抛物线6——圆锥曲线讲义之十七

百尺竿头,更进一步。

本节接着上节内容,讲解阿基米德三角形的更多性质:

设过焦点为F的抛物线上点A、B的切线交于C',一般的,称△C’AB为阿基米德三角形。

设N,L为BC',C'A中点,P,Q,R在AB,BC',C'A上,且PQ//AC',PR//BC',O'为△C'AB外心。还有以下问题:

30 △C'NL外接圆是否恒过定点,

31  △C'QR外接圆是否恒过定点,

32 △ABO'外接圆是否恒过定点,

33 y^2=2px的内接三角形有两边与x^2=2qy相切,判定此三角形第三条边与x^2=2qy关系。

30 △C'NL外接圆是否恒过定点,

容易猜测此圆过F。

证法一:

证法二:

由结论26知△C'FA∼△BFC',

而N,L为相似对应点,则

∠FNC’=∠FLA.

即FNC’L共圆,即△C'NL外接圆恒过定点F.

证法三:

由结论29知以C'O'为直径的圆是否恒过定点F。

而显然N,L也在以C'O'为直径的圆上,

即FNC’O’L共圆,即△C'NL外接圆恒过定点F.

注:

这里综合证法二和三就为29提供了一个新的纯几何证明:

由结论26知△C'FA∼△BFC',而N,L为相似对应点,则∠FNC’=∠FLA.即FNC’L共圆,而显然FNO’L共圆,故FNC’O’L共圆,故∠O’FC’=∠O’LC’=90°.

31 △C'QR外接圆是否恒过定点,

思路分析:

不难猜测△C'QR外接圆恒过焦点F,计算角度正切即可。

证明:由平行得

C’Q/QB=AP/PB=AR/RC’=k,

证法二:

由结论26知△C'FA∼△BFC',

而Q,R为相似对应点,则

∠FQC’=∠FRA.

即FQC’R共圆,即△C'QR外接圆恒过定点F.

注:

显然本结论是结论30的进一步推广,证明也是如法炮制即可。只是计算量大了一些。

32 △O'AB外接圆是否恒过定点,

不难想象△O'AB外接圆过F。

证法一:

∠AFB=∠AOB,从而ABO’F共圆,

即△O'AB外接圆恒过定点F.

证法二:

由结论25得∠FC’A=∠FBC',∠FC’B=∠FAC',则

∠AFB=∠AC’B+∠FAC’+∠FBC’=∠AC’B+∠FC’B+∠FC’A=2∠AC’B=∠AOB.

即FABO’共圆,即△O'AB外接圆恒过定点F.

注:

本题算是一个比较困难的题目,直接计算比较复杂,需要先求出O’坐标,然后利用两次到角公式,而且过程中要细心的分解因式,当然如果想到平面几何的思路,利用结论25,可以迅速的解决本题。本题难度基本在联赛水平了,作为高考题难度有些高了。

33  y^2=2px的内接三角形有两边与x^2=2qy相切,判定此三角形第三条边与x^2=2qy关系。

思路分析:

不难猜测第三条弦也和抛物线相切。证明的最基本思路是写出切线方程,联立消去y,由相切知判别式为0,得到等式,由两个等式证明第三个等式即可。

证明:

不失一般性,设p>0,q>0.又设y^2=2px的内接三角形顶点为

A1(x1,y1),A2(x2,y2),A3(x3,y3)

因此(y1)^2=2px1,(y2)^2=2px2 ,(y3)^2=2px3

其中y1≠y2 , y2≠y3 , y3≠y1 .

依题意,设A1A2,A2A3与抛物线x^2=2qy相切,要证A3A1也与抛物线x^2=2qy相切

因为x^2=2qy在原点O处的切线是y^2=2px的对称轴,所以原点O不能是所设内接三角形的顶点即(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),都不能是(0,0);又因A1A2与x^2=2qy相切,所以A1A2不能与Y轴平行,即x1≠x2 , y1≠-y2,直线A1A2的方程是

注:

(1)本题是1982年的高考压轴题题,虽然很古老,但是结论浑然天成、历久弥新。现在看来,依然是一个好题,值得仔细品味。上述证法1中由(1)(2)到(3)也可以用韦达定理证明。当然本题也有其他的证法,不过基本大同小异。

(2)事实上,本结论只是彭色列封闭定理的一个特例。还能大大推广,囿于难度,这里就不再继续深入讲解。有兴趣的读者可以参考本公众号前面的这篇文章(《圆锥曲线中的欧拉察柏公式相关问题》)。

(3)本性质既和前面讲解的抛物线两条切线有关,又和下节要讲解的抛物线三条切线有关,

算是一个完美的无缝连接。

本节又展示了阿基米德三角形的进一步性质。这些性质都精妙绝伦、巧夺天工,证明也颇为不易,可以用解析计算,也可以用纯几何。难度基本在高考压轴和竞赛附近。当然本结构还有一些更复杂及更困难的几何性质,囿于篇幅和难度的考虑,这里就先略过了,有兴趣的读者可以自行探讨。

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