问题 解答题
我们知道,判断直线与圆的位置关系可以用圆心到直线的距离进行判别,那么直线与椭圆的位置关系有类似的判别方法吗?请同学们进行研究并完成下面问题.
(1)设F1、F2是椭圆M:
x2
25
+
y2
9
=1
的两个焦点,点F1、F2到直线L:
2
x-y+
5
=0的距离分别为d1、d2,试求d1•d2的值,并判断直线L与椭圆M的位置关系.
(2)设F1、F2是椭圆M:
x2
a2
+
y2
b2
=1
(a>b>0)的两个焦点,点F1、F2到直线L:mx+ny+p=0(m、n不同时为0)的距离分别为d1、d2,且直线L与椭圆M相切,试求d1•d2的值.
(3)试写出一个能判断直线与椭圆的位置关系的充要条件,并证明.
(4)将(3)中得出的结论类比到其它曲线,请同学们给出自己研究的有关结论(不必证明).
答案

(1)d1d2=

|-4
2
+
5
|
3
|-4
2
-
5
|
3
=9
; …(2分)

联立方程

x2
25
+
y2
9
=1
2
x-y+
5
=0
,消去y得关于x的方程:59x 2+50 
10
x-100=0
; …(3分)

△=(50

10
) 2+4×59×100>0,因此直线L与椭圆M相交.…(4分)

(2)联立方程组

x2
25
+
y2
9
=1
mx+ny+p=0
,消去y可得(a2m2+b2n2)x2+2a2mpx+a2(p2-b2n2)=0…(*)…(6分)

∴△=(2a2mp)2-4a2(a2m2+b2n2)(p2-b2n2)=4a2b2n2(a2m2+b2n2-p2)=0

∴p2=a2m2+b2n2…(8分)

∵椭圆的焦点为:F1(-c,0),F2(c,0),其中c2=a2-b2

d1d2=

|-mc+p|
m2+n2
|mc+p|
m2+n2
=
|p2-m2c2|
m2 +n2

=

|a 2m2+b 2n 2m2c2|
m2 +n2
=b2…(10分)

(3)设F1、F2是椭圆M:

x2
a2
+
y2
b2
=1(a>b>0)的两个焦点,

点F1、F2到直线L:mx+ny+p=0(m、n不同时为零)的距离分别为d1、d2,且F1、F2在直线L的同侧.

那么直线L与椭圆相交的充要条件为:d1d2<b2

直线L与椭圆M相切的充要条件为:d1d2=b2

直线L与椭圆M相离的充要条件为:d1d2>b2 …(14分)

证明:由(2)得,直线L与椭圆M相交⇔(*)中△>0⇔p2<a2m2+b2n2

d1d2=

|-mc+p|
m2+n2
|mc+p|
m2+n2
=
|p2-m2c2|
m2 +n2
|a 2m2+b 2n 2m2c2|
m2 +n2
=b2

同理可证:直线L与椭圆M相离⇔d1d2>b2;直线与椭圆相切⇔d1d2=b2…(16分).命题得证.

(写出其他的充要条件仅得(2分),未指出“F1、F2在直线L的同侧”得3分)

(4)可以类比到双曲线:设F1、F2是双曲线M:

x 2
a 2
-
y 2
b 2
=1(a>0,b>0)的两个焦点,

点F1、F2到直线L:mx+ny+p=0(m、n不同时为零)距离分别为d1、d2,且F1、F2在直线L的同侧.

那么直线L与双曲线相交的充要条件为:d1d2<b2

直线L与双曲线M相切的充要条件为:d1d2=b2

直线L与双曲线M相离的充要条件为:d1d2>b2.…(20分)

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