点与圆、直线与圆位置关系判定

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💡 例题

1

椭圆的方程为

x225+y29=1\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{9} = 1

,其图像如下图所示。弦AB\overline{AB}经过椭圆的一个焦点FF。若AF=32,AF = \frac{3}{2},,求BF.BF.

已知椭圆中,a=5a = 5b=3,b = 3,,所以c=a2b2=4.c = \sqrt{a^2 - b^2} = 4.。可取F=(4,0).F = (4,0).

A=(x,y).A = (x,y).,则x225+y29=1\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{9} = 1,且

(x4)2+y2=(32)2=94.(x - 4)^2 + y^2 = \left( \frac{3}{2} \right)^2 = \frac{9}{4}.

x225+y29=1,\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{9} = 1,中的y2y^2,得

y2=2259x225.y^2 = \frac{225 - 9x^2}{25}.

代入得

(x4)2+2259x225=94.(x - 4)^2 + \frac{225 - 9x^2}{25} = \frac{9}{4}.

化简为64x2800x+2275=0,64x^2 - 800x + 2275 = 0,,因式分解为(8x65)(8x35)=0.(8x - 65)(8x - 35) = 0.。由于x5,x \le 5,,故x=358.x = \frac{35}{8}.。于是

(35/8)225+y29=1.\frac{(35/8)^2}{25} + \frac{y^2}{9} = 1.

解得y2=13564,y^2 = \frac{135}{64},,所以y=1358=±3158.y = \frac{\sqrt{135}}{8} = \pm \frac{3 \sqrt{15}}{8}.。可取y=3158.y = \frac{3 \sqrt{15}}{8}.

因此,直线ABAB的斜率为

31583584=15,\frac{\frac{3 \sqrt{15}}{8}}{\frac{35}{8} - 4} = \sqrt{15},

,其方程为

y=15(x4).y = \sqrt{15} (x - 4).

要求B,B,,将上式代入椭圆方程,得

x225+15(x4)29=1.\frac{x^2}{25} + \frac{15 (x - 4)^2}{9} = 1.

化简为128x21000x+1925=0.128x^2 - 1000x + 1925 = 0.。虽然可尝试因式分解,但我们知道x=358x = \frac{35}{8}是一个解(因为这是求直线与椭圆的交点,而AA是其中一个交点)。由韦达定理,另一个解为

x=1000128358=5516.x = \frac{1000}{128} - \frac{35}{8} = \frac{55}{16}.

于是y=15(x4)=91516.y = \sqrt{15} (x - 4) = -\frac{9 \sqrt{15}}{16}.。因此,

BF=(55164)2+(91516)2=94.BF = \sqrt{ \left( \frac{55}{16} - 4 \right)^2 + \left( -\frac{9 \sqrt{15}}{16} \right)^2} = \boxed{\frac{9}{4}}.
2

椭圆x216+y2b2=1\frac{x^2}{16} + \frac{y^2}{b^2} = 1的焦点与双曲线

x2144y281=125\frac{x^2}{144} - \frac{y^2}{81} = \frac{1}{25}

的焦点重合。求b2.b^2.

  1. 双曲线方程可写为
x2144/25y281/25=1,\frac{x^2}{144/25} - \frac{y^2}{81/25} = 1,

,因此双曲线中a=125a = \frac{12}{5}b=95.b = \frac{9}{5}.。 2. 于是

c=a2+b2=14425+8125=3.c = \sqrt{a^2 + b^2} = \sqrt{\frac{144}{25} + \frac{81}{25}} = 3.

,所以双曲线的焦点在(±3,0).(\pm 3,0).。 3. 椭圆中a2=16,a^2 = 16,,因此

b2=a2c2=169=7.b^2 = a^2 - c^2 = 16 - 9 = \boxed{7}.

✏️ 练习

1
x2a2+y2b2=1\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1

的图像焦点在(0,±4),(0,\pm 4),,而

x2a2y2b2=1\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2} = 1

的图像焦点在(±6,0).(\pm 6,0).。求ab.|ab|.的值。

2

一个等边三角形PQRPQR内接于椭圆x2a2+y2b2=1,\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1,,其中顶点QQ位于(0,b),(0,b),,边PR\overline{PR}平行于xx轴,如下图所示。椭圆的两个焦点F1F_1F2F_2分别落在边QR\overline{QR}PQ,\overline{PQ},上。求PQF1F2.\frac{PQ}{F_1 F_2}.

3

椭圆

x2a2+y2b2=1\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1

的焦点在(0,±4),(0,\pm 4),,双曲线

x2a2y2b2=1\frac{x^2}{a^2}-\frac{y^2}{b^2} = 1

的焦点在(±6,0).(\pm 6,0).。求ab.|ab|.的值。