高中的平面解析几何,是用代数方法来研究平面几何图形的问题,它所提出的问题以及问题的结论都是几何形式,而中间的论证和推导基本上是用代数方法.有许多题型中都会涉及二次函数韦达定理的综合应用.
韦达定理反映了方程根与系数的关系,在平面解析几何中凡是与方程的根有关的问题,大多数可用韦达定理来求解,如解决交点坐标关系、定值、轨迹方程等.
本文通过近几年高考及模拟试题的一些具体的例子,浅析韦达定理在解析几何中的综合应用.
一、构造二次方程运用韦达定理
例1(2011年浙江高考)已知抛物线C1:x2=y,圆C2:x2+(y-4)2=1的圆心为点M.
(1)求点M到抛物线C1的准线的距离.
(2)已知点P是抛物线C1上一点(异于原点),过点P作圆C2的两条切线,交抛物线C1于A,B两点,若过M,P两点的直线l垂直于AB,求直线l的方程.
解(1)解略.M到抛物线C1的准线的距离为174.
解得x20=235.
即点P的坐标为±235,235,所以直线l的方程为y=±3115115x+4.
点评过圆外一点引圆的切线有两条,此题就用两直线的斜率构造了二次方程,再利用韦达定理得到两斜率的和与积与动点P的横坐标的关系,再次利用两切线与抛物线相交的交点横坐标为变量,构造关于这两交点横坐标为根的二次方程,虽然设了两个斜率,但没有真正求出,正体现了韦达定理的妙用之处――设而不求,此题很好地利用了韦达定理.
例2如图,P是抛物线y2=2x上的动点,点B,C在y轴上,圆(x-1)2+y2=1内切于PBC,求PBC的面积的最小值.
解设点P(x0,y0),B(0,b),C(0,c).
又SPBC=|b-c|2x0,直线PB:y-b=y0-bx0x与圆相切,
1=|y0-b+bx0|(y0-b)2+x20,
整理得(x0-2)b2+2y0b-x0=0.
同理,(x0-2)c2+2y0c-x0=0,
b,c是方程(x0-2)t2+2y0t-x0=0的两个根.
因此(b-c)2=(b+c)2-4bc=2y0x0-22-4・-x0x0-2=4y20+4x20-8x0(x0-2)2=2x0x0-22,
SPBC=|b-c|2x0=x20x0-2=t2+4t+4t=t+4t+4≥8,
其中t=x0-2>0,当x0=4时取得最小值.
点评此题同样是解决直线与圆的切线问题,与上一题不同之处是,此题构造了关于两直线与y轴的交点的纵坐标为变量的二次方程,同样是设而不求使解答过程得到了简化.
二、利用韦达定理求轨迹方程
例3(2010年河南省调研)由动点P向椭圆x24+y2=1引两条切线PA,PB,切点分别为A,B,∠APB=90°,则动点P的轨迹方程.
解设P(x0,y0),kPA=k1,kPB=k2,则k1k2=-1.
将直线y-y0=k1(x-x0)代入x24+y2=1,
整理,得(1+4k1)x2+8k1(b-k1a)x+4(b-k1a)2-4=0.
AP与椭圆相切,Δ=0.
整理,得1+4k21=(b-k1a)2.①
同理,得1+4k22=(b-k2a)2.②
由①②可知:k1,k2为方程(x20-4)k2-2x0y0k+y20-1=0的两根,
由韦达定理可知:k1k2=y20-1x20-4=-1,