定义 经过椭圆上一点且与该点半径垂直的直线,称为椭圆的切线。
从哪来 本知识点建立在 6.1 定义法(利用椭圆定义构建几何关系)与 5.2 弦长公式(理解弦与切线的极限关系)之上,同时依赖 3.3 顶点与离心率 确定特殊位置切线。
为什么 切线是弦的极限情况。当弦的两个端点无限靠近时,弦长趋近于0,此时弦所在的直线即为切线。
从几何性质看,椭圆具有“光学性质”:从焦点发出的光线经椭圆反射后必经过另一焦点。根据反射定律(入射角等于反射角),法线平分两焦点与该点连线的夹角。由于切线与法线垂直,故切线是两焦点连线夹角的外角平分线。
从代数角度看,联立直线与椭圆方程,判别式 $\Delta=0$ 是直线与椭圆只有一个公共点(相切)的充要条件。
几何直观法
适合
形象思维强、空间感好的学生。
1. 画出椭圆及两焦点 $F_1, F_2$。
2. 在椭圆上任取一点 $P$,连接 $PF_1, PF_2$。
3. 作 $\angle F_1 P F_2$ 的外角平分线,这条线就是切线。
4. 强调:切线“只碰”椭圆一次,且位于椭圆外部。
代数推导法
适合
逻辑严密、擅长计算的学生。
1. 设椭圆方程 $\frac{x^2}{a^2} + \frac{y^2}{b^2} = 1$,切点 $P(x_0, y_0)$。
2. 设切线斜率为 $k$,直线方程 $y - y_0 = k(x - x_0)$。
3. 联立直线与椭圆方程,消去 $y$ 得到关于 $x$ 的一元二次方程。
4. 令判别式 $\Delta = 0$,解出 $k = -\frac{b^2 x_0}{a^2 y_0}$。
5. 代入整理得切线方程 $\frac{x_0 x}{a^2} + \frac{y_0 y}{b^2} = 1$。
极限逼近法
适合
抽象思维强、理解微积分思想的学生。
1. 回顾
5.2 弦长公式,弦长 $|AB| = \sqrt{1+k^2}|x_1 - x_2|$。
2. 当 $A, B$ 两点重合于 $P$ 时,$|x_1 - x_2| \to 0$,弦长趋近于0。
3. 此时直线不再穿过椭圆内部,而是“擦边”而过。
4. 结合
6.1 定义法,利用椭圆定义 $|PF_1| + |PF_2| = 2a$,通过几何作图验证切线位置。