培优点10极点、极线
重点解读“极点、极线”是射影几何中的内容,不属于高考考查的范围,但极点、极线是圆锥曲线的一种基本特征,蕴含了很多圆锥曲线的重要性质,自然成为命题人命题的背景知识和方向,可以肯定的是以“极点、极线”为背景的考题是出题人思维中的定势方向.
题型一极点与极线
1.极点与极线的定义
过点P(x0,y0)的动直线交圆锥曲线于A,B两点,过A,B的切线交点的轨迹叫做点P关于圆锥曲线的极线,点P叫做相应于此极线的极点,简称极.
一个极点与其对应的极线称作一对配极元素,它们之间的关系称作一对配极关系.
2.极点、极线与圆锥曲线的位置关系
如图(1),若极点P在圆锥曲线外,则相应的极线l与点P的切点弦重合,即相应的极线l是由点P向圆锥曲线所引的两条切线的切点弦所在直线,极线l与圆锥曲线有两个交点;
如图(2),若极点P在圆锥曲线内,则极线l是圆锥曲线经过点P的弦的两端点处的两条切线交点的轨迹,此时,极线l与圆锥曲线相离,它们无交点;
如图(3),若极点P在圆锥曲线上,则相应的极线l与在点P处的切线重合,即相应的极线l就是圆锥曲线在点P处的切线,极线l与圆锥曲线有唯一交点.
例1(多选)已知点P是异于原点的一点,则下列关于极线方程的说法中,正确的是()
A.已知点P(x0,y0)和圆C:x2+y2=r2,则关于点P的极线方程为x0x+y0y=r2
B.已知点P(x0,y0)在椭圆x2a2+y2b2=1(ab
C.对于双曲线x2a2-y2b2=1,与点P(x0
D.对于抛物线y2=2px,若点Pp2
答案ABD
解析对于A,点P与圆的位置关系有三种,不妨设点P(x0,y0)在圆C的外部,
两切点分别为T1(x1,y1),T2(x2,y2),
两条切线的方程分别为xix+yiy=r2(i=1,2),
∵P(x0,y0)在切线上,∴x0x1+y0y1=r2,
x0x2+y0y2=r2,
∴T1(x1,y1),T2(x2,y2)在直线x0x+y0y=r2上,由两点确定一条直线知直线T1T2的方程为x0x+y0y=r2,A正确;
对于B,极线l与椭圆相交,且为由点P向椭圆所引两条切线的切点弦所在直线,设两切点分别为
A(x3,y3),B(x4,y4),两条切线的方程分别为
lPA:x3xa2+y3yb2
∵P(x0,y0)在切线上,∴x
即点A(x3,y3),B(x4,y4)均满足x0xa
故切点弦AB所在直线方程,即为点P相应的极线方程,为x0xa2+
对于C,证明方法同椭圆,
可得极线方程为x0xa2-
对于D,由阿基米德三角形的性质可知D正确.
思维升华(1)一般地,若圆M:(x-a)2+(y-b)2=r2,P(x0,y0)是圆外一点(极点),则过点P(x0,y0)的圆M的切点弦(极线)的方程是(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r2.
(2)从代数角度看,在圆锥曲线方程中,以x0x替换x2,以x0y+y0x2替换xy,以y0y替换y2,以x0+x2替换x,以y0+
(3)从几何角度看,如图,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并延长,延长线交于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称为自极三角形.
跟踪训练1过椭圆C:x225+y29=1内一点M(3,2),作直线AB与椭圆交于点A,B,作直线CD与椭圆交于点C,D,过A,B分别作椭圆的切线交于点P,过C,D分别作椭圆的切线交于点Q
答案3x25
解析方法一由题意知直线PQ为点M关于椭圆C的极线,所以直线PQ的方程为3x25
方法二由题意设P(x1,y1),Q(x2,y2).
则直线AB为点P关于椭圆C的极线,
其方程为x1x
又M(3,2)在直线AB上,
所以3x125+2
同理3x225+2
由①②可得直线PQ的方程是3x25
题型二极点与极线的性质及应用
例2在平面直角坐标系Oxy中,如图所示,已知椭圆x29+y25=1的左、右顶点分别为A,B,右焦点为F.设过点T(t,m)的直线TA,TB与此椭圆分别交于点M(x1,y1),N(x2,y2),其中m0,y
(1)设动点P满足|PF|2-|PB|2=4,求点P的轨迹;
(2)设t=9,求证:直线MN必过x轴上的一定点(其坐标与m无关),并求出该定点的坐标.
解(1)由题设得,A(-3,0),B(3,0),F(2,0),
设动点P(x,y),
由|PF|2=(x-2)2+y2,
|PB|2=(x-3)2+y2,|PF|2-|PB|2=4,
代入化简得x=92.故点P的轨迹为直线x=9