高中数学——黄金椭圆的性质

2019年08月06日 浏览:

离心率为 的椭圆被称做“黄金椭圆”,它有不少有趣的性质,本文约定椭圆方程为 (a>b>0)。

1. 若椭圆是黄金椭圆,则a,b,c成等比数列。

证明:因为椭圆为黄金椭圆,

所以

,故a,b,c成等比数列。

上述命题的逆命题也真。

事实上,由b2=ac及b2=a2-c2,得

a2-c2=ac,e2+e-1=0,

因为0<e<1,所以,故此椭圆为黄金椭圆。

2. 若椭圆为黄金椭圆,设A(a,0),B(0,b),F(-c,0),则△ABF为直角三角形。

证明:在△ABF中,

所以

又 椭圆为黄金椭圆。

由性质1有 b2=ac,

所以

即 △ABF为直角三角形。

上述命题的逆命题也为真命题。

事实上,由△ABF为直角三角形,得

即(a2+b2)+(b2+c2)=(a+c)2

所以,b2=ac。

故此椭圆为黄金椭圆。

3. 若椭圆是黄金椭圆,P、Q为椭圆上任意两点,M为线段PQ的中点,若PQ与OM的斜率存在,则

证明:设M(x0,y0),P(x0+m,y0+n),

则Q(x0-m,y0-n),

于是kOM=

因为点P、Q在椭圆上,

所以,①

,②

①-②,得

所以

又 椭圆为黄金椭圆,

所以b2=ac,

上述命题的逆命题也成立。

事实上,由上得知

所以 b2=ac,

故此椭圆为黄金椭圆。

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4. 若椭圆是黄金椭圆,P为椭圆上任意一点,P在x轴上的射影为M,椭圆在P点的法线交x轴于N,则

证明:设P(x0,y0)。

将b2x2+a2y2=a2b2两边对x求导,得

2b2x+2a2y·y'=0,

所以

即椭圆在点P的法线的斜率

故点P的法线方程为

y-y0=

令y=0,得

所以

又 椭圆为黄金椭圆,

所以

上述命题的逆命题也成立。

事实上,由上可知

所以

故此椭圆为黄金椭圆。

5. 若椭圆是黄金椭圆,设A1(-a,0),A2(a,0),B1(0,-b),B2(0,b),则菱形A1B1A2B2的内切圆过焦点。

证明:设A2B2,即

bx+ay=ab。

又点(0,0)到直线bx+ay=ab的距离

所以

故焦点在内切圆上。

上述命题的逆命题也成立。

事实上,由上知,将b2=a2-c2代入,化简得a4-3a2c2+c4=0,

所以e4-3e2+1=0。

因为0<e<1,所以故此椭圆为黄金椭圆。