高中數學:定比點差法及其應用

一、定比分點

,則稱點為點

、的定比分點.

時,點在線段上,稱為內分點;

)時,點在線段的延長線上,稱為外分點.

定比分點座標公式:若點,,,則點的座標為

二、點差法

點差法其實可以看作是方程的相減,是對方程的一個巧妙的處理。

若點在有心二次曲線

上,則有

兩式作差得

此即有心二次曲線的垂徑定理,可以解決與弦的中點相關的問題.

1、弦的中點

點差法一個妙用:

例1 已知橢圓 ,直線 交橢圓於 兩點, 為 的中點,求證: 為定值。

分析 用常規方法設直線也可以解決,但是計算就很繁雜,在這裡使用點差法。

解 設 , ,

在橢圓上: ,

作差得:

即: ,

因為

所以 ,為定值。

以上結論與弦的中點有關,也稱為垂徑定理。

考慮當橢圓為圓的時候, ,則 , ,正好也符合圓的“垂徑定理”。

在雙曲線中 同樣有類似的結論,但定值為 ,在這裡就不再推導了。

2、弦上的定比分點

當弦上的點不再是中點時,就成了定比分點:

設 , , ,則 點座標可以表示為:

證明 設 , ,化簡可得:

,同理

這時候就出現了 這樣形式的式子。

如果再湊出 ,可能大家就會有點感覺了:

可以將橢圓的方程乘上一個 再作差,得到這樣的式子。

因此我們想到了“定比點差法”這樣的技巧。

例2 已知橢圓 , 在橢圓外,過 作直線 交橢圓於 兩點, 在線段 上且滿足: ,求證:點 在定直線上。

分析 按照以上思路,要出現 和 這樣的式子,很容易想到設 的座標,再表示出 的座標。

解 設 , , ,

則 ,結合圖形得:

則 ,

在橢圓上: ①, ②

得:

,所以 在定直線 上。

下面介紹定比點差法

若點在有心二次曲線上,則有

兩式作差得

這樣就得到了

例7、過異於原點的點

引橢圓的割線,其中點在橢圓上,點是割線上異於的一點,且滿足
.求證:點在直線上.

證明:直接運用定比點差法即可.

設,則有

,設,則有
又因為點在橢圓上,所以有兩式作差得
兩邊同除以,即可得到
命題得證.

例8、已知橢圓,過定點

的直線與橢圓交於兩點(可以重合),求的取值範圍.

解析:設,,則

於是

,於是

又因為點在橢圓上,所以有

兩式相減得

將(1)代入(2)中得到

由(1)(3)解得

從而解得的取值範圍為

,於是的取值範圍為

例9、

為橢圓的左、右焦點,為橢圓上任意一點,直線分別交橢圓於異於的點、,若
,求證:

證明:設,,,則於是有

又由點在橢圓上得到
兩式相減得從而有
結合(4)式可解得同理可得
結合(5)式得到於是有
整理得,命題得證.

例10、已知橢圓,點

,過點作橢圓的割線,為關於
軸的對稱點.求證:直線恆過定點.

解析:因為三點共線,

三點也共線,且三點都在橢圓上,我們用定比點差法去解決這個問題.

設,,則

,設與軸的交點為,,
,則於是有
由點在橢圓上得
兩式相減得將(2)代入(3)得