圆锥曲线问题。
设有斜圆锥ABC,任作一平面,与圆锥的底平面相交于GF(GF位于底圆之外),与圆锥面交于曲线EDL.作底圆的直径BC⊥GF(即过圆心作直线垂直于GF)并延长之交GF于G.通过直径BC及顶点A的平面与圆锥相交而成的△ABC轴三角形.E,D是轴三角形与曲线的交点,E,D,G均在轴三角形平面上,又在截平面上,故EDG是轴三角形平面与截平面的交线.
在圆锥截线上任取一点L,作ML∥GF,交ED于M.过M作PR∥BC,则PR与ML所确定的平面与底平面平行①①一平面上的两相交直线分别与另一平面上的两相交直线平行,则此二平面平行.
,因此与圆锥面的交线是一圆(图中未画出).P,L,R是此圆周上三点,且PR是直径,而ML⊥PR.设EM=x,ML=y,则
y2=PMMR (1)
在轴三角形平面内作AK∥EG交BC的延长线于K,因△EPM∽△ABK,故
又△MRD∽△ACK,故
(2),(3)两式左右相乘,
圆锥及截平面给定后,ED即已确定,记ED=2a,则
MD=2a-x.
过E作EH⊥EG,使EH=p.连接HD,作MN与EH平行且相等,交HD于X,作XO⊥EH.在△EHD中,
代入(5),
y2=EOx.
此式表明,EO,EM构成的矩形面积等于ML上的正方形.
在欧几里得几何中,常见这样的作图题:以EM为一边作一个矩形,“贴合”(application)到EH上去,使其面积等于一个已知正方形.所谓“贴合”,就是矩形的一条边与EH重合,其长度可以小于、等于或大于EH.
更一般的提法是求作平行四边形,贴合到已知线段上去,使其满足某种条件(如有一个角等于已知角,或与某平行四边形相似等),且面积等于某已知图形(参见欧几里得《几何原本》卷Ⅰ命题44,卷Ⅵ命题27,29等).
此处以EM为一边,贴合到EH上,使其面积等于ML上的正方形.所求矩形EOXM的一边EO<EH,这种情形叫做“不足”(falling short,代“锐角圆锥截线”而成为一类圆锥曲线的名称.这就是“椭圆”(英ellipse法ellipse,德Ellipse,意ellisse,西ellpse,俄зллипсис)一词的来源.对于双曲线的情形,矩形的一边EO>EH,这时叫“过剩”法hyperbole,德Hyperbel,意ipèrbole,西hipérbola,俄эллнпсис).而“抛物线”(英parabola,法parabole,德parabel,意paràdola,西parábola,俄гипербола)的字源就是
这些名称最先为阿波罗尼奥斯所创用,一直沿用到现在.抛物线之名出自命题11,双曲线出自命题12,椭圆出自命题13.
本例贴合到EH上的矩形的边是不足的,阿波罗尼奥斯称所得的截线为椭圆、如建立一个坐标系,问题就看得更清楚.以E为坐标原点,EDG为横轴,过E作平行于ML的直线为纵轴.这样就得到笛卡儿斜角坐标系.ML⊥PR,但一般不垂直ED,故为斜角坐标.x,y是L点的横、纵坐标,恒满足(5),即
在解析几何中这正是椭圆的方程.
用类似的方法可以得到另外两种截线.如果截平面和底圆相交,而且和圆锥面的另一支(位于顶点A的另一侧)也相交,便得到双曲线,其方程为
如截平面平行于一条母线,则与底圆相交,但只与圆锥的一支相交,这时得到抛物线,方程为
方程中的p在图中是线段EH,叫做矩形的“竖直边”(erect side),
ctum).式(6),(7),(8)表明,椭圆、双曲线、抛物线上任一点的纵坐标的平方分别小于、大于、等于正焦弦乘以横坐标.
参考资料:http://mkd.lyge.cn/zhanzheng/a29/009.htm
高考不要求!所以……
BUZHIDAO