例谈导数法求解中点弦问题导数进入中学数学,丰富了中学数学知识和解法,给许多繁难问题提供了一种通用的解题方法,也给许多常规问题的解法提供了新的视角
利用导数解决解析几何中的切线、中点弦问题,正是其中一个方面
一、方法介绍1
利用导数求解切线方程利用导数的几何意义,把二次曲线方程看作: 是 x 的函数,利用复合函数求导法则,可轻松求出切线的斜率
如对圆,两边对 x 求导,则有,所以在切点(m,n)处的切线斜率-
从而求出切线方程是
类似地可轻松求出过椭圆、双曲线、抛物线等曲线上的点的切线方程
利用求导法求解中点弦问题如果以圆、椭圆等图形的中心为中心,按比例缩小图形,则一定存在同类的圆、椭圆等与弦 AB 中点 M 相切(如图 1)
此时缩小的曲线方程如,两边对 x 求导,可发现并不改变原方程求导的结果
因此,利用导数法求中点弦的斜率,就是在中点处的值
图 1二、应用举例1
求中点弦方程例 1
已知双曲线方程,求以 A(2,1)为中点的双曲线的弦所在的直线方程;(2)过点 B(1,1),能否作直线 ,使 与所给双曲线交于 P、Q 两点,且点B 是弦 PQ 的中点
这样的直线如果存在,求出它的方程;如果不存在,说明理由
解:对两边求导,得用心 爱心 专心(1)以 A(2,1)为中点的弦的斜率,所以所求中点弦所在直线方程为(2)以 B(1,1)为中点的弦的斜率,所以所求中点弦所在直线方程为即
但与双曲线方程联立消去 y 得,无实根
因此直线 与双曲线无交点,所以满足条件的直线 不存在
注意:(1)求出的方程只是满足了必要性,还必须验证其充分性,即所求直线与双曲线确实有两个交点
证明与中点弦有关的不等式例 2
已知椭圆,A、B 是椭圆上两点,线段 AB 的垂直平分线与 x 轴交于点 P,求证:
证明:设 AB 的中点是 P(m,n),则中点 P 在椭圆内,所以①对椭圆