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Author: lemondian

[几何] 共焦点,共准线的椭圆与抛物线的两个性质求证

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 Author| lemondian Posted 2018-4-27 17:43
Last edited by hbghlyj 2025-4-25 09:36回复 20# lemondian
用这个可以得到“K神”的切线结论,还是觉得麻烦了此,是不是还有更简单的方法呢?

[问题]:求曲线 $\rho=\rho(\theta)$ 在对应于 $\theta=\theta_0$ 的点处的切线方程。
[推导]:将曲线 $\rho=\rho(\theta)$ 的方程改写为直角坐标系下的参数方程形式
$$
\left\{\begin{array}{l}
x=\rho(\theta) \cos \theta \\
y=\rho(\theta) \sin \theta
\end{array}\right.
$$
从而得到极坐标系下曲线 $\rho=\rho(\theta)$ 上对应于 $\theta=\theta_0$ 的点的直角坐标为
$$
\left\{\begin{array}{l}
x_0=\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0 \\
y_0=\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0
\end{array}\right.
$$
根据参数方程所确定的函数的求导方法有
$$
\frac{d y}{d x}=\frac{y^{\prime}(\theta)}{x^{\prime}(\theta)}=\frac{\rho^{\prime}(\theta) \sin \theta+\rho(\theta) \cos \theta}{\rho^{\prime}(\theta) \cos \theta-\rho(\theta) \sin \theta}
$$
所以,所求的切线在直角坐标系下的方程为
$$
y-\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0=\frac{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0}{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \cos \theta_0-\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0}\left[x-\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0\right]
$$于是,所求的切线在极坐标系下的方程为
$$
\rho \sin \theta-\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0=\frac{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0}{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \cos \theta_0-\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0}\left[\rho \cos \theta-\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0\right]
$$
下面对其变形整理
$$
\begin{gathered}
\rho \cos \theta \frac{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0}{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \cos \theta_0-\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0}-\rho \sin \theta=\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0 \frac{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta_0}{\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \cos \theta_0-\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0}-\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta_0 \\
\rho\left[\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \cos \theta \sin \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \cos \theta \cos \theta_0-\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \theta \cos \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \sin \theta \sin \theta_0\right] \\
=\rho\left(\theta_0\right)\left[\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \cos \theta_0 \sin \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \cos ^2 \theta_0-\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \cos \theta_0 \sin \theta_0+\rho\left(\theta_0\right) \sin ^2 \theta_0\right] \\
\rho\left[\rho\left(\theta_0\right) \cos \left(\theta-\theta_0\right)-\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \left(\theta-\theta_0\right)\right]=\left[\rho\left(\theta_0\right)\right]^2 \\
\rho=\frac{\left[\rho\left(\theta_0\right)\right]^2}{\rho\left(\theta_0\right) \cos \left(\theta-\theta_0\right)-\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \left(\theta-\theta_0\right)}
\end{gathered}
$$
所以,所求的切线在极坐标系下的方程为
$$
\rho=\frac{\left[\rho\left(\theta_0\right)\right]^2}{\rho\left(\theta_0\right) \cos \left(\theta-\theta_0\right)-\rho^{\prime}\left(\theta_0\right) \sin \left(\theta-\theta_0\right)}
$$

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kuing Posted 2018-4-27 18:20
回复 21# lemondian

这是一般式,我以前也推过,还用了两种方法。
但是对于圆锥曲线来说不需要用它,其实简证我在6#已经说了啊。

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isee Posted 2018-4-27 18:39
我也是仅能验证,想不到,楼主估计看不明白的。

楼主按照21#的意思,直接求圆锥曲线上的任一点方程即可。

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 Author| lemondian Posted 2018-4-27 19:28
回复 22# kuing

想学习其证明,今天找到这个,验证了。
要不K神有空,写一下你的严格证明呗,让我这等小白学习。

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 Author| lemondian Posted 2018-11-6 15:44
回复 6# kuing
闲来无事,又翻出这个帖子:
@kuing:我还是不会极坐标在某点处的切线方程是如何得出来的?
能不能费心写一个呢?Please...

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amoy1 Posted 2019-2-9 20:36
Last edited by hbghlyj 2025-4-24 10:30回复 1# lemondian
《圆锥曲线的几何性质》通俗数学名著译丛
作者: [英] A·科克肖特, F·B·沃尔特斯
出版社: 上海教育出版社
捕获1.PNG
捕获2.PNG
捕获3.PNG
捕获4.PNG
捕获5.PNG
捕获6.PNG
其他圆锥曲线中亦然(圆焦点重合,抛物线一焦点在无穷远处)

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2025-6-5 19:44 GMT+8

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