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交轨法是解析几何中求动点轨迹方程的常用方法之一。首先选择适当的参数表示两动曲线的方程,将两动曲线方程中的参数消去,然后得到不含参数的方程,此方程即为两动曲线交点的轨迹方程,这种求轨迹方程的方法叫做交轨法[交点轨迹法]。
法1:参数方程法,首先联立两个方程,得到\(\left\{\begin{array}{l}{x-my-1=0①}\\{mx+y-1=0②}\end{array}\right.\)
给②式乘以\(m\),消\(y\)得到,\(x=\cfrac{m+1}{m^2+1}\),代入②式得到\(y=\cfrac{1-m}{m^2+1}\)
即交点轨迹的参数方程为
\[\left\{\begin{array}{l}{x=\cfrac{m+1}{m^2+1}}\\{y=\cfrac{1-m}{m^2+1}}\end{array}\right.\quad (m为参数)\]
或者说我们就可以用参数方法来回答这个问题。
不过我们还是继续完成接下来的任务,重点和难点是消参。
\(\left\{\begin{array}{l}{x=\cfrac{m+1}{m^2+1}①}\\{y=\cfrac{1-m}{m^2+1}②}\end{array}\right.\quad (m为参数)\),如何消参,
给①^2+②^2,得到\(x^2+y^2=\cfrac{(m+1)^2}{(m^2+1)^2}+\cfrac{(1-m)^2}{(m^2+1)^2}=\cfrac{2}{m^2+1}\),
又\(x+y=\cfrac{2}{m^2+1}\),故\(x^2+y^2-x-y=0\)。
又当\(x=0\)且\(y=0\)时,\(m\)不存在,
故所求的轨迹方程为\(x^2+y^2-x-y=0(x\neq0且y\neq 0)\)。
法2:交轨法,将两个方程分别变形为\(my=x-1\)和\(mx=1-y\),
当\(m=0\)时,两个方程不能相除,此时得到两个直线的交点为\((1,1)\);
当\(m\neq 0\)时,两式相除得到\(\cfrac{my}{mx}=\cfrac{x-1}{1-y}\),即\(\cfrac{y}{x}=\cfrac{x-1}{1-y}\),
变形为\(y(1-y)=x^2-x\),整理为\(x^2+y^2-x-y=0\),即\((x-\frac{1}{2})^2+(y-\frac{1}{2})^2=\cfrac{1}{2}\)
再分别验证点\((1,1)\)和点\((0,1)\)和点\((1,0)\)都在上述曲线上,但是点\((0,0)\)不应该在轨迹曲线上,
[为什么验证这四个点,原因是由\(\cfrac{y}{x}=\cfrac{x-1}{1-y}\),两个横行即分子分母都为零,得到点\((0,1)\)和\((1,0)\),两个竖行都为零,得到点点\((0,0)\)和\((1,1)\),]
故所求的轨迹方程为\(x^2+y^2-x-y=0(x\neq0且y\neq 0)\)。
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