圆锥曲线的光学性质及其应用
圆锥曲线的光学性质及其应用
得另一组解为 x = y = z = 0 .
⎧xy /(x + y) = 1/ 5,
例
3
解方程组
⎪ ⎨
yz
/(
y
+
z)
=
1/
6,
⎪⎩zx /(z + x) = 1/ 7.
分析 对每个方程两边取倒数得
⎧1/ x + 1/ y = 5,
(1)
⎪⎨1/ y + 1/ z = 6,
(2)
⎩⎪1/ x + 1/ z = 7.
构特征,对其取倒数,则都可化成含有 x + 1 的 x
式子,从而运用整体代入求解. 对已知式取倒数得 x + 1/ x = m + 1. (1) 对待求式取倒数得
1/ u = x3 + 1/ x3 − m3 = (x + 1/ x)3 − 3(x + 1/ x) − m3 . (2)
把(1)代入(2)得
1/ u = (m + 1)3 − 3(m + 1) − m3 = 3m2 − 2 ,
则
u
=
1 3m2 −
2
,故选
C.
2 巧取倒数解方程组
例 2 (1984 年苏州市数学竞赛题)
⎧x = 2z2 /(1 + z2 ),
解方程组
⎪ ⎨
y
=
2x2
/(1
+
x2
),
⎪⎩z = 2 y2 /(1 + y2 ).
.
解 ∵ f (x) 是定义在 R 上的偶函数,
∴ x = 0 是 y = f (x) 对称轴.
又∵ f (1 + x) = f (1 − x) ,
圆锥曲线的光学性质及其应用
圆锥曲线的光学性质及其应用圆锥曲线是平面几何中的重要概念，它具有许多独特的光学性质和应用。
在本文中，我们将探讨圆锥曲线的光学性质以及其在现实生活中的应用。
一、圆锥曲线的基本概念圆锥曲线是由平面上的一根直线和一个点所决定的曲线。
根据直线和点的位置关系，圆锥曲线可以分为椭圆、双曲线和抛物线三种类型。
椭圆是一种闭合曲线，它的定义是到两个定点的距离之和等于常数的点的集合。
双曲线是一种开放曲线，它的定义是到两个定点的距离之差等于常数的点的集合。
而抛物线是一种开放曲线，它的定义是到一个定点的距离等于到一条直线的距离的点的集合。
二、圆锥曲线的光学性质1.焦点和直径椭圆和双曲线都有焦点和直径的概念。
焦点是曲线上所有点到定点的距离之和等于常数的点的集合，而直径则是通过焦点的直线段。
焦点和直径是圆锥曲线的重要特征，它们在光学系统中有着重要的作用。
2.反射性质圆锥曲线具有良好的反射性质，它们可以将光线聚焦或者发散。
椭圆和双曲线可以将平行光线聚焦到焦点上，这种性质被应用在椭圆和双曲线反射镜中。
而抛物线则具有将入射光线聚焦到焦点上的性质，这种性质在抛物面反射镜中有着广泛的应用。
3.折射性质圆锥曲线也具有良好的折射性质，它们可以将光线聚焦或者发散。
这种性质被应用在折射镜和透镜中，可以用来调节光线的聚焦和散射。
4.散焦性质圆锥曲线还具有散焦性质，这种性质在光学系统中有着重要的应用。
椭圆和双曲线反射镜可以将平行光线聚焦到焦点上，这种性质被应用在望远镜和激光器中。
而抛物线反射镜可以将平行光线聚焦到焦点上，并使其散开成平行光线，这种性质被应用在卫星天线和抛物面反射镜中。
三、圆锥曲线在现实生活中的应用1.光学系统圆锥曲线在许多光学系统中有着重要的应用，例如望远镜、显微镜、相机镜头等。
这些光学系统都利用了圆锥曲线的焦距和聚焦性质，来实现光线的聚焦和成像。
2.通讯设备圆锥曲线也被广泛应用在通讯设备中，例如卫星天线和天线反射器。
这些设备利用了抛物线反射镜的散焦性质，来实现对信号的接收和发送。
一、圆锥曲线的光学性质及其应用
历史上第一个考查圆锥曲线的是梅纳库莫斯（公 元前375年—325年）；大约100年后，阿波罗尼奥更 详尽、系统地研究了圆锥曲线。他们两位对圆锥曲线 的研究是很实在的：考察不同倾斜角的平面截圆锥其 切口所得到的曲线，也就是说如果切口与底面所夹的 角小于母线与底面所夹的角，则切口呈现椭圆；若两 角相等，则切口呈现抛物线；若前者大于后者，则切 口呈现双曲线。并且阿波罗尼奥还进一步研究了这些 圆锥曲线的光学性质，比如椭圆，他发现如果把椭圆 焦点F一侧做成镜面，并在F处放置光源，那么经过椭 圆镜反射的光线全部通过另一个焦点F。热也和光一 样发生反射，所以这时便会被烤焦，这也就是焦点名 称的由来。
圆锥曲线的由来
据说这一发现是他在研究椭圆的作法（也就是现行教 材中一开始介绍的作法）时得出的。
而圆锥曲线真正从后台走上前台，从学术的象牙塔中进 入现实生活的世界里，应归功于德国天文学家开普勒（公 元1571年—1630年），开普勒在长期的天文观察及对记录 的数据分析中，发现了著名的“开普勒三定律”，其中第 一条是：“行星在包含太阳的平面内运动，划出以太阳为 焦点的椭圆”，就这样，梅纳库莫斯和阿波罗尼奥出于数 学爱好而研究的曲线在近2000年之后于天文学的舞台上登 场了。后来哈雷又利用圆锥曲线理论及计算方法准确地预 测到哈雷慧星与地球最近点的时刻，1758年在哈雷逝世16 年之后，哈雷慧星与地球如期而遇，
四个探究问题
1.抛物线有渐近线吗？为什么？
2.你能证明圆锥曲线的光学性质吗？
3.切口与底面所夹的角小于母线与底面所夹的角， 则切口呈现椭圆； 若两角相等，则切口呈现抛物线； 若前者大于后者，则切口呈现双曲线。 那么切口与底面所夹的角有没有方法确定出来吗？
4.为什么用平面截圆锥或圆柱会得到 截口图形是椭圆呢？ 提示：教材P42探究与发现
圆锥曲线的光学性质及其应用
圆锥曲线的光学性质及其应用Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】圆锥曲线的光学性质及其应用尹建堂一、圆锥曲线的光学性质圆锥曲线的光学性质源于它的切线和法线的性质，因而为正确理解与掌握其光学性质，就要掌握其切线、法线方程的求法及性质。
设P（）为圆锥曲线（A、B、C不同时为零）上一定点，则在该点处的切线方程为：。
（该方程与已知曲线方程本身相比，得到的规律就是通常所说的“替换法则”，可直接用此法则写出切线方程）。
该方程的推导，原则上用“△法”求出在点P处的切线斜率，进而用点斜式写出切线方程，则在点P处的法线方程为。
1、抛物线的切线、法线性质经过抛物线上一点作一条直线平行于抛物线的轴，那么经过这一点的法线平分这条直线和这一点的焦半径的夹角。
如图1中。
事实上，设为抛物线上一点，则切线MT的方程可由替换法则，得，即，斜率为，于是得在点M处的法线方程为令，得法线与x轴的交点N的坐标为，所以又焦半径所以，从而得即当点M与顶点O重合时，法线为x轴，结论仍成立。
所以过M的法线平分这条直线和这一点的焦半径的夹角。
也可以利用点M处的切线方程求出，则，又故，从而得也可以利用到角公式来证明抛物线的这个性质的光学意义是：“从焦点发出的光线，经过抛物线上的一点反射后，反射光线平行于抛物线的轴”。
2、椭圆的切线、法线性质经过椭圆上一点的法线，平分这一点的两条焦点半径的夹角。
如图2中证明也不难，分别求出，然后用到角公式即可获证。
椭圆的这个性质的光学意义是：“从椭圆的一个焦点发出的光线，经过椭圆反射后，反射光线交于椭圆的另一个焦点上”。
3、双曲线的切线、法线性质经过双曲线上一点的切线，平分这一点的两条焦点半径的夹角，如图3中。
仍可利用到角公式获证。
这个性质的光学意义是：“从双曲线的一个焦点发出的光线，经过双曲线反射后，反射光线是散开的，它们就好像是从另一个焦点射出的一样”。
二、圆锥曲线光学性质的应用光学性质在生产和科学技术上有着广泛地应用。
一个探究型教学案例——圆锥曲线的光学性质及其应用
一个探究型教学案例——圆锥曲线的光学
性质及其应用
圆锥曲线是一种很常见的几何形状，它以圆弧作为两个一次曲线的连接，可以将一个圆的面积划分成两个部分。
圆锥曲线的光学性质是指它的特殊的光学特性，这些特性可以用来提高光学系统的性能。
圆锥曲线的光学性质有以下几点：
一、圆锥曲线能够减少反射：圆锥曲线的特殊几何形状可以有效减少光的反射，减少光线的反射和衍射，从而提高光学系统的性能。
二、圆锥曲线能够改变光线的传播方向：圆锥曲线可以改变光线的传播方向和轴向度，使光线在一个方向上传播，从而提高光学系统的性能。
三、圆锥曲线能够提高视觉效果：圆锥曲线可以改变光线的传播方向，使光线能够有效地照射到视网膜，从而提高视觉效果。
四、圆锥曲线能够提高照明效果：圆锥曲线可以改变光线的轴向度，使光线能够有效地照射到物体，从而提高照明效果。
综上所述，圆锥曲线的光学性质可以提高光学系统的性能，改善视觉效果和照明效果，因此圆锥曲线在光学系统中有着广
泛的应用。
如手机摄像头的镜头，电视机的投射镜头等，都是利用圆锥曲线的特性来提高光学系统的性能。
圆锥曲线的光学性质及其应用是一个很有趣的探究课题，可以让学生对光学有一个更深刻的认识，更加了解其光学性质及其应用，从而提高学生对光学的理解和把握。
本课题可以采用问题导向式教学模式，让学生根据问题提出的线索，进行逻辑思维、分析思维和探究过程，从而有效地掌握和研究圆锥曲线的光学性质及其应用。
圆锥曲线的光学性质及其应用
圆锥曲线的光学性质及其应用圆锥曲线是数学中的一个重要概念，同时也在光学中具有重要的应用。
圆锥曲线主要包括圆、椭圆、双曲线和抛物线四种类型，它们分别具有不同的光学性质和应用。
在本文中，我们将重点讨论圆锥曲线的光学性质以及在光学中的应用。
圆锥曲线的光学性质：1.圆的光学性质：圆是圆锥曲线中最简单的一种，它具有很多独特的光学性质。
首先，圆在光学中常常被用来制造透镜，因为透镜的表面如果是一个圆的话，它所成的光学系统具有对称性，从而更容易设计和分析。
此外，圆形透镜在成像方面也具有良好的性能，能够产生清晰的像。
因此，在光学仪器中，圆形透镜常常被广泛应用。
2.椭圆的光学性质：椭圆在光学中也有着重要的应用，其光学性质也有一些独特之处。
椭圆的主轴和次轴可以分别用来表示椭圆的长短轴，而长轴和短轴的长度比称为离心率。
当光线射入椭圆形物体并经过反射或折射之后，光线在不同的轴上会有不同的偏折角度，这种特性被广泛应用在光学成像系统中，可以通过椭圆的几何形状和焦距来调节成像的特性。
3.双曲线的光学性质：双曲线在光学中被广泛应用于反射望远镜和反射望远镜，因为双曲线与焦点的对应特性可以使得望远镜获得更高的像质。
双曲线的两支分别称为实轴和虚轴，实轴是双曲线的对称轴，一般用来作为光学系统的主轴，而虚轴则被用来计算真实焦距和成像位置。
4.抛物线的光学性质：抛物线在光学中也有着广泛的应用，它的光学性质与其他圆锥曲线略有不同。
抛物线有着类似于双曲线的实轴和虚轴，但其焦点与焦距的关系更为简单。
抛物线也常常被用来制造反射望远镜和摄影镜头，因为抛物线的特性可以使得成像更加清晰和稳定。
圆锥曲线在光学中的应用：1.光学成像系统：圆锥曲线在光学成像系统中有着广泛的应用，例如在摄影镜头、反射望远镜、显微镜等光学仪器中都有着圆锥曲线的身影。
不同的圆锥曲线可以被用来调节成像系统的特性，例如椭圆和双曲线可以被用来调节成像的清晰度和虚焦，而抛物线则可以被用来获得更加稳定和清晰的成像效果。
一、圆锥曲线的光学性质及其应用-人教A版选修2-1教案
一、圆锥曲线的光学性质及其应用-人教A版选修2-1教案一、圆锥曲线的定义圆锥曲线是指在平面直角坐标系中，一个圆锥侧面被一个平面所截得的曲线，它包括三种类型：椭圆、双曲线和抛物线。
二、圆锥曲线的光学性质1. 椭圆的光学性质椭圆是对光线最有用的，因为它的平面镜像完美呈现。
这的确使它成为一种有用的光学形状，能够聚焦平行的光线。
椭圆形可以将光线聚到一个焦点上，焦点也可以在椭圆的另一侧。
光线与椭圆的长轴平行，则经过椭圆后聚焦到焦点上。
光线与椭圆的短轴平行，则经过椭圆后聚焦到焦点的对侧。
2. 双曲线的光学性质可以利用双曲线将光线聚焦到一点上。
这是一个非常重要的特性，因为这在许多光学设备中都得到应用，如天文望远镜和摄影望远镜等。
双曲线的光学性质是焦点成对出现，其中一个为真实焦点，另一个为虚点。
当光线平行于双曲线的一条渐近线时，经过双曲线后就会聚焦到真实焦点上；当光线穿过双曲线的另一条渐近线时，经过双曲线后就会发散。
3. 抛物线的光学性质抛物线形可以将光线聚到一个焦点上，这种光学性质在从点光源发出的光线聚焦到一个点上的情况下被广泛应用。
抛物线的焦点在抛物线的对称轴上，与焦点距离为顶点到焦点的距离，这个距离被称为焦距。
对于发散光线，抛物线会使光线变得平行；对于汇聚光线，则在焦点处到达聚焦状态。
三、圆锥曲线的应用1. 圆锥曲线在望远镜中的应用望远镜是一种典型的利用圆锥曲线的光学仪器。
在折射望远镜中，主反射面和次反射面通常以椭圆、抛物线和双曲线的形状构成，并且采用这些曲线会使聚焦更加精确。
椭圆和双曲线曲面反射镜因具有纵、横焦距而具对焦范围更广，因此常用于望远镜的主反射面中。
抛物面镜更具有高度的球面照准精确度标准，因此常用于摄影望远镜中。
2. 圆锥曲线在卫星通信中的应用圆锥曲线也可用于卫星通信中，这是因为这些曲线可以用来描述无线电波的广角和狭窄角信号。
抛物线反射面可以用来聚集天线所发出的光，以便将其收集到接收器中。
3. 圆锥曲线在太阳能热能利用中的应用太阳能热能利用是一种有效的太阳能利用方式，可以充分利用可再生的太阳能资源。
圆锥曲线的光学性质及其应用
圆锥曲线的光学性质及其应用圆锥曲线是平面解析几何中的重要概念，它包括椭圆、双曲线和抛物线。
在光学领域，圆锥曲线具有重要的光学性质，并且在光学器件的设计和应用中扮演着重要的角色。
本文将详细介绍圆锥曲线的光学性质及其应用，以加深对该领域的理解。
一、椭圆的光学性质及其应用椭圆是一种闭合的曲线，它具有一些独特的光学性质。
首先，椭圆具有两个焦点，这意味着从一个焦点发出的光线将会在另一个焦点聚焦。
这种特性使得椭圆在激光器、望远镜等光学器件中得到了广泛的应用。
另外，椭圆还具有折射和反射的特性，因此在光学透镜和反射镜的设计中也有着重要的作用。
二、双曲线的光学性质及其应用双曲线是一种开放的曲线，它同样具有一些独特的光学性质。
首先，双曲线也具有两个焦点，但与椭圆不同的是，光线会从一个焦点经过另一个焦点而无法聚焦。
这种特性使得双曲线在望远镜、摄影镜头等光学器件中得到了广泛的应用。
另外，双曲线还具有强大的能量聚焦能力，因此在激光器、微波天线等领域有着重要的应用。
三、抛物线的光学性质及其应用抛物线是一种特殊的曲线，它具有一条渐近线和一个焦点。
抛物线在光学领域中有着广泛的应用，其中最典型的应用就是抛物面反射器。
这种器件能够将从一个焦点发出的光线聚焦到另一个焦点，因此在卫星通信、激光雷达等领域得到了广泛的应用。
此外，抛物线反射器还被应用在太阳能收集器、天线设计等领域。
四、圆锥曲线在光学器件中的应用圆锥曲线在光学器件中有着广泛的应用，例如激光器、望远镜、摄影镜头、卫星通信、激光雷达等领域。
这些器件都是依靠圆锥曲线的光学性质来达到特定的功能。
随着科学技术的不断发展，圆锥曲线的光学性质也得到了更深入的研究和应用，为光学领域的发展带来了新的机遇和挑战。
总的来说，圆锥曲线具有着丰富的光学性质，它在光学器件的设计和应用中发挥着重要的作用。
通过对圆锥曲线的深入研究，可以更好地理解光学现象，并且为新型光学器件的设计提供理论支持。
希望本文能够对圆锥曲线的光学性质及其应用有所了解，同时也能够为相关领域的研究和发展提供一定的参考价值。
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圆锥曲线的光学性质及其应用
尹建堂
一、圆锥曲线的光学性质
圆锥曲线的光学性质源于它的切线和法线的性质，因而为正确理解与掌握其光学性质，就要掌握其切线、法线方程的求法及性质。
设P（）为圆锥曲线（A、B、C不同时为零）上一定点，则在该点处的切线方程为：。
（该方程与已知曲线方程本身相比，得到的规律就是通常所说的“替换法则”，可直接用此法则写出切线方程）。
该方程的推导，原则上用“△法”求出在点P处的切线斜率，进而用点
斜式写出切线方程，则在点P处的法线方程为。
1、抛物线的切线、法线性质
经过抛物线上一点作一条直线平行于抛物线的轴，那么经过这一点的法线平分这条直线和这一点的焦半径的夹角。
如图1中。
事实上，设为抛物线上一点，则切线MT的方程可由替换法则，得，即，斜率为，于是得在点M处的法线方程为令，得法线与x轴的交点N的坐标为，
所以
又焦半径
所以，从而得即
当点M与顶点O重合时，法线为x轴，结论仍成立。
所以过M的法线平分这条直线和这一点的焦半径的夹角。
也可以利用点M处的切线方程求出，则，又故
，从而得
也可以利用到角公式来证明
抛物线的这个性质的光学意义是：“从焦点发出的光线，经过抛物线上的一点反射后，反射光线平行于抛物线的轴”。
2、椭圆的切线、法线性质
经过椭圆上一点的法线，平分这一点的两条焦点半径的夹角。
如图2中
证明也不难，分别求出，然后用到角公式即可获证。
椭圆的这个性质的光学意义是：“从椭圆的一个焦点发出的光线，经过椭圆反射后，反射光线交于椭圆的另一个焦点上”。
3、双曲线的切线、法线性质
经过双曲线上一点的切线，平分这一点的两条焦点半径的夹角，如图3中。
仍可利用到角公式获证。
这个性质的光学意义是：“从双曲线的一个焦点发出的光线，经过双曲线反射后，反射光线是散开的，它们就好像是从另一个焦点射出的一样”。
二、圆锥曲线光学性质的应用
光学性质在生产和科学技术上有着广泛地应用。
这里仅举例说明这些光学性质在解圆锥曲线的有关问题中的应用。
应用圆锥曲线光学性质解题，特别是切线问题是十分方便的。
其间要注意一个基本关系式的应用，即“过投射点的曲线的切线与入射线、反射线成等角”。
如图4，MN切曲线C于点P，则∠APM＝∠BPN。
这是很容易由物理学的“入射角等于反射角”及平面几何中“等角的余角相等来证明的。
例1 求证：椭圆和双曲线在交点处的切线互相垂直。
分析：如图5，用圆锥曲线光学性质证明∠1＋∠3＝90°即可。
证明：如图5，两曲线的公共焦点，设P为两曲线的一个交点，PQ、PR分别为椭圆、双曲线的切线，连，并延长，由椭圆光学性质，推得∠1＝∠2；由双曲线光学性质，得∠3＝∠4。
又∠2＝∠5，∠4＝∠6（对顶角相等），
所以∠1＝∠5，∠3＝∠6（等量代换）。
又∠1＋∠3＋∠5＋∠6＝180°，
所以∠1＋∠3＝90°，即PQ⊥PR，命题得证。
评注：（1）本题也可采用代数运算证出的方法来证明，但比较复杂。
这里采用光学性质证明法则直观简捷。
（2）由本题得到一个一般性命题：焦点相同的一个椭圆与一双曲线在交点处的切线互相垂直，于是有定义：两圆锥曲线在交点处的两条切线互相垂直，叫做这两曲直交。
例2 如图6，已知是椭圆的焦点，分别是在椭圆任一切线CD上的射影。
（1）求证：为定值；（2）求的轨迹方程。
分析：（1）欲证为定值，即证为定值（由光学性质推得），从而知应用余弦定理于即可获证。
）（2）求出分别为定值即知其轨迹，易得轨迹方程。
证明：（1）设Q为切线，由椭圆光学性质推知设为，则
所以
又，则在中，
则
所以为常数，即定值。
（2）设点O在CD上的射影为M，则OM是直角梯形的中位线，于是有。
在中，
同理
所以的轨迹是以O为圆心，a为半径的圆，其方程为
例3 设抛物线的焦点为F，以F与A（4，4）为焦点作椭圆，使其与已知抛物线有公共点（如图7），当长轴最短时，求椭圆方程。
分析：求解的关键是光线FP的反射线PA平行于x轴。
解：设以点A（4，4）、F（4，0）为焦点的椭圆为（a为长半轴长）。
①
再设P 为抛物线与椭圆的公共点，
由椭圆第一定义知：
②
即长轴长2a等于抛物线上一点P到两定点A、F距离之和，若2a最小，当且仅当椭圆与抛物线相切。
此时，由圆锥曲线的光学性质知，光线FP的反射线PA平行于x轴。
所以P（1，4）。
由②知
所以所求的椭圆方程为
例4 如图8，已知探照灯的轴截面是抛物线，平行于对称轴的光线于此抛物线上的入射点、反射点分别为P、Q，设点P的纵坐标为，当a为何值时，从入射点P到反射点Q的路程PQ最短？
分析：设，由抛物线光学性质知PQ过焦点，故可用弦长公式建立目标函数，求出最小值条件a即可。
解：由抛物线光学性质知光线PQ必过其焦点，设点，则直线PQ的方程为
①
将方程代入①，消去x，得
或
故知点Q坐标为
则
当且仅当，即时，等号成立。
此刻，即当时，亦即入射点、反射点时最短，过时P、Q恰好关于x轴对称。