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圆锥曲线的光学性质及其应用VIP免费

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圆锥曲线的光学性质及其应用 尹建堂 一、圆锥曲线的光学性质 圆锥曲线的光学性质源于它的切线和法线的性质,因而为正确理解与掌握其光学性质,就要掌握其切线、法线方程的求法及性质。 设P()为圆锥曲线(A、B、C 不同时为零)上一定点,则在该点处的切线方程为: 。(该方程与已知曲线方程本身相比,得到的规律就是通常所说的“替换法则”,可直接用此法则写出切线方程)。 该方程的推导,原则上用“△法”求出在点P 处的切线斜率,进而用点斜 式 写 出 切线方程,则在点P处的法线方程为 。 1、抛物线的切线、法线性质 经过抛物线上一点作一条直线平行于抛物线的轴,那么经过这一点的法线平分这条直线和这一点的焦半径的夹角。如图 1 中。 事实上,设为抛物线上一点,则切线MT 的方程可由替换法则,得,即,斜率为,于是得在点M 处的法线方程为 令,得法线与x轴的交点N 的坐标为, 所以 又焦半径 所以,从而得即 当点M 与顶点O 重合时,法线为x轴,结论仍成立。 所以过M 的法线平分这条直线和这一点的焦半径的夹角。 也可以利用点M 处的切线方程求出,则,又故,从而得 也可以利用到角公式来证明 抛物线的这个性质的光学意义是:“从焦点发出的光线,经过抛物线上的一点反射后,反射光线平行于抛物线的轴”。 2、椭圆的切线、法线性质 经过椭圆上一点的法线,平分这一点的两条焦点半径的夹角。如图 2 中 证明也不难,分别求出,然后用到角公式即可获证。 椭圆的这个性质的光学意义是:“从椭圆的一个焦点发出的光线,经过椭圆反射后,反射光线交于椭圆的另一个焦点上”。 3、双曲线的切线、法线性质 经过双曲线上一点的切线,平分这一点的两条焦点半径的夹角,如图 3 中。仍可利用到角公式获证。 这个性质的光学意义是:“从双曲线的一个焦点发出的光线,经过双曲线反射后,反射光线是散开的,它们就好像是从另一个焦点射出的一样”。 二、圆锥曲线光学性质的应用 光学性质在生产和科学技术上有着广泛地应用。这里仅举例说明这些光学性质在解圆锥曲线的有关问题中的应用。 应用圆锥曲线光学性质解题,特别是切线问题是十分方便的。其间要注意一个基本关系式的应用,即“过投射点的曲线的切线与入射线、反射线成等角”。如图4,MN 切曲线C 于点P,则∠APM=∠BPN。这是很容易由物理学的“入射角等于反射角”及平面几何中“等角的余角相等来证明的。 例1 求证:椭圆和双曲线在交点处的切线互...

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