物理知道运动方程求轨迹方程的求法-查字典问答网
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  物理知道运动方程求轨迹方程的求法

  物理知道运动方程求轨迹方程的求法

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2019-04-21 03:12
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马小强

  求动点的轨迹方程要根据题设条件灵活地选择方法.常用的方法有两大类,一类是直接求法,包括利用圆锥曲线的定义等;另一类是间接求法,主要包括相关点法和参数法.

  一、直接法

  一般情况下,动点在运动时,总是满足一定的条件的(即动中有静,变中有不变),可设动点的坐标为(x,y),然后选择适当的公式(如两点间的距离公式,点到直线的距离公式,两点连线的斜率公式,两直线(向量)的夹角公式,定比分点坐标公式,三角形面积公式等),或一些包含等量关系的定理、定义等,将题设条件转化成x,y之间的关系式(等式),从而得到动点的轨迹方程.这种求轨迹方程的方法称为直接法.

  例1已知定点a(-1,0),b(2,0),动点m满足2∠mab=∠mba,求点m的轨迹方程.

  解析直接设点m为(x,y),先将2∠mab=∠mba转化成直线ma,mb的斜率的关系式,便可得点m的轨迹方程.

  图1

  如图1,设∠mab=α,则∠mba=2α,显然0≤α<90°.

  (1)当2α≠90°时,

  若m点在x轴上方,

  则有tanα=kma=yx+1,tan(π-2α)=kmb=yx-2.

  若点m在x轴下方,则有tan(π-α)=kma=yx+1,tan2α=kmb=yx-2.

  于是总有-yx-2=2y1+x1-y2(1+x)2,注意到|ma|>|mb|,可得x2-y23=1(x≥1).

  若点m在x轴上,则点m为线段ab上的点,所以有y=0(-1<x<2).

  (2)当2α=90°时,△mab为等腰直角三角形,点m为(2,±3).

  综上,点m的轨迹方程为x2-y23=1(x≥1)或y=0(-1<x<2=.

  二、定义法

  若动点在运动时满足的条件符合某种已知曲线的定义,则可以设出其轨迹的标准方程,然后利用待定系数法求出其轨迹方程.这种求轨迹方程的方法称为定义法,利用定义法求轨迹方程要熟知常见曲线的定义、特征.

  例2设动点p到点a(-1,0)和b(1,0)的距离分别为d1,d2(d1d2≠0),∠apb=2θ.若存在常数λ(0<λ<1),使得d1d2sin2θ=λ恒成立.

  证明:动点p的轨迹c为双曲线,并求出c的方程.

  图2

  解析如图2,在△pab中,|ab|=2.

  由余弦定理,可得22=d21+d22-2d1d2cos2θ,即4=(d1-d2)2+4d1d2sin2θ,

  又d1d2sin2θ=λ(常数),0<λ<1,

  则有|d1-d2|

  =4-4d1d2sin2θ=21-λ(常数)<2=|ab|,

  所以点p的轨迹c是以a,b为焦点,实轴长2a=21-λ的双曲线,

  从而a=1-λ,c=1,故b2=c2-a2=λ,

  则c的方程为x21-λ-y2λ=1.

  三、代入法

  若所求轨迹上的动点p(x,y)与另一个已知轨迹(曲线)c:f(x,y)=0上的动点q(x1,y1)存在着某种联系,则可以把点q的坐标用点p的坐标表示出来,然后代入曲线c的方程f(x,y)=0中并化简,即得动点p轨迹方程.这种求轨迹方程的方法叫做代入法(又称相关点法).

  例3已知定点a(4,0)和曲线c:x2+y2=4上的动点b,点p分ab之比为2∶1,求动点p的轨迹方程.

  解析要求动点p(x,y)的轨迹方程,即要建立关于p的坐标x,y的等量关系,而直接建立x,y的等量关系十分困难,但可以先寻找动点b(x0,y0)的坐标x0,y0之间的关系,再利用已知的p与b之间的关系(即x,y与x0,y0之间关系)得到关于x,y的方程.

  设动点p为(x,y),b为(x0,y0).

  因为ap=2pb,所以x=4+2x01+2,y=2y01+2,所以x0=3x-42,y0=3y2.

  又因为点b在曲线c上,所以3x-422+94y2=4,即x-432+y2=169.

  所以点p的轨迹方程为x-432+y2=169.

  点评代入法的主要步骤:

  (1)设所求轨迹上的任意一点为p(x,y),相对应的已知曲线上的点为q(x1,y1);

  (2)建立关系式x1=g(x,y),y1=h(x,y);

  (3)将这两上式子代入已知曲线方程中并化简,即得所求轨迹的方程.

  四、参数法

  根据题设条件,用一个参数分别表示出动点(x,y)的坐标x和y,或列出两个含同一个参数的动点(x,y)的坐标x和y之间的关系式,这样就间接地把x和y联系起来了,然后联立这两个等式并消去参数,即可得到动点的轨迹方程.这种求轨迹的方法称为参数法.

  例4已知动点m在曲线c:13x2+13y2-15x-36y=0上,点n在射线om上,且|om|·|on|=12,求动点n的轨迹方程.

  解析点n在射线om上,而在同一条以坐标原点为端点的射线上的任意两点(x1,y1),(x2,y2)的坐标的关系为x1x2=y1y2=k,k为常数且k>0,故可采用参数法求点n的轨迹方程.

  设n为(x,y),则m为(kx,ky),k>0.

  因为|om|·|on|=12,所以k2(x2+y2)·x2+y2=12,

  所以k(x2+y2)=12.

  又点m在曲线c上,所以13k2x2+13k2y2-15kx-36ky=0.

  由以上两式消去k,得5x+12y-52=0,

  所以点n的轨迹方程为5x+12y-52=0.

  点评用参数法求轨迹方程的步骤为:先引进参数,用此参数分别表示动点的横、纵坐标x,y;再消去参数,得到关于x,y的方程,即为所求的轨迹方程.注意参数的取值范围对动点的坐标x和y的取值范围的影响.

  另外,求动点的轨迹方程时,还应注意下面几点:

  (1)坐标系要建立得适当.这样可以使运算过程简单,所得到的方程也比较简单.

  (2)根据动点所要满足的条件列出方程是最重要的一环.要做好这一步,应先认真分析题设条件,综合利用平面几何知识,列出几何关系(等式),再利用解析几何中的一些基本概念、公式、定理等将几何关系(等式)坐标化.

  (3)化简所求得的轨迹方程时,如果所做的变形不是该方程的同解变形,那么必须注意在该变形过程中是增加了方程的解,还是减少了方程的解,并在所得的方程中删去或补上相应的点,这时一般不要求写出证明过程.

2019-04-21 03:15:38
孙贵之

  运动方程包含时间变量t,轨迹方程没有。

  运动方程消去时间变量t,就是即轨迹方程。

  例如斜抛,

  运动方程:x=v0cosθ*t,y=v0sinθ*t-gt^2/2

  轨迹方程:y=tanθ*x-gx^2/【2(v0cosθ)^2】

2019-04-21 03:18:34

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