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椭圆焦点弦性质大全

1. 焦点弦的长度

椭圆焦点弦性质大全

对于倾斜角为θ(相对于长轴)的焦点弦,其长度为:

[

L = frac{2a(1

  • e^2)}{1
  • e^2 cos^2

    heta} = frac{2b^2}{a(1 - e^2 cos^2

    heta)},
  • ]

    其中( e = frac{c}{a} )为离心率,( c = sqrt{a^2

  • b^2} )。
  • 2. 极坐标形式

    以焦点为极点,焦点弦长度的极坐标表示为:

    [

    L = frac{2a(1

  • e^2)}{1
  • e^2 cos^2 heta},
  • ]

    θ为极角。

    3. 极值长度

  • 最小长度:当焦点弦垂直于长轴(通径),长度为:
  • [

    L_{

    ext{min}} = frac{2b^2}{a}.

    ]

  • 最大长度:当焦点弦与长轴重合,长度为长轴长:
  • [

    L_{

    ext{max}} = 2a.

    ]

    4. 中点轨迹

    焦点弦中点的轨迹是一个椭圆,方程为:

    [

    frac{left(x

  • frac{c}{2}right)^2}{left(frac{c}{2}right)^2} + frac{y^2}{left(frac{bc}{2a}right)^2} = 1,
  • ]

    中心在( left(frac{c}{2}, 0right) ),半长轴( frac{c}{2} ),半短轴( frac{bc}{2a} )。

    5. 平行性

    焦点弦中点与焦点的连线平行于原焦点弦的斜率。

    6. 垂直平分线

  • 当焦点弦为通径时,其垂直平分线为长轴,经过椭圆中心。
  • 一般情况下,垂直平分线不一定过特定点。
  • 7. 通径性质

    过焦点且垂直于长轴的弦(通径)长度:

    [

    L_{

    ext{通径}} = frac{2b^2}{a}.

    ]

    8. 离心率影响

    随着离心率( e )增大,通径长度减小,焦点弦长度变化范围增大。

    推导示例

    以直角坐标系中焦点弦长度的计算为例,设过焦点( F(c, 0) )的直线方程为( y = m(x

  • c) ),代入椭圆方程:
  • [

    frac{x^2}{a^2} + frac{m^2(x

  • c)^2}{b^2} = 1,
  • ]

    解得交点横坐标满足二次方程:

    [

    (b^2 + a^2m^2)x^2

  • 2a^2m^2cx + a^2(m^2c^2
  • b^2) = 0.
  • ]

    利用根与系数关系及距离公式,最终得到长度:

    [

    L = frac{2ab^2(1 + m^2)}{b^2 + a^2m^2},

    ]

    进一步转化为关于离心率( e )的表达式。

    这些性质涵盖了椭圆焦点弦的几何特性、长度变化规律及中点轨迹等关键内容,适用于解析几何问题中的分析与应用。