浅谈仿射变换在解决椭圆问题中的应用文[1]介绍了在解决椭圆的某些综合问题时,可以利用仿射变换的办法,把椭圆变换为圆来进行讨论,会使得问题的解决过程变得简化
笔者也结合自身的教学与解题实践,通过几道例题,浅谈一下仿射变换在解决椭圆综合问题中的一些用法
例 1 已知椭圆,为坐标原点,为椭圆右顶点,若椭圆上存在点(异于点),使得,则椭圆离心率的取值范围为________
分析 此题中的点满足,即点在以为直径的圆上,也即椭圆与以为直径的圆有不同于点的公共点
利用仿射变换将椭圆变换为圆,点变换为点,则点与点的纵坐标之比即为椭圆短半轴与长半轴之比
解 作仿射变换,令,可得仿射坐标系,在此坐标系中,上述椭圆变换为圆,原坐标系中以为直径的圆的方程为,则,不难求得椭圆离心率
说明 此题解法较多,用别的方法也不难求得本题的结果,但由上述过程我们看到,仿射变换也为我们提供了一种方便简洁的求解思路
例 2 已知椭圆,分别为椭圆左右焦点,过作两条互相平行的弦,分别与椭圆交于四点,若当两条弦垂直于轴时,点所形成的平行四边形面积最大,则椭圆离心率的取值范围为________
分析 利用仿射变换将椭圆变换为圆,此时四点分别变换为四点,由仿射变换时变换前后对应图形的面积比不变这个性质,故将上述题目中的椭圆变换为圆时,四点所形成的平行四边形面积最大值仍在两条弦与轴垂直时取到,故只需讨论在圆的一条直径上,取关于圆心对称的两点,当为多少时,能使得过的两条互相平行的弦与此直径垂直时刻,与圆的四个交点所形成的面积最大
解 作仿射变换,令,可得仿射坐标系,在此坐标系中,上述椭圆变换为圆,点坐标分别为,过作两条平行的弦分别与圆交于四点
由平行四边形性质易知,三角形的面积为四点所形成的平行四边形面积的,故只需令三角形面积的最大值在弦与轴垂直时取到即可
由文[2]中的结论,易得当时,三角形面积的最大值在弦与轴垂直时取到