‹ 回去

5.2 焦点弦长度公式

抛物线的定义、标准方程与几何性质 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 过圆锥曲线焦点的弦长公式,用于快速计算过焦点直线的弦长,避免繁琐的联立求解。

从哪来 基于 4.1 焦半径公式 推导而来,并结合 5.3 焦点弦 的几何特征(过焦点)进行简化。

为什么 常规求弦长需联立方程、韦达定理、弦长公式,计算量大且易错。 焦点弦的特殊性在于:弦被焦点分为两段,这两段恰好对应两个端点的焦半径。 根据焦半径公式(如椭圆 $\frac{a^2}{c \pm c\cos\theta}$ 或双曲线 $\frac{b^2}{a \pm c\cos\theta}$ 等,具体依曲线而定),若直线倾斜角为 $\theta$,两端点焦半径分别为 $r_1, r_2$。 利用几何关系或极坐标方程 $r = \frac{ep}{1 \pm e\cos\theta}$,可推导出 $r_1 + r_2 = \frac{2ep}{1-e^2\cos^2\theta}$ 等形式。 对于椭圆/双曲线,最终可化简为仅含半通径 $p$(或 $b^2/a$)和倾斜角 $\theta$ 的简洁公式,本质是用极坐标思想替代直角坐标联立。

适合:计算能力强,喜欢代数推导的学生** **讲法:代数推导法** 1. 设过焦点 $F(c,0)$ 的直线方程为 $x = my + c$。 2. 代入椭圆方程 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$,整理得关于 $y$ 的一元二次方程。 3. 利用韦达定理求 $y_1+y_2$ 和 $y_1y_2$。 4. 代入弦长公式 $|AB| = \sqrt{1+m^2}|y_1-y_2| = \sqrt{1+m^2}\sqrt{(y_1+y_2)^2 - 4y_1y_2}$。 5. 经过繁琐化简,最终得到 $|AB| = \frac{2a(1-e^2)}{1-e^2\cos^2\theta}$(其中 $m = \cot\theta$)。 **优点
逻辑严密,不依赖记忆,学生能理解公式来源。 缺点:计算过程极其繁琐,容易在化简环节出错。
适合:几何直观好,喜欢快速解题的学生** **讲法:焦半径和法(推荐)** 1. 强调核心思想:**焦点弦长 = 左焦半径 + 右焦半径**。 2. 回顾焦半径公式:对于椭圆,若 $P(x,y)$ 在右支,$|PF_1| = a + ex$,$|PF_2| = a - ex$。 3. 设直线倾斜角为 $\theta$,则 $x_1 = c + r_1\cos\theta$,$x_2 = c + r_2\cos\theta$(注意方向)。 4. 更简便的记忆模型:利用**半通径** $p = \frac{b^2}{a}$。 5. 结论:$|AB| = \frac{2p}{1-e^2\cos^2\theta}$。 6. 特例验证:当 $\theta = 90^\circ$(垂直于长轴),$\cos\theta=0$,$|AB| = 2p = \frac{2b^2}{a}$,即通径长,符合直觉。 **优点
计算量极小,只需代入角度,适合考场抢分。 缺点:需要准确记忆公式结构,容易混淆 $\sin$ 和 $\cos$。
适合:空间想象力强,喜欢极坐标的学生** **讲法:极坐标法** 1. 以焦点为极点,长轴为极轴建立极坐标系。 2. 圆锥曲线统一极坐标方程:$r = \frac{ep}{1 \pm e\cos\theta}$($p$ 为半通径)。 3. 焦点弦两端点对应极角 $\theta$ 和 $\theta + \pi$。 4. 弦长 $L = r_1 + r_2 = \frac{ep}{1-e\cos\theta} + \frac{ep}{1+e\cos\theta}$。 5. 通分化简:$L = \frac{ep(1+e\cos\theta + 1-e\cos\theta)}{1-e^2\cos^2\theta} = \frac{2ep}{1-e^2\cos^2\theta}$。 6. 指出 $ep = \frac{b^2}{a}$(椭圆)或 $\frac{b^2}{a}$(双曲线),直接得到最终公式。 **优点
推导过程优雅、简洁,体现数学之美,且适用于所有圆锥曲线。 缺点:高二学生可能尚未系统学习极坐标,需要额外铺垫。
看不明白?看一段视频 ▾待生成
练一道
基础题
已知椭圆 $\frac{x^2}{4} + \frac{y^2}{3} = 1$,过右焦点 $F$ 的直线倾斜角为 $60^\circ$,求该直线被椭圆截得的弦长。
变式
已知双曲线 $\frac{x^2}{9} - \frac{y^2}{16} = 1$,过左焦点 $F_1$ 的直线倾斜角为 $45^\circ$,且直线与双曲线右支交于两点,求弦长。
试试手自己判
检测题
椭圆 $\frac{x^2}{25} + \frac{y^2}{16} = 1$ 的右焦点为 $F$,过 $F$ 的直线倾斜角为 $45^\circ$,求弦长。
看答案和判分标准
答案:$a=5, b=4, c=3, e=\frac{3}{5}, p=\frac{16}{5}$。 $\cos 45^\circ = \frac{\sqrt{2}}{2}, \cos^2 45^\circ = \frac{1}{2}$。 $|AB| = \frac{2 \times \frac{16}{5}}{1 - (\frac{3}{5})^2 \times \frac{1}{2}} = \frac{\frac{32}{5}}{1 - \frac{9}{25} \times \frac{1}{2}} = \frac{\frac{32}{5}}{1 - \frac{9}{50}} = \frac{\frac{32}{5}}{\frac{41}{50}} = \frac{32}{5} \times \frac{50}{41} = \frac{320}{41}$。
判对标准:
1. 正确求出 $a, b, c, e, p$(2分)。
2. 正确代入公式,分母计算正确(2分)。
3. 最终结果 $\frac{320}{41}$ 正确(1分)。
若结果为 $\frac{320}{41}$ 但过程有轻微笔误可酌情给分;若分母误用 $\sin$ 或 $p$ 算错则不得分。
容易错在哪儿 ▾点开看
这一步没懂?写一句问老师 ›
内容由卡片自动生成 · 有不对的地方告诉老师
这张卡有问题?告诉老师 ›