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定义1 如果直线与二次曲线相交于相互重合的两个点,那么这条直线就叫做二次曲线的切线,这个重合的交点叫做切点,如果直线全部在二次曲线上,我们也称它为二次曲线的切线,直线上的每一个点都可以看作切点。
现在,我们求经过二次曲线
(1)
上的点的切线方程。因为通过
的直线总可写成
(2)
那么根据前面两节中的讨论,容易知道直线(2)为二次曲线(1)的切线的条件,当时是
(5.3-1)
因为在(1)上,所以
;因而(5.3-1)可以化为
(5.3.2)
当时,直线(2)成为二次曲线(1)的切线的条件除了
外,唯一的条件仍然是(5.3.2)。
如果与
不全为零,那么由(5.3.2)得:
因此过的切线方程为:
或写成
或
(5.3.3)
如果,那么(5.3.2)变为恒等式,切线的方向
不能唯一地被确定,从而切线不确定,这时通过
的任何直线都和二次曲线(1)相交于相互重合的两点,我们把这样的直线也看成是二次曲线的切线。
定义2 二次曲线(1)上满足条件的点
叫做二次曲线的奇异点,简称奇点;二次曲线的非奇异点叫做二次曲线的正常点。
这样我们就得到了下面的定理。
定理1 如果是二次曲线(1)的正常点,那么通过
的切线方程是(5.3-3),
是它的切点,如果
是二次曲线(1)的奇异点,那么通过
的切线不确定,或者说通过点
的每一条直线都是二次曲线(1)的切线。
推论 如果是二次曲线(1)的正常点,那么通过
的切线方程是
(5.3-4)
证 把(5.3-3)改写为
再根据本章预备知识中介绍的恒等式,上式以可写为
(5.3-5)
即
从而得(5.3-4)。
公式(5.3-4)便于记忆,记忆的方法是在原方程(1)中,
把
写成
然后第一项中一个或
用
或
代入后,写成
就得出(5.3-4)。
例1 求二次曲线在点
的切线方程。
解法一 因为,且
所以是二次曲线上的正常点,因此由(5.3-3)得在点
的切线方程为
即
解法二 因为是曲线上的正常点,所以直接利用(5.3-4)得切线方程为
即。
例2 求二次曲线通过点
的切线方程
解法一 因为,所以点
不在曲线上,所以不能直接应用公式(5.3-3)或(5.3-4)。
因为过点的直线可以写成
其中为参数,
为直线的方向数。又因为
所以根据直线与二次曲线的相切条件(5.3-1)得
化简得
从而有
再过点的直线方程得
代入上式得
所以
这两直线的方向分别为与
,显然它们都不是已知二次曲线的渐近方向,所以这两直线就是所求点
的切线。
解法二 设过的切线与已知二次曲线相切于点
,那么切线方程为
即
(3)
因为它通过,所以
满足方程,将
代入化简得
(4)
另一方面点在曲线上,所以又有
联立解(4),(5)得切点坐标
与
将切点坐标代入(3)得所求的切线方程为
与