§3 二次曲线的切线和奇点
一 切线:
1、定义:若一直线l与二次曲线C交于二重合实点,或l整个在二次曲线C上,则称l
为C的切线。切线与C的公共点称为切点。
2、求法:
设(,)∈C,以为切点的切线 l:
今确定X:Y
1°当(,),(,)不全为0时,
若X:Y不是渐近方向,则l与C相切〈═〉l与C交于二重合实点
〈═〉△=[(,)X+(,)Y]²-Φ(X,Y)F(,)=0
〈═〉(,)X+(,)Y=0〈═〉X:Y=-(,):(,)
若X:Y是渐近方向,则l与C相切〈═〉l处在C上〈═〉
(,)X+(,)Y=0〈═〉X:Y=-(,):(,)
从而切线l:
即 (,)(x-)+(,)(y-)=0
(,)x+(,)y-[(,)+(,)]=0
(,)x+(,)y+(,)=0
亦即
x+(y+x)+y+(x+)+(y+)+=0 (*)
注:在(,)与(,)不全为0时,(*)即为以(,)为切点的切线方程。不难看出,若(,)使(,),(,)不全为0,则要求以为切点的切线,只需要在C的方程中,以
x , ,y , ,
替换x² xy y² x y
即可
2°当(,)=(,)=0时,
对过且沿非渐近方向的直线l: ,
△=[(,)X+(,)Y]²-Φ(X,Y)F(,)=0
∴l是切线;而对任意过且沿渐近方向的直线l:
Φ(X,Y)=(,)X+(,)Y=F(,)=0,
∴l整个在曲线 即l也是切线
可见,若曲线C上一点(,)使(,y。)=(,)=0,则过的任一直线均是C的切线。为使得过C上任一点只有唯一切线,在这种情形下,通常只取过且沿渐近方向的直线作为C的切线。
二 奇点:
1、定义:二次曲线上坐标满足的点称为奇点。二次曲线上的非奇点又称为正常点。
可见:
1°一点(,)为奇点〈═〉〈═〉
2°奇点必是中心,但中心未必是奇点,从而无心曲线没有奇点。
3°在奇点处,曲线有沿渐近方向的切线;而在正常点处,曲线有沿
X:Y=-(,):(,)的切线,从而在正常点处,切线是唯一的
2、性质:
1°二次曲线有奇点的必要条件是=0
事实上,若二次曲线有奇点(,),则
∴方程组 有非0解(,,1)
∴=0
思考:=0是否为二次曲线有奇点的充分条件?为什么?
2°二次曲线有奇点的充要条件是其为有心二次曲线,其中心全在二次曲线上,
事实上"〈═"显然
"═〉"设二次曲线F(x,y)=0有奇点。
若曲线为中心二次曲线,则这唯一中心也是奇点
∴中心在曲线上;
若曲线为线心曲线,因它有奇点 ∴方程组
有解
同解
同解
有解
而:=: ∴ :=:
:=:=:
x+y+=0
∴中心全是奇点,从而所有中心都在曲线上。
例:求二次曲线y²-4x-4y=0的切线l
(i)l过点(3,-2);
(ii)l过点(-1,0)。
解:(i)易验证点(3,-2)在曲线上,且该曲线上无奇点,∴切线方程为
-2y-2(y-2)-2(x+3)=0
即 x+2y+1=0
(ii)易验证(-1,0)不在曲线上,
法一:设过(-1,0)的切线l与曲线切于(,)
则 l:y-2(y+)-2(x+)=0
而(-1,0)∈l ∴-2-2(-1)=0
即 +-1=0
又 ²-4-4=0
∴=-1,3 =2,-2 ∴切线l:2y-2(y+2)-2(x-1)=0
或-2y-2(y-2)-2(x+3)=0 即
x+1=0或x+2y+1=0
法二:
设过(-1,0)饿切线l: 则
△=[(-1,0)X+(-1,0)Y]²-Φ(X,Y)F(-1,0)=0
即 [-2X-2Y]²-4Y²=0
亦即X²+2XY=0 ∴X=0或X=-2Y
∴X:Y=0:1 或 X:Y=-2:1 ∴ l: 或 l:
法三:设切线l: 则 X:Y =(x+1):y
而△=[(-1,0)X+(-1,1)Y]²-Φ(X,Y)F(-1,0)=0
∴[(-1,0)(x+1)+(-1,0)y]²-4y²=0
即[-1(x+1)-2y]²-4y²=0
亦即(x+y+1)²-y²=0 ∴x+1=0或 x+2y+1=0
三 二次曲线的法线:
定义:设二次曲线F(x,y)=0在处存在切线,称过且垂直于切线的直线为曲
线在的法线。
求法:若(,)是二次曲线F(x,y)上的正常点,则
法线 l: