Question

我們知道，判斷直線與圓的位置關系可以用圓心到直線的距離進行判別，那么直線與橢圓的位置關系有類似的判別方法嗎？請同學們進行研究并完成下面問題．
（1）設F₁、F₂是橢圓M：的兩個焦點，點F₁、F₂到直線L：x-y+=0的距離分別為d₁、d₂，試求d₁•d₂的值，并判斷直線L與橢圓M的位置關系．
（2）設F₁、F₂是橢圓M：（a＞b＞0）的兩個焦點，點F₁、F₂到直線L：mx+ny+p=0（m、n不同時為0）的距離分別為d₁、d₂，且直線L與橢圓M相切，試求d₁•d₂的值．
（3）試寫出一個能判斷直線與橢圓的位置關系的充要條件，并證明．
（4）將（3）中得出的結(jié)論類比到其它曲線，請同學們給出自己研究的有關結(jié)論（不必證明）．

Answer 1

【答案】分析：（1）利用點到直線的距離公式分別計算d₁、d₂，代入d₁•d₂化簡，可以求出d₁•d₂的值，再通過直線L與橢圓方程消去y得到關于x的方程，可以求出根的差別式大于零，得到直線L與橢圓M有兩個交點，是相交的位置關系；
（2）將直線方程與橢圓方程消去y，得到關于x的方程．再利用根的判別式可得△=0，從而p²=a²m²+b²n²，將其代入d₁•d₂的表達式化簡可得d₁•d₂=b²；
（3）根據(jù)（2）運算得啟發(fā)：直線L與橢圓M相交的充要條件為：d₁d₂＜b²；直線L與橢圓M相切的充要條件為：d₁d₂=b²；直線L與橢圓M相離的充要條件為：d₁d₂＞b²．然后選擇其中之一，結(jié)合（2）中的運算過程與結(jié)論，可得證明方法；
（4）根據(jù)類比推理的一般規(guī)律，不難推出（3）中的結(jié)論在雙曲線中的推廣：直線L與雙曲線相交的充要條件為：d₁d₂＜b²；直線L與雙曲線M相切的充要條件為：
d₁d₂=b²；直線L與雙曲線M相離的充要條件為：d₁d₂＞b²．
解答：解：（1）； …（2分）
聯(lián)立方程，消去y得關于x的方程：； …（3分）
∴，因此直線L與橢圓M相交．…（4分）
（2）聯(lián)立方程組，消去y可得（a²m²+b²n²）x²+2a²mpx+a²（p²-b²n²）=0…（*）…（6分）
∴△=（2a²mp）²-4a²（a²m²+b²n²）（p²-b²n²）=4a²b²n²（a²m²+b²n²-p²）=0
∴p²=a²m²+b²n²…（8分）
∵橢圓的焦點為：F₁（-c，0），F(xiàn)₂（c，0），其中c²=a²-b²
∴=
=…（10分）

（3）設F₁、F₂是橢圓M：（a＞b＞0）的兩個焦點，
點F₁、F₂到直線L：mx+ny+p=0（m、n不同時為零）的距離分別為d₁、d₂，且F₁、F₂在直線L的同側(cè)．
那么直線L與橢圓相交的充要條件為：d₁d₂＜b²；
直線L與橢圓M相切的充要條件為：d₁d₂=b²；
直線L與橢圓M相離的充要條件為：d₁d₂＞b² …（14分）
證明：由（2）得，直線L與橢圓M相交?（*）中△＞0?p²＜a²m²+b²n²
?＜
同理可證：直線L與橢圓M相離?d₁d₂＞b²；直線與橢圓相切?d₁d₂=b²…（16分）．命題得證．
（寫出其他的充要條件僅得（2分），未指出“F₁、F₂在直線L的同側(cè)”得3分）
（4）可以類比到雙曲線：設F₁、F₂是雙曲線M：（a＞0，b＞0）的兩個焦點，
點F₁、F₂到直線L：mx+ny+p=0（m、n不同時為零）距離分別為d₁、d₂，且F₁、F₂在直線L的同側(cè)．
那么直線L與雙曲線相交的充要條件為：d₁d₂＜b²；
直線L與雙曲線M相切的充要條件為：d₁d₂=b²；
直線L與雙曲線M相離的充要條件為：d₁d₂＞b²．…（20分）
點評：本題考查了直線與圓錐曲線的位置關系、類比推理以及圓錐曲線的綜合應用等知識點，屬于難題．本題對運算的要求相當高，解題中應注意設而不求和轉(zhuǎn)化化歸思想的運用．