椭圆的方程和轨迹
假设有一个椭圆,它的中心在坐标原点,它的一个焦点在(0,1)处,它的长轴和短轴的长度之比是一个常数t。我们要解决两个问题:
我们先来解决第一个问题。根据椭圆的定义,我们知道,椭圆上的任意一点到两个焦点的距离之和是一个定值,我们记为2a。由于一个焦点在(0,1)处,另一个焦点就在(0,-1)处。所以,如果椭圆上有一个点(x,y),那么它到两个焦点的距离之和就是:
我们可以对这个方程进行化简,得到:
我们可以看出,这是一个关于x和y的二次方程,它的图形就是一个椭圆。我们还可以进一步求出它的长轴和短轴的长度。由于椭圆的中心在原点,所以它的长轴和短轴都是平行于坐标轴的。我们可以分别令x=0和y=0,得到:
所以,椭圆的长轴的长度是2a,短轴的长度是$2sqrt{a2-1}$。由于题目给出了长轴和短轴的长度之比是t,所以我们可以得到:
代入椭圆的方程,得到:
化简,得到:
这就是椭圆的方程。
接下来,我们来解决第二个问题。我们已经知道,直线经过原点,斜率为t,所以它的方程是:
我们要求出它和椭圆在y轴的正半轴上的交点Q。由于Q点的x坐标为0,所以我们可以将x=0代入椭圆的方程,得到:
由于Q点在y轴的正半轴上,所以我们取正号,得到:
所以,Q点的坐标是(0,$sqrt{frac{t2}{t2-1}-1}$)。
现在,我们要求出P点的坐标。根据题目的条件,我们有:
由于P点和Q点都在同一条直线上,所以它们的距离就是它们的y坐标之差的绝对值,即:
代入上面的比例,得到:
由于P点也在直线y=tx上,所以我们有:
代入上面的比例,得到:
化简,得到:
由于Q点的y坐标是正的,所以我们可以去掉绝对值符号,得到:
代入Q点的y坐标,得到:
化简,得到:
所以,P点的坐标是($sqrt{t2-1}-frac{1}{t}$,$tsqrt{t2-1}-1$)。
最后,我们要求出P点的轨迹方程。我们可以用参数方程的形式表示P点的轨迹,即:
我们可以消去参数t,得到一个关于x和y的方程。我们先将x的方程两边平方,得到:
然后,将y的方程两边加1,得到:
再将y的方程两边平方,得到:
将x的方程两边乘以t