定义 直线被圆锥曲线截得的线段长度,通过联立方程组及韦达定理推导出的计算式。
从哪来 建立在“三、交点”(确定直线与曲线有公共点)和“一、两点间距离”(线段长度的几何本质)之上。
为什么 直接求交点坐标往往涉及复杂的根式运算,极易出错且繁琐。利用韦达定理,将 $x_1+x_2$ 和 $x_1x_2$ 整体代入距离公式 $|AB| = \sqrt{(x_1-x_2)^2 + (y_1-y_2)^2}$,结合直线斜率 $k$ 的关系 $y_1-y_2 = k(x_1-x_2)$,可将长度计算转化为关于 $x$ 的一元二次方程系数运算,实现“以算代求”。
讲法
适合:逻辑严密、擅长代数推导的学生
从两点间距离公式出发,逐步推导:
1. 设交点 $A(x_1, y_1), B(x_2, y_2)$。
2. $|AB| = \sqrt{(x_1-x_2)^2 + (y_1-y_2)^2}$。
3. 因为点在直线上,$y_1-y_2 = k(x_1-x_2)$。
4. 代入得 $|AB| = \sqrt{(x_1-x_2)^2 + k^2(x_1-x_2)^2} = \sqrt{1+k^2}|x_1-x_2|$。
5. 利用韦达定理 $|x_1-x_2| = \sqrt{(x_1+x_2)^2 - 4x_1x_2}$。
6. 最终公式:$|AB| = \sqrt{1+k^2}\sqrt{\Delta}/|a|$(其中 $\Delta$ 为判别式,$a$ 为二次项系数)。
讲法
适合:直观思维强、喜欢几何画板演示的学生
强调“投影”思想。弦长 $|AB|$ 在 $x$ 轴上的投影长度为 $|x_1-x_2|$。根据直角三角形关系,斜边(弦长)等于邻边(投影长)除以 $\cos\theta$($\theta$ 为直线倾斜角)。即 $|AB| = |x_1-x_2| / \cos\theta$。由于 $\sec\theta = \sqrt{1+k^2}$,故 $|AB| = \sqrt{1+k^2}|x_1-x_2|$。这种方法让学生理解为什么会有 $\sqrt{1+k^2}$ 这个系数。
适合:基础薄弱、容易混淆公式的学生**
口诀记忆法:“一联二判三韦达,四代公式五开方”。
1. **联
联立直线与曲线方程,整理成 $ax^2+bx+c=0$。
2.
判:检查 $\Delta > 0$(确保有两个交点)。
3.
韦:写出 $x_1+x_2 = -b/a, x_1x_2 = c/a$。
4.
代:代入 $|AB| = \sqrt{1+k^2}\sqrt{(x_1+x_2)^2 - 4x_1x_2}$。
5.
方:计算结果。
特别强调:如果直线垂直于 $x$ 轴(斜率不存在),直接用 $|y_1-y_2|$ 计算,此时公式变为 $|AB| = \sqrt{1+(1/k)^2}|y_1-y_2|$ 或直接求纵坐标差。