利用导数解决解析几何中的切线、中点弦问题,是高中数学繁难问题的一种通用解题方法。

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:

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(1)

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

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(2)

,两边对x求导,则有

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(3)

,所以在切点(m,n)处的切线斜率

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(4)

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(5)

。从而求出切线方程是

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(6)

。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。

2. 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

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(7)

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(8)

,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

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(9)

在中点处的值。

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(10)

图1

应用

1. 求中点弦方程

例1. 已知双曲线方程

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(11)

,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

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(12)

两边求导,得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(13)

(1)以A(2,1)为中点的弦的斜率

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(14)

,所以所求中点弦所在直线方程为

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(15)

(2)以B(1,1)为中点的弦的斜率

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(16)

,所以所求中点弦所在直线方程为

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(17)

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(18)

但与双曲线方程联立消去y得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(19)

,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。

说明:(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。

2. 证明与中点弦有关的不等式

例2. 已知椭圆

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(20)

,A、B是椭圆上两点,线段AB的垂直平分线与x轴交于点P

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(21)

,求证:

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(22)

证明:设AB的中点是P(m,n),则中点P在椭圆内,

所以

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(23)

对椭圆

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(24)

两边求导

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(25)

,得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(26)

故中点弦AB的斜率

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(27)

,所以线段AB的垂直平分线斜率满足:

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(28)

,得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(29)

代入①式得。

3. 求与中点弦有关的轨迹问题

例3. 已知定点A(0,2),椭圆,过A任意引直线与椭圆交于两点P、Q,求线段PQ中点的轨迹方程。

解:设线段PQ的中点为M(x,y)。

对椭圆两边求导,得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(30)

所以

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(31)

的斜率为

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(32)

。又

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(33)

所以

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(34)

化简即得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(35)

(在椭圆内的部分)。

4. 求与中点弦有关的对称问题

例4. 求抛物线上不存在关于直线

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(36)

对称的两点,求m的取值范围。

解:(1)当

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(37)

时,曲线上不存在关于直线对称的两点。

(2)当m≠0时,假设存在关于直线对称的两点,设这两点的中点为A(a,b),则A必在抛物线内,所以

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(38)

。①

对两边求导,得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(39)

,所以中点弦的斜率为

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(40)

。 ②

将点A(a,b)坐标代入得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(41)

由①②③得

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(42)

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(43)

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(44)

恒成立,

所以

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(45)

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(46)

时满足题意。

综上(1)(2),m取值范围是

高中导数求最值(用导数法求解中点弦问题)(47)

▍ 来源:综合网络

▍ 编辑:Wordwuli「2820092099」

▍ 声明:如有侵权,请联系删除;若需转载,请注明出处。

,