关于弦长公式的考试要求,主要涉及直线与圆锥曲线相交时弦长的计算,具体分为以下几种情况:
一、直线与圆锥曲线相交弦长公式
若直线方程为 $y = kx + b$,与圆锥曲线(如椭圆、双曲线、抛物线)联立后,弦长公式为:
$$|AB| = sqrt{1 + k^2} cdot sqrt{(x_1 + x_2)^2 - 4x_1x_2}$$
其中 $(x_1, y_1)$ 和 $(x_2, y_2)$ 是直线与曲线的交点坐标。
抛物线焦点弦公式
若直线过抛物线焦点,弦长可转化为到准线的距离,公式为:
$$|AB| = x_1 + x_2 + p quad text{(抛物线方程为 } y^2 = 4px text{)}$$
但此公式仅适用于过焦点的直线。
二、几何方法(辅助理解)
垂径定理
通过圆心作弦的垂线,利用勾股定理计算弦长:
$$|AB| = 2sqrt{r^2 - d^2}$$
其中 $d$ 是圆心到直线的距离,$r$ 是圆的半径。
三角函数法
已知圆心角 $theta$,弦长公式为:
$$|AB| = 2rsinleft(frac{theta}{2}right)$$
适用于已知圆心角的情况。
三、注意事项
联立直线与圆锥曲线方程时,需注意判别式 $Delta$ 的取值范围,避免出现虚数解。
圆的弦长公式需结合几何性质(如垂径定理)使用,避免直接套用通用公式。
抛物线焦点弦公式仅适用于过焦点的直线,其他情况需回归通用公式。
四、典型题型示例
例题: 求圆 $(x-4)^2 + y^2 = 16$ 被直线 $y = sqrt{3}x$ 截得的弦长。 解法
1. 联立方程:
$$begin{cases} (x-4)^2 + y^2 = 16 y = sqrt{3}x end{cases}$$
得到 $25x^2 - 50x - 119 = 0$,解得 $x_1 = 0$,$x_2 = frac{119}{25}$。2. 代入弦长公式:
$$|AB| = sqrt{1 + (sqrt{3})^2} cdot sqrt{left(frac{119}{25}right)^2 - 4 cdot 0} = 4sqrt{3}$$
结果为 $4sqrt{3}$。
通过以上方法和注意事项,可系统掌握弦长公式的应用。