求动点轨迹方程是解析几何的重要内容,因而也是高考的重点和热点,常考常新,久考不衰.考生一定要掌握常用的求解方法,以便有所遵循.
求轨迹方程需要充分利用题设中的几何条件,寻找动点与已知条件之间的关系,并将其转化为代数式,是求解动点轨迹方程中重要的一步.由于动点的运动规律千变万化,其给出的条件也各不相同,故求动点轨迹方程的方法也就多种多样.本专题将通过具体例题介绍几种求解的方法.
一、动点轨迹的概念
中学阶段只研究平面上的动点的轨迹.我们把平面上具有某种共同属性的动点的集合,叫做该动点的轨迹.动点的轨迹即平面上的点集,它可能是一些孤立的点,一般情况下是曲线(段).中学阶段主要研究直线(段)或圆锥截线(段)等.
二、曲线与方程
1.曲线和方程的概念
平面直角坐标系的建立,使得平面上的点与有序实数对一一对应起来,进而使曲线与方程对应起来.
某曲线
(视作适合某种条件的动点的轨迹或集合)和一个二元方程
之间,如果存在下列对应关系:
(1)曲线上每一点的坐标都是这个方程的解,即“在、合”;
(2)以这个方程的每一组解为坐标的点都在这条曲线上,即“合、在”,那么,方程
就叫做曲线
的方程,曲线
就叫做方程
的曲线.
运用概念判断曲线和方程的对应关系时,必须注意“两点论”,即(1)“合,在”,(2)“在、合”,两者缺一不可.即要确保其纯粹性(即不能多余)和完备性(即不能缺少),这可以通过检验题目条件和画图解决.
2.曲线和方程思维导图
三、求动点轨迹方程的一般步骤—“五步到位法”
建(建立适当的坐标系);设(设轨迹上的动点为
);列(列出动点所满足的条件式);代(依条件式的特点,选用距离公式、斜率公式等将其转化为
的方程式);化(化简所得的方程).这就是通常所说的“建系、设点、列式、代换、化简”等步聚.从理论上讲,我们还应证明所得轨迹的完备性及纯粹性,其实推导方程的过程便是完备性的证明,而纯粹性的证明常略去,值得强调的是:既然论证略去了,那么我们必须考虑曲线上哪些点不合条件应除掉,通常运用限制方程中
的取值范围的方法,还要指出的是,如果所求轨迹曲线不完备,那么也要运用条件分析、挖掘将其补上.
四、求动点轨迹方程的基本方法
求动点轨迹方程的基本思想方法是,藉助于坐标法.使几何的点集与代数的方程对应起来.因此它的实质是形数对应、形数结合与转化的思想方法的一个具体的应用.
求轨迹方程的方法比较多,但从宏观上说不外乎两个途径:一是利用平面几何知识和圆锥曲线的定义,这类题目对计算的要求不髙,主要考查观察、联想的能力;二是利用代数的方法通过消参数得出轨迹方程,计算、对式子的变形是解决问题的关键.
根据动点的不同的运动性质和规律,常用的解题方法有:
1.直译法.若动点运动过程中量的关系简明,那么直接将此量的关系建系转化为方程即可.多见于距离的和、差、积、商(比)的关系.
2.定义法.若动点运动的几何条件符合某方程为已知的曲线的定义,那么便可先设其标准方程形式,然后运用待定系数法解之.多见于直线和圆锥曲线,它是高考命题热点.
3.几何法.即运用平几中的基本轨迹命题或平面规则图形的某些性质.
4.代换法.常用于解多动点轨迹问题.它有直角坐标代换,极坐标代换和复数代换之分.
5.参数法.动点
的流动坐标
间不便直接联系时,可考虑选取参数!作桥,先建立参数方程,然后消参得普通方程.
6.交轨法.若动点尸是由两动曲线相交所得,那么可用求两曲线交点的方法解尸的轨迹方程.
7.复数法.以复数面L目出现的动点轨迹问题,常以代换法或比较法或运用加、减、乘的几何意义求解为简.有些直角坐标系下的轨迹问题,也可转化为运用复数法来解.
8.极坐标法.如求动点旋转而成的轨迹,或求与圆锥曲线的焦点弦有关的轨迹等,运用极坐标来解较为简捷.
五、求动点轨迹方程的基本联系
求动点的轨迹方程是一个综合性的课题,渗透性强,牵涉知识面宽.从几何本身看,它与平面图形的基本性质,与直线的倾斜角、斜率、方程,与圆锥曲线的定义,充要条件的概念等密切相关.从代数的角度看,它与代数方程的理论、与解三角形、与加法定理、与复数等知识存在着深刻的内在联系.从题型看,它与一类最值问题也有着千丝万缕的联系.
求动点轨迹方程的实质是将“形”转化为“数”,将“曲线”转化为“方程”,使我们通过对方程的研究认识曲线的性质,因此,它是培养我们形数转化的数学思想和方法、技巧的最好教材,也是解几中的一个最主要的课题.
我们先介绍直接法求动点的轨迹方程.