＝P A ·PB ＝PC ·PD ＝PE ·PF ，则A ，Q ，M ，B 四点共圆，Q ，C ，D ，M 四点共圆．因此 ∠BMF ＝∠BAD ，∠DMF ＝∠DCB ，因此 ∠BMF ＝∠FMD ，从而∠BOD ＝∠BMD ，因此O ，M ，B ，D 四点共圆．因此 ∠OMD ＝∠OBD ，又 BOD FMD ∠= ∠2 1 ，OB ＝OD ，因此 ∠FMD ＋∠OMD ＝90° 即OM ⊥MF （另法：将∠OMF 视为圆周角，则其所对的弧由两部分组成一个半圆）因此点M 为弦EF 的中点．证法二：在射线PF 上取点M ，使PQ ·PM ＝P A ·PB ＝PC ·PD ，延长DM 交⊙O 于点N ．连结OM ，BM ，BN ，EN ．

由于 C ，Q ，M ，D 四点共圆，Q ，A ，B ，M 四点共圆．因此 ∠BQF ＝∠NDC ＝∠NBC 因此 NB ∥EF 因此 NE ＝BF ，∠NEF ＝∠BFE 又 ∠NME ＝∠BCD ＝∠BAD ＝∠BMF 因此 △NME ≌△BMF （AAS ）因此 EM ＝FM ，下略．证法三：这题可以用“面积正弦法”解决，你可以随便找三角形来构成正弦比． QA PA DE BE QA PA QAE PAE S S EQ PE QAE PAE ?=?∠∠==??sin sin QA PA DF BF QA PA QAF PAF S S FQ PF QAF PAF ?=?∠∠==??sin sin 因此只要证明 DF BF DE BE = ，这可以由下面的推导得到： DF BF AE CE CD AB AE CE QC QA AE CE DPE BPE DE PE PE BE DE BE =?=?=?∠∠=?=sin sin （由∠BAD ＝∠BCD 得∠P AQ ＝∠PCQ ）从而得证．证法四：设直线PQ 为x 轴，直线AB ，CD ，AD ，BC 方程为0),(1=y x f ，0),(2=y x f ， 0),(3=y x f ，0),(4=y x f ；P (p ，0)，Q (q ，0)，E (e ，0)，F (f ，0).

极点极线

2.2.2 极点与极线，配极原则（一）作图原理定理（配极原则）如果P 点的极线通过Q 点，则Q 点的极线也通过P 点。证明：这二阶曲线的方程为0=S ，P 点的坐标为)(3,2,1p p p ，Q 点的坐标为),,(321q q q ，于是，P 点关于0=S 的极线为0=p S ，Q 点关于0=S 的极线为0=q S ，因P 点的极线通过Q 点，所以有0=pq S ，但qp pq S S =。所以有0=qp S ，这表示Q 点的极线0=q S 通过P 点。推论1 两点连线的极点是此二点极线的交点；两直线交点的极线是此二直线极点的连线。推论2 共线点的极线必共点；共点线的极点必共线。推论3 设PB PA ,为二次曲线的切线，若其中B A ,为切点，则AB 为P 点的极线. 定义3.3 如果一个三点形的三个顶点恰是对边的极点，则此三点形叫做自极三点形。（二）作图举例例1 、一个完全四点形的四哥顶点若在一条二阶曲线上，则这个完全四点形的对边三点形的顶点是其对边的极点。证明：如下图10，设X Y Z 是完全四点形ABCD 的对边三点形，于是1),(,1),(-=-=XF AD XE BC ，所以F E ,均为关于二阶曲线的共轭点，从而直线EF 即直线YZ 是X 的极线。同理，XY 是Z 的极线，由配极原则知，XZ 是Y 的极线

例2、已知点P 不在二阶曲线)(c 上，求作P 点关于)(c 的极线。解：过P 点作)(c 的两条割线，与)(c 分别交于B A ，与D C ，，如下图所示，设AC 与BD 交于点Q ，AD 与BC 交于点R ，则直线QR 就是P 点的极线。事实上，由例1可知PQR 是自极三点形

圆内极点与极线性质简证

圆内极点与极线性质简证原题如图，过定点P 作定⊙O 两条动割线PAB 与PCD ，连结AD 与BC ，交于点Q ．求证：动点Q 在一条定直线上．问题1 如图，过点P 作⊙O 两条割线PAB 与PCD ，连结AD 与BC ，交于点Q ，直线PQ 交⊙O 于点E 、F ，点M 为弦EF 的中点．求证：PM PQ PF PE ?=?．注：要证明的结论等价于FQ PF EQ PE = ，即“内分比＝外分比”，也即点P ，E ，Q ，F 构成调和分割。证法一：在射线PF 上取点M ，使PQ ·PM ＝P A ·PB ＝PC ·PD ＝PE ·PF ，则A ，Q ，M ，B 四点共圆，Q ，C ，D ，M 四点共圆．因此 ∠BMF ＝∠BAD ，∠DMF ＝∠DCB ，因此 ∠BMF ＝∠FMD ，从而∠BOD ＝∠BMD ，因此O ，M ，B ，D 四点共圆．因此 ∠OMD ＝∠OBD ，又 BOD FMD ∠= ∠2 1，OB ＝OD ，因此 ∠FMD ＋∠OMD ＝90° 即OM ⊥MF （另法：将∠OMF 视为圆周角，则其所对的弧由两部分组成一个半圆）因此点M 为弦EF 的中点．证法二：在射线PF 上取点M ，使PQ ·PM ＝PA ·PB ＝PC ·PD ，延长DM 交⊙O 于点N ．连结OM ，BM ，BN ，EN ．

由于 C ，Q ，M ，D 四点共圆，Q ，A ，B ，M 四点共圆．因此 ∠BQF ＝∠NDC ＝∠NBC 因此 NB ∥EF 因此 NE ＝BF ，∠NEF ＝∠BFE 又 ∠NME ＝∠BCD ＝∠BAD ＝∠BMF 因此 △NME ≌△BMF （AAS ）因此 EM ＝FM ，下略．证法三：这题可以用“面积正弦法”解决，你可以随便找三角形来构成正弦比． QA PA DE BE QA PA QAE PAE S S EQ PE QAE PAE ? = ? ∠∠= = ??sin sin QA PA DF BF QA PA QAF PAF S S FQ PF QAF PAF ?=?∠∠==??sin sin 因此只要证明 DF BF DE BE =，这可以由下面的推导得到： DF BF AE CE CD AB AE CE QC QA AE CE DPE BPE DE PE PE BE DE BE =?=?=?∠∠= ?=sin sin （由∠BAD ＝∠BCD 得∠P AQ ＝∠PCQ ）从而得证．证法四：设直线PQ 为x 轴，直线AB ，CD ，AD ，BC 方程为0),(1=y x f ，0),(2=y x f ， 0),(3=y x f ，0),(4=y x f ；P (p ，0)，Q (q ，0)，E (e ，0)，F (f ，0).

极点与极线背景下的高考试题

极点与极线背景下的高考试题公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

Γ在P点处的切线； (2)当P在Γ外时，过点P作Γ的两条切线，设其切点分别为,A B，则点P的极线是直线AB(即切点弦所在的直线)； (3) 当P在Γ内时，过点P任作一割线交Γ于,A B，设Γ在,A B处的切线交于点Q，则点P的极线是动点Q的轨迹. 定理2 如图2，设点P关于圆锥曲线Γ的极线为l，过点P任作一割线交Γ于,A B，交l于Q，则PA PB AQ BQ =①；反之，若有①成立，则称点,P Q调和分割线段AB，或称点 P与Q关于Γ调和共轭，或称点P(或点Q)关于圆锥曲线Γ的调和共轭点为点Q(或点P).点P关于圆锥曲线Γ的调和共轭点是一条直线，这条直线就是点P的极线. 推论1 如图2，设点P关于圆锥曲线Γ的调和共轭点为点Q，则有 211 PQ PA PB =+②；反之，若有②成立，则点P与Q关于Γ调和共轭. 可以证明①与②是等价的.事实上，由①有 211 PQ PA PB ?=+. 特别地，我们还有图2 B

高中数学极点极线及高中圆锥曲线必备公式

极点极线定义已知圆锥曲线С: A x +B y +C x +D y +E=0与一点P(x 0,y 0) [其中A +B ≠0,点．P ．不在曲线中心和渐近线上．．．．．．．．．．．].则称点P 和直线L: A ?x 0x +B ?y 0y +C ?x 0+x 2+D ?y 0+y 2+E=0是圆锥曲线С的一对极点和极线. 即在圆锥曲线方程中,以x 0x 替换x ，以x 0+x 2 替换x ，以y 0y 替换y ,以y 0+y 2 替换y 则可得到极点P(x 0,y 0)的极线方程L. 特别地： (1)对于圆(x-a) +(y-b) =r ,与点P(x 0,y 0)对应的极线方程为 (x 0-a)(x-a)+(y 0-b)(y-b)=r ； (2)对于椭圆 x a +y b =1，与点P(x 0,y 0)对应的极线方程为x 0x a +y 0y b =1 ；

(3)对于双曲线x a - y b =1，与点P(x0,y0)对应的极线方程为 x0x a - y0y b =1； (4)对于抛物线y=2px，与点P(x0,y0)对应的极线方程为y0y=p(x0+x)；性质一般地,有如下性质[焦点所在区域为曲线内部．．．．．．．．．．．]: ①若极点P在曲线С上,则极线L是曲线С在P点的切线； ②若极点P在曲线С外,则极线L是过极点P作曲线С的两条切线的切点连线； ③若极点P在曲线С内,则极线L在曲线С外且与以极点P为中点的弦平行[仅是斜率相等]( 若是圆,则此时中点弦的方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)= (x0-a)+(y0-b)；若是椭圆,则此时中点弦的方程为x0x a + y0y b = x0 a + y0 b ；若是双曲线,则此时中点弦的方程为x0x a - y0y b = x0 a - y0 b ；若是抛物线,则此时中点弦的方程为y0y-p(x0+x)=y0-2px0)；

极点极线及高中圆锥曲线必备公式

声明: 本内容来自网络,感谢 ?百度贴吧mpc_killer吧的《[选][圆曲]--中点切线王牌杀手--极点极线草稿》 ?《漫谈圆锥曲线的极点与极线——两高考试题的统一背景与解法》 ?百度贴吧高中数学吧的《圆锥曲线基础必备》等优秀内容. 极点极线定义已知圆锥曲线С: A x+B y+C x+D y+E=0与一点P(x 0,y ) [其中A+B ≠0,点．P．不在曲线中心和渐近线上．．．．．．．．．．．].则称点P和直线L: A?x0x+B?y0y+C?x 0 +x 2 +D?y +y 2 +E=0是圆锥曲线С的一对极点和极线. 即在圆锥曲线方程中,以x 0x替换x，以 x +x 2 替换x，以y y替换y,以 y +y 2 替换y则可得到极点P(x 0,y )的极线方程L. 特别地： (1)对于圆(x-a)+(y-b)=r,与点P(x 0,y )对应的极线方程为 (x 0-a)(x-a)+(y -b)(y-b)=r； (2)对于椭圆x a + y b =1，与点P(x ,y )对应的极线方程为 x x a + y y b =1； (3)对于双曲线x a - y b =1，与点P(x ,y )对应的极线方程为 x x a - y y b =1； (4)对于抛物线y=2px，与点P(x 0,y )对应的极线方程为y y=p(x +x)；性质一般地,有如下性质[焦点所在区域为曲线内部．．．．．．．．．．．]: ①若极点P在曲线С上,则极线L是曲线С在P点的切线； ②若极点P在曲线С外,则极线L是过极点P作曲线С的两条切线的切点连线；

极点与极线背景下的高考试题

极点与极线背景下的高考试题 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

极点与极线背景下的高考试题王文彬 (江西省抚州市第一中学 344000) 极点与极线是高等几何中的重要概念，当然不是《高中数学课程标准》规定的学习内容，也不属于高考考查的范围，但由于极点与极线是圆锥曲线的一种基本特征，因此在高考试题中必然会有所反映，自然也会成为高考试题的命题背景. 作为一名中学数学教师，应当了解极点与极线的概念，掌握有关极点与极线的基本性质，只有这样，才能“识破”试题中蕴含的有关极点与极线的知识背景，进而把握命题规律. 1.从几何角度看极点与极线定义1 如图1，设P 是不在圆锥曲线上的一点，过P 两条割线依次交圆锥曲线于四点,,,E F G H ，连接,EH FG 交于N ，连接,EG FH 交于M ，则直线MN 为点P 对应的极线若P 为圆锥曲线上的点，则过P 点的切线即为极线. 由图1同理可知， PM 为点N 对应的极线，PN 为点M 对应的极线.因而将MNP 称为自极三点形.设直线MN 于点,A B 两点，则,PA PB 恰为圆锥曲线的两条切线. 定理1 (1)当P 在圆锥曲线Γ上时，则点P 的极线是曲线 Γ在P 点处的切线； (2)当P 在Γ外时，过点P 作Γ的两条切线，设其切点分别为,A B ，则点P 的极线是直线AB (即切点弦所在的直线)； (3) 当P 在Γ内时，过点P 任作一割线交Γ于,A B ，设Γ在,A B 处的切线交于点Q ，则点P 的极线是动点Q 的轨迹. 定理2 如图2，设点P 关于圆锥曲线Γ的极线为l ，过点P 任作一割线交Γ于 ,A B ，交l 于Q ，则 PA PB AQ BQ = ①；反之，若有①成立，则称点,P Q 调和分割线段AB ，或称点P 与Q 关于Γ调和共轭，或称点P (或点Q )Γ的调和共轭点为点Q (或点P ).点P 关于圆锥曲线Γ的调和共轭点是一条直线，这条直线就是点P 的极线. 推论1 如图2，设点P 关于圆锥曲线Γ的调和共轭点为点Q ，则有211PQ PA PB =+ ②；反之，若有②成立，则点P 与Q 关于Γ调和共轭. 可以证明①与②是等价的.事实上，由①有 211PQ PA PB ?=+. 特别地，我们还有推论2 如图3，设点P 关于有心圆锥曲线Γ(设其中心为O )的调和共轭点为点Q ，PQ 连线经过圆锥曲线的中心，则有2OR OP OQ =? ，反之若有此式成立，则点P 与Q 关于Γ调和共轭. 图1 图2

解析几何中极点与极线知识的现状与应用研究

解析几何中极点与极线知识的现状与应用研究王文彬极点与极线是圆锥曲线内在的几何特征，在解析几何中必然有所反映，有所体现.现将具体研究结果报告如下： §1.极点与极线的定义 1.1 几何定义如图，P 是不在圆锥曲线上的点，过P 点引两条割线依次交圆锥曲线于四点,,,E F G H ，连接,EH FG 交于N ，连接,EG FH 交于M ，则直线MN 为点P 对应的极线. 若P 为圆锥曲线上的点，则过P 点的切线即为极线. 由图1可知，同理PM 为点N 对应的极线，PN 为点 M 所对应的极线.MNP 称为自极三点形.若连接MN 交圆锥曲线于点,A B ，则,PA PB 恰为圆锥曲线的两条切线. 事实上，图1也给出了两切线交点P 对应的极线的一种作法. 1.2 代数定义已知圆锥曲线22 :220Ax Cy Dx Ey F Γ++++=，则称点00(,)P x y 和直线 0000:()()0l A x x C y y D x x E y y F ++++ ++=是圆锥曲线Γ的一对极点和极线. 事实上，在圆锥曲线方程中，以0x x 替换2 x ，以02 x x +替换x (另一变量y 也是如此) 即可得到点00(,)P x y 极线方程. 特别地： (1)对于椭圆22 221x y a b +=，与点00(,)P x y 对应的极线方程为00221x x y y a b +=； (2)对于双曲线22 221x y a b -=，与点00(,)P x y 对应的极线方程为00221x x y y a b -=； (3)对于抛物线2 2y px =，与点00(,)P x y 对应的极线方程为00()y y p x x =+. §2.极点与极线的基本结论定理1 (1)当P 在圆锥曲线Γ上时，则极线l 是曲线Γ在P 点处的切线； (2)当P 在Γ外时，则极线l 是曲线Γ从点P 所引两条切线的切点所确定的直线(即切点弦所在直线)； (3) 当P 在Γ内时，则极线l 是曲线Γ过点P 的割线两端点处的切线交点的轨迹. 证明：假设同以上代数定义，对22:220Ax Cy Dx Ey F Γ++++=的方程，两边求导得22220Ax Cyy D Ey ''+++=，解得Ax D y Cy E +'=-+，于是曲线Γ在P 点处的切线斜率为00Ax D k Cy E +=-+，故切线l 的方程为0000()Ax D y y x x Cy E +-=--+，化简得 220000000Ax x Cy y Ax Cy Dx Ey Dx Ey +--++--=，又点P 在曲线Γ上，故有220000220Ax Cy Dx Ey F ++++=，从中解出2200Ax Cy +，然后代和可得曲线Γ在P 点图1

极点极线及高中圆锥曲线必备公式

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极点极线定义已知圆锥曲线С: A x +B y +C x +D y +E=0与一点P(x 0,y 0) [其中A +B ≠0,点．P ．不在曲线中心和渐近线上．．．．．．．．．．．].则称点P 和直线L: A ?x 0x +B ?y 0y +C ?x 0+x 2 +D ?y 0+y 2+E=0是圆锥曲线С的一对极点和极线. 即在圆锥曲线方程中,以x 0x 替换x ，以 x 0+x 2 替换x ，以y 0y 替换y ,以 y 0+y 2 替换y 则可得到极点P(x 0,y 0)的极线方程L. 特别地： (1)对于圆(x-a) +(y-b) =r ,与点P(x 0,y 0)对应的极线方程为 (x 0-a)(x-a)+(y 0-b)(y-b)=r ；

(2)对于椭圆x a+ y b=1，与点P(x0,y0)对应的极线方程为 x0x a+ y0y b=1； (3)对于双曲线x a- y b=1，与点P(x0,y0)对应的极线方程为 x0x a- y0y b=1； (4)对于抛物线y=2px，与点P(x0,y0)对应的极线方程为y0y=p(x0+x)；性质一般地,有如下性质[焦点所在区域为曲线部．．．．．．．．．． ]: ①若极点P在曲线С上,则极线L是曲线С在P点的切线； ②若极点P在曲线С外,则极线L是过极点P作曲线С的两条切线的切点连线； ③若极点P在曲线С,则极线L在曲线С外且与以极点P为中点的弦平行[仅是斜率相等]( 若是圆,则此时中点弦的方程为(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=

高考数学_极点、极线与圆锥曲线的位置关系

一道高考解析几何题的背景溯源 ──极点、极线与圆锥曲线的位置关系湖北省阳新县高级中学邹生书题目已知椭圆的两个焦点，点满足，则的取值范围是，直线与椭圆的公共点的个数是. 这是2010年高考湖北卷文科第15题，本题是一道涉及到点、直线与圆锥曲线的位置关系的判定的考题．从高等几何的观点知，这里的点和直线就是椭圆的一对极点与极线，本题第二问实际上是：已知椭圆的极点在椭圆内，判断极线与椭圆的位置关系．据笔者之前发表的文章中圆锥曲线极点和极线的几何性质可得如下结论：定理已知点和直线是圆锥曲线的一对极点与极线．（1）若极点在曲线上，则极线与曲线的相切于点；（2）若极点在曲线内，则极线与曲线的相离；（2）若极点在曲线外，则极线与曲线的相交．由该定理不难知道，考题中的直线与椭圆相离，故公共点个数为0．若运用几何画板进行实验操作动态演示，不仅可以验证确认该结论，而且还可获得直观感知从而加深印象强化理解．本文将借用判别式法给出该定理的另一种证明．为了表达方便我们给出圆锥曲线内部和外部的定义．圆、椭圆是封闭图形其内部和外部不言而喻，抛物线、双曲线不是封闭的是开的，我们参考一些杂志专著，对双曲线和抛物线的内部和外部给出如下定义：焦点所在的平面区域称为该曲线的内部，不含焦点的平面区域称为曲线的外部，曲线上的点既不在内部也不在外部．关于点与圆锥曲线位置关系我们有如下结论（这里证明从略）．引理1已知点和抛物线．则（1）点在上；（2）点在内；（3）点在外．引理2已知点和椭圆（或圆）．则（1）点在上；（2）点在内；（3）点在外．

引理3已知点和双曲线．则（1）点在上；（2）点在内；（3）点在外．圆锥曲线把平面上的点分成三个部分：曲线上的点、曲线内的点和曲线外的点，每一部分的点的坐标对于曲线方程的左右两边的值具有相同的大小关系，真是“物以类集，人以群分”．下面将圆锥曲线分为抛物线、椭圆（圆）和双曲线三种情形，借用判别式法对定理给出如下证明．定理1已知点和直线是抛物线的一对极点与极线．则（1）点在上直线与相切于点；（2）点在内直线与相离；（3）点在外直线与相交．证明由得，，将其代入抛物线方程得，，所以．所以，（1）点在上直线与相切于点；（2）点在内直线与相离；（3）点在外直线与相交．定理2已知点和直线是椭圆（圆）的一对极点与极线．则（1）点在上直线与相切于点；（2）点在内直线与相离；（3）点在外直线与相交．证明当时，．则（1）点在直线与相切于点；（2）点在内

高等几何第五章

第五章二次曲线的仿射性质如果将仿射变换 (5.0.1) 111112213 221122223 ''x a x a x a x a x a x a =++?? =++? 1112 2122 0a a a a ?=≠ 用点的齐次坐标表示，设 '' 1212''3333 ',',,x x x x x y x y x x x x ====，于是(5.0.1)化为 '112 111213' 333 '212212223'3 33x x x a a a x x x x x x a a a x x x ?=++????=++?? 设' 33x x ρ=，上式变为 (5.0.2) 1111122133 221122223333'',0,0'x a x a x a x x a x a x a x x x ρρρρ=++?? =++?≠≠??=? 上式是用齐次坐标表示的仿射变换公式。显然，(5.0.2)使30x =变成3'0x =，可见仿射变换是使无穷远直线仍变成无穷远直线的射影变换。本章将以无穷远直线不变这一仿射性质为基础研究二次曲线（只研究二阶曲线）的仿射性质及其分类。 §1 二次曲线的仿射性质 1.1二次曲线与无穷远直线的相关位置设二次曲线的方程为 (5.1.1) 3 ,,1 0,()ij i j ij ji i j S a x x a a == ==∑ 现在求无穷远直线30x =与二次曲线的交点，将30x =代入(5.1.1)得 (5.1.2) 22111121222220,a x a x x a x ++= 解(5.1.2)得 (5.1.3) 1211 x x = 因此

圆内极点与极线性质简证

圆内极点与极线性质简证原题如图,过定点P 作定⊙O 两条动割线P AB 与PCD ,连结AD 与BC ,交于点Q .求证:动点Q 在一条定直线上. 问题1 如图,过点P 作⊙O 两条割线P AB 与PCD ,连结AD 与BC ,交于点Q ,直线PQ 交⊙O 于点E 、F ,点M 为弦EF 得中点.求证:PM PQ PF PE ?=?. 注:要证明得结论等价于 FQ PF EQ PE =,即“内分比＝外分比”,也即点P ,E ,Q ,F 构成调与分割。证法一:在射线PF 上取点M ,使PQ ·PM ＝P A ·PB ＝PC ·PD ＝PE ·PF , 则A ,Q ,M ,B 四点共圆,Q ,C ,D ,M 四点共圆. 因此 ∠BMF ＝∠BAD ,∠DMF ＝∠DCB , 因此 ∠BMF ＝∠FMD ,从而∠BOD ＝∠BMD , 因此O ,M ,B ,D 四点共圆. 因此 ∠OMD ＝∠OBD , 又 BOD FMD ∠= ∠2 1 ,OB ＝OD ,因此 ∠FMD ＋∠OMD ＝90° 即OM ⊥MF (另法:将∠OMF 视为圆周角,则其所对得弧由两部分组成一个半圆) 因此点M 为弦EF 得中点. 证法二:在射线PF 上取点M ,使PQ ·PM ＝P A ·PB ＝PC ·PD ,延长DM 交⊙O 于点N .连结OM ,BM ,BN ,EN .

由于 C ,Q ,M ,D 四点共圆,Q ,A ,B ,M 四点共圆. 因此 ∠BQF ＝∠NDC ＝∠NBC 因此 NB ∥EF 因此 NE ＝BF ,∠NEF ＝∠BFE 又 ∠NME ＝∠BCD ＝∠BAD ＝∠BMF 因此 △NME ≌△BMF (AAS ) 因此 EM ＝FM ,下略. 证法三:这题可以用“面积正弦法”解决,您可以随便找三角形来构成正弦比 . QA PA DE BE QA PA QAE PAE S S EQ PE QAE PAE ?=?∠∠==??sin sin QA PA DF BF QA PA QAF PAF S S FQ PF QAF PAF ?=?∠∠==??sin sin 因此只要证明 DF BF DE BE = ,这可以由下面得推导得到: DF BF AE CE CD AB AE CE QC QA AE CE DPE BPE DE PE PE BE DE BE =?=?=?∠∠=?=sin sin (由∠BAD ＝∠BCD 得∠P AQ ＝∠PCQ ) 从而得证. 证法四:设直线PQ 为 x 轴,直线AB ,CD ,AD ,BC 方程为 0),(1=y x f ,0),(2=y x f ,0),(3=y x f ,0),(4=y x f ;P (p ,0),Q (q ,0),E (e ,0),F (f ,0)、

圆锥曲线极点极线问题

圆锥曲线的极点与极线在高考中的应用定勇（省宁国中学，242300）圆锥曲线的极点与极线理论在高考中应用较多，原因有二：其一，有高等数学背景，结论非常完美；其二，运用高中知识解决问题，能够考查学生思维、计算多方面能力. 文[1]给出了两个较为简洁的结论：命题1 椭圆122 22=+b y a x ，点()00,y x P 对应的极线12020=+b y y a x x . 双曲线122 22=-b y a x ，点()00,y x P 对应的极线12020=-b y y a x x . 抛物线px y 22=，点()00,y x P 对应的极线000=+-px y y px . 命题 2 圆锥曲线中极线共点于P ，则这些极线相应的极点共线于点P 相应的极线.反之亦然.称为极点与相应极线对偶性. 以上结论在文[2]中有证明. 如图给出椭圆的极点与对应极线的简图：题1、（2010文15）.已知椭圆12 :22 =+y x C 的两焦点为12,F F ,点()00,y x P 满足2 2 00012x y <+<,则|1PF |+2PF |的取值围为_______，直线12 00=+y y x x 与椭圆C 的公共点个数_____. P 在椭圆内 P 在椭圆外

解析：第一个问题，依题意知，点P 在椭圆部.画出图形，由数形结合可得围为[) 22,2. 第二个问题，其实是非常容易做错的题目.因为()00,y x P 在椭圆12 :22 =+y x C 的部，所以很多学生误以为直线与椭圆一定有两个交点，但直线 12 00=+y y x x 并不经过()00,y x P .还有学生看到 12 00=+y y x x 这样的结构，认为是切线，所以判断有一个公共点. 事实上，12 00=+y y x x 是()00,y x P 对应的极线，()00,y x P 在椭圆12:22 =+y x C 的部，由命题2画出相应极线，此直线与椭圆不可能有交点，故交点数为0个.如果能够用极点与极线理论，本题能够快速解决.而常规方法只能联立方程用判别式判断了. 题2、（2010文21）已知以原点O 为中心，(5,0)F 为右焦点的双曲线C 的离心率 5e = . （Ⅰ）求双曲线C 的标准方程及其渐近线方程；（Ⅱ）如题图，已知过点11(,)M x y 的直线1l ：1144x x y y +=与过点22(,)N x y （其中 21x x ≠）的直线2l ：2244x x y y +=的交点E 在双曲线 C 上，直线MN 与双曲线的两条渐近线分别交于G 、H 两点，求OH OG ?的值. 解析：（I ）C 的标准方程为.14 22 =-y x C 的渐近线方程为.2 1x y ± = （II ）如图，直线44:11`=+y y x x l 和 44:122=+y y x x l 上显然是椭圆4422=+y x 的两条切线，由题意点),(E E y x E 在直线44:11`=+y y x x l 和44:122=+y y x x l 上，MN 即是由E 点生成的椭圆的极线.因此直线 MN 的方程为.44=+y y x x E E MN 的方程求出后剩下工作属常规计算.

极点与极线背景下的高考考试

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极点与极线背景下的高考试题王文彬 (江西省抚州市第一中学 344000) 极点与极线是高等几何中的重要概念，当然不是《高中数学课程标准》规定的学习内容，也不属于高考考查的范围，但由于极点与极线是圆锥曲线的一种基本特征，因此在高考试题中必然会有所反映，自然也会成为高考试题的命题背景. 作为一名中学数学教师，应当了解极点与极线的概念，掌握有关极点与极线的基本性质，只有这样，才能“识破”试题中蕴含的有关极点与极线的知识背景，进而把握命题规律. 1.从几何角度看极点与极线定义1 如图1，设P 是不在圆锥曲线上的一点，过P 点引两条割线依次交圆锥曲线于四点,,,E F G H ，连接,EH FG 交于N ，连接,EG FH 交于M ，则直线MN 为点P 对应的极线. 若P 为圆锥曲线上的点，则过P 点的切线即为极线. 由图1同理可知， PM 为点N 对应的极线，PN 为点M 所对应的极线.因而将MNP 称为自极三点形.设直线MN 交圆锥曲线于点,A B 两点，则,PA PB 恰为圆锥曲线的两条切线. 定理1 (1)当P 在圆锥曲线Γ上时，则点P 的极线是曲线 Γ在P 点处的切线； (2)当P 在Γ外时，过点P 作Γ的两条切线，设其切点分别为,A B ，则点P 的极线是直线AB (即切点弦所在的直线)； (3) 当P 在Γ内时，过点P 任作一割线交Γ于,A B ，设Γ在,A B 处的切线交于点Q ，则点P 的极线是动点Q 的轨迹. 定理2 如图2，设点P 关于圆锥曲线Γ的极线为l ，过点P 任作一割线交Γ于,A B ，交l 于Q ，则PA PB AQ BQ = ①；反之，若有①成立，则称点,P Q 调和分割线段AB ，或称点P 与Q 关于Γ调和共轭，或称点P (或点Q )关于圆锥曲线 Γ的调和共轭点为点Q (或点P ).点P 关于圆锥曲线Γ的调和共轭点是一条直线，这条直线就是点P 的极线. 推论1 如图2，设点P 关于圆锥曲线Γ的调和共轭点为点Q ，则有211PQ PA PB =+ ②；反之，若有②成立，则点P 与Q 关于Γ调和共轭. 可以证明①与②是等价的.事实上，由①有 11AQ BQ PQ PA PB PQ PQ PQ PA PB PA PB PA PB --=?=?-=-11 ()2PQ PA PB ??+= 211PQ PA PB ?=+. 特别地，我们还有 P E F G H M A N B 图 P Q A 图2 B l

解析几何中极点与极线知识的现状与应用研究

解析几何中极点与极线知识の现状与应用研究王文彬极点与极线是圆锥曲线内在の几何特征，在解析几何中必然有所反映，有所体现.现将具体研究结果报告如下： §1.极点与极线の定义 1.1 几何定义如图，P 是不在圆锥曲线上の点，过P 点引两条割线依次交圆锥曲线于四点,,,E F G H ，连接,EH FG 交于N ，连接,EG FH 交于M ，则直线MN 为点P 对应の极线. 若P 为圆锥曲线上の点，则过P 点の切线即为极线. 由图1可知，同理PM 为点N 对应の极线，PN 为点 M 所对应の极线.MNP 称为自极三点形.若连接MN 交圆锥曲线于点,A B ，则,PA PB 恰为圆锥曲线の两条切线. 事实上，图1也给出了两切线交点P 对应の极线の一种作法. 1.2 代数定义已知圆锥曲线22:220Ax Cy Dx Ey F Γ++++=，则称点00(,)P x y 和直线0000:()()0l A x x C y y D x x E y y F ++++ ++=是圆锥曲线Γの一对极点和极线. 事实上，在圆锥曲线方程中，以0x x 替换2 x ，以02 x x +替换x (另一变量y 也是如此) 即可得到点00(,)P x y 极线方程. 特别地： (1)对于椭圆22 221x y a b +=，与点00(,)P x y 对应の极线方程为00221x x y y a b +=； (2)对于双曲线22 221x y a b -=，与点00(,)P x y 对应の极线方程为00221x x y y a b -=； (3)对于抛物线22y px =，与点00(,)P x y 对应の极线方程为00()y y p x x =+. §2.极点与极线の基本结论定理1 (1)当P 在圆锥曲线Γ上时，则极线l 是曲线Γ在P 点处の切线； (2)当P 在Γ外时，则极线l 是曲线Γ从点P 所引两条切线の切点所确定の直线(即切点弦所在直线)； (3) 当P 在Γ内时，则极线l 是曲线Γ过点P の割线两端点处の切线交点の轨迹. 证明：假设同以上代数定义，对22:220Ax Cy Dx Ey F Γ++++=の方程，两边求导得22220Ax Cyy D Ey ''+++=，解得Ax D y Cy E +'=-+，于是曲线Γ在P 点处の切线斜率为00Ax D k Cy E +=-+，故切线l の方程为0000()Ax D y y x x Cy E +-=--+，化简得 220000000Ax x Cy y Ax Cy Dx Ey Dx Ey +--++--=，又点P 在曲线Γ上，故有220000220Ax Cy Dx Ey F ++++=，从中解出2200Ax Cy +，然后代和可得曲线Γ在P 点图1