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知识点四:二次曲线的切线


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)

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)。

如果不全为零,那么由(5.3.2)得:

因此过的切线方程为:

或写成

             (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)

  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)

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,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

              (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