本题导读
本题主要考查根据已知方向向量求解动点交点轨迹的方法,以及椭圆几何定义的逆向应用。解题的关键在于利用两直线的点斜式方程或参数形式,消去运动参数 建立动点 的 二元代数方程,再根据椭圆定义判定定点与定值的存在性。
📌【题干】
Question
(2003年江苏卷) 已知常数 ,向量 ,. 经过原点 以 为方向向量的直线与经过定点 以 为方向向量的直线相交于 ,其中 . 试问:是否存在两个定点 ,使得 为定值. 若存在,求出 的坐标;若不存在,说明理由.
🔍【思路分析】
破题导航
写出直线方向向量坐标:根据向量线性运算,计算出第一条直线的方向向量 ;第二条直线的方向向量 。
构建直线方程组:
- 第一条直线过原点 ,斜率 (若 ),直线方程为 。
- 第二条直线过点 ,斜率 ,直线方程为 。
参数消元求轨迹:在两条直线方程中,通过代数移项与相乘法消去动态变化参数 ,得到动点 的规范二元二次曲线轨迹方程。
化简并识别曲线形态:将方程化为标准圆锥曲线方程。若为椭圆,依据椭圆定义 寻找焦点 与长轴长 的数值,确认定点与定值是否存在。
✅【答案】
Success
存在。当 时,,,定值 ;当 时, 重合于 ,定值 ;当 时,,,定值
✍【详细解析】
Abstract
根据向量的线性坐标运算:
设动点 的坐标为 。
当 时:
- 经过原点 且以 为方向向量的直线 方程为:
- 经过定点 且以 为方向向量的直线 方程为:
将 ① 式代入 ② 式中以消去参数 :
两边同乘以 (由 ① 知 ):
对 进行配方整理:
两边同除以右侧常数 ,化为标准方程:
当 时: 方向向量分别为 和 。 此时直线 为 轴(),直线 为平行于 轴的直线 。 两直线交点为 。代入方程 ③ 验证: ,方程依然成立。
综上所述,动点 的轨迹方程为:
这是一个中心在 ,焦点在垂直方向( 轴或与之平行线上)的椭圆。 其几何参数满足:
根据椭圆第一定义,对任意动点 到两焦点的距离之和恒等于长轴长 。 因此,存在定点 (即该椭圆的两个焦点),使得 (定值)。
下面求解焦点 的坐标。计算半焦距 :
由于必须满足 才能构成合法的椭圆,需要对常数 的范围进行分类:
情况 1:当 ,即 时: 长轴沿着 轴方向,半焦距 。 焦点由中心 沿 轴上下平移 得到:
情况 2:当 ,即 时: ,曲线退化为以 为圆心、 为半径的圆。此时两焦点重合于圆心:
情况 3:当 ,即 时: 长轴变为沿着 轴方向。此时新的长轴平方为 ,短轴平方为 。 定值变为 。 新半焦距 。 焦点由中心 沿 轴左右平移 得到:
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
- 核心考点:直线的方向向量与斜率互化公式 ,含参数方程组的消元技巧,椭圆第一定义 。
- 核心方法:代数消元归纳法。通过乘积消去分母上的自变量 ,将几何动点轨迹化归为二次标准型方程。
- 避坑指南:
极易忽略对 导致分母为 的特例讨论,必须在求出轨迹方程后进行独立代入回检。
极易漏掉对常数 的大小进行分类讨论。由于长轴位置(横轴还是纵轴)取决于 与 的大小关系,若盲目判定长轴恒在 轴,会导致在 范围内开方出现负数或焦点方向轴选错。
📖【试题探源与推广】
Tip
- 试题探源: 本题属于解析几何大板块中的高难度压轴大题,主要考查考生对解析几何中“用代数方法解决几何问题”这一核心纲领的贯彻能力,重点评估多参数分类讨论的严谨度。
- 结论推广: 对于任意过点 方向向量为 与过点 方向向量为 的两条直线,其相交动点的轨迹在消去参数 后,恒表现为形如 的二次曲线结构。通过调节常数项参数 ,可以自由实现圆、椭圆、双曲线等各种圆锥曲线形态的参数化映射表达。
🔗【关联脉络】
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