$例1、已知椭圆C:\cfrac{x^2}{4} +\cfrac{y^2}{3}=1,求焦点的极线;$
$例2、\cfrac{x^2}{4} -y^2=1,求直线l:\frac{\sqrt{3} }{4} x-y=1的极点;$
$例3、已知椭圆C:\cfrac{x^2}{4} +\cfrac{y^2}{3}=1,左右端点A(-2,0),B(2,0), 过焦点F(1,0)的直线$
$l_0交椭圆C于PQ两点,连接AP,BQ交于点K,求K的轨迹方程.$
$解:画图找自极三角形,可知K的轨迹方程是F(1,0)关于C的极线\Rightarrow \frac{x}{4} =1\Rightarrow x=4,$
$即可用极点极线猜答案后证。$
解题过程:
$设l_0过焦点的直线方程为:x=my+1,点P(x_1,y_1),Q(x_2,y_2),K(x,y)({\color{Red} 反设直线,m为斜率的倒数} )$
$则有:\begin{cases} l_{AP}:x=\cfrac{x_1+2}{y_1} y-2\\ l_{BQ}:x=\cfrac{x_2-2}{y_1} y+2\end{cases}$
$消元去y,解x_K,\cfrac{y_1}{x_1+2} (x+2)=y=\cfrac{y_2}{x_2-2} (x-2),得$
$(\cfrac{y_2}{x_2-2} -\cfrac{y_1}{x_1+2}){\color{Red} x} =2(\cfrac{y_1}{x_1+2} +\cfrac{y_2}{x_2+2})\Rightarrow {\color{Red} x} =\cfrac{2(\cfrac{y_1}{x_1+2} +\cfrac{y_2}{x_2+2})}{\cfrac{y_2}{x_2-2} -\cfrac{y_1}{x_1+2}} $
$x=2\times \cfrac{{\color{Red} x_1y_2+x_2y_1} -2(y_1-y_2)}{{\color{Red} x_1y_2-x_2y_1} +2(y_1+y_2)}{\color{Peach} 红色部份为对偶式,我们还要可以应用圆锥曲线的对偶式,简化计算} $
${\color{Peach} 根据前面的猜测,我们只需要证明此式=4即可} $
$即证\cfrac{{\color{Red} x_1y_2+x_2y_1} -2(y_1-y_2)}{{\color{Red} x_1y_2-x_2y_1} +2(y_1+y_2)}=2$
$即证{\color{Red} x_1y_2+x_2y_1} -2(y_1-y_2)=2({\color{Red} x_1y_2-x_2y_1} +2(y_1+y_2))$
$即证\cfrac{{\color{Red} x_1y_2+x_2y_1} -2(y_1-y_2)}{{\color{Red} x_1y_2-x_2y_1} +2(y_1+y_2)}=2$
$即证:x_1y_2-3x_2y_1+6y_1+2y_2=0,消元去x,$
$即证:2my_1y_2-3(y_1+y_2)=0\quad {\color{Red} (\ast )}$
$应用韦达定理,联立l_0和C,\begin{cases} 3x^2+4y^2-12=0\\ x=my+1\end{cases}\Rightarrow$
$3(my+1)^2+4y^2-12=0\Rightarrow (3m^2+4)y^2+6my-9=0$
$\begin{cases} y_1+y_2=\cfrac{-6m}{3m^2+4} \quad ①\\y_1y_2=\cfrac{-9}{3m^2+4} \qquad ②\end{cases}$
$代入上式得,3\cdot \cfrac{-6m}{3m^2+4} -2m\cdot\cfrac{-9}{3m^2+4} =0$
$由此可见,K的轨迹为x=4是成立的。$


$例4、已知椭圆C:\cfrac{x^2}{4} +\cfrac{y^2}{3}=1,左右端点A(-2,0),B(2,0), 设点K的直线l:x=4上运动,$
$连接AK,BK, 分别交椭圆于P,Q, 问:直线PQ是否过定点,若是,请求出定值。$
解题思路:
从初始变量点K出发,设置变量,接着写出直线KA,KB,联立椭圆方程,求出点PQ坐标。
再用PQ坐标写出直线方程,观察一下哪个坐标可以代入成为恒等式!
最后一步最麻烦,直线方程代入是有计算量的关键式子,看出恒等式更是无从下手。那么利用极点极线先猜后证可以提供帮助!
$设K(4,t),则有\begin{cases} l_{AP}:x=\cfrac{6}{t}y-2\\l_{BQ}:x=\cfrac{2}{t}y+2 \end{cases}先联立C与l_{AP},求出P的坐标$
$\begin{cases} l_{AP}:x=\cfrac{6}{t}y-2\\3x^2+4y^2-12=0 \end{cases}\Rightarrow $
$3(\cfrac{6}{t}y-2)^2+4y^2-12=0 \Rightarrow 3(\cfrac{36}{t^2}y^2-\cfrac{24}{t}y+4)+4y^2-12=0$
$\Rightarrow (\cfrac{3\times 4\times 9}{t^2}+4 )y^2+\cfrac{3\times 4\times (-6)}{t}y =0\Rightarrow$
$y[(\cfrac{27}{t^2} +1)y-\cfrac{18}{t} ]=0 解得y=0,或{\color{Red} y_P=\cfrac{18t}{t^2+27} }代回直线l_{AP},得{\color{Red} x_P=\cfrac{-2t^2+54}{t^2+27} } $
$同理,联立l_{BQ}与C,有3(\cfrac{2}{t}y+2 )+4y^2-12=0\Rightarrow 3(\cfrac{24}{t^2}y+\cfrac{8}{t}y+4)+4y^2-12=0$
$\Rightarrow (\cfrac{3}{t^2} +1)y^2+\cfrac{6}{t}y=0 \Rightarrow {\color{Red} y_Q=-\cfrac{6t}{t^2+3} }$
$代入直线方程得,{\color{Red} x_Q=-\cfrac{2t^2-6}{t^2+3} }$
${\color{Green} 就这样,我们利用参数t,利用将PQ的坐标表示出来了} $
${\color{Green} 再设P(x_1,y_1)Q(x_2,y_2)写出直线PQ方程} $
$x=\cfrac{x_1-x_2}{y_1-y_2} (y-1)+x_1=\cfrac{x_1-x_2}{y_1-y_2} y-\cfrac{x_1-x_2}{y_1-y_2}$
$=\cfrac{x_1-x_2}{y_1-y_2} y-\cfrac{{\color{Red} x_2y_1-x_1y_2} }{y_1-y_2}$
$我们已经猜出定点坐标是F(1,0),所以我们可判断\cfrac{{\color{Red} x_2y_1-x_1y_2} }{y_1-y_2}=1;下一步,我们将PQ坐标代入证明它=1即可$
$x_P=\cfrac{-2t^2+54}{t^2+27},y_P=\cfrac{18t}{t^2+27}$
$x_Q=-\cfrac{2t^2-6}{t^2+3},y_Q=-\cfrac{6t}{t^2+3} ,$
$\cfrac{{\color{Red} x_2y_1-x_1y_2} }{y_1-y_2}=\cfrac{-\cfrac{2t^2-6}{t^2+3}\cdot\cfrac{18t}{t^2+27} -\cfrac{-2t^2+54}{t^2+27}\cdot -\cfrac{6t}{t^2+3} } {\cfrac{18t}{t^2+27}+\cfrac{6t}{t^2+3} }$
$=\cfrac{(-2t^2-6)\cdot18t -(-2t^2+54)\cdot (-6t)} {18t(t^2+3)+6t(t^2+27)}=$
$=\cfrac{3(2t^2-6)+54-2t^2}{3(t^2+3)+t^2+27} = \cfrac{4t^2+54-18}{4T^2+27+9} =1$
$由此可知直线PQ过点(1,0)$


不过这个解法太复杂了,完全依靠大力出奇迹。复杂点在于,用t表示点PQ的求解,和直线PQ直线的表示。既然难表示,那么就祭出设而不求大法!
法二:
$设直线l_{PQ}:x=my+n,点P(x_1,y_1)Q(x_2,y_2)写出两条直线$
$\begin{cases} l_{AP}: x=\cfrac{x_1+2}{y_1}y-2=m_1y-2\quad m_1=\cfrac{x_1+2}{y_1}\\ l_{BQ}:x=\cfrac{x_2-2}{y_1}y+2=m_2y+2\quad m_2=\cfrac{x_2-2}{y_2}\end{cases}$
$\frac{m_1}{m_2} =3=\cfrac{\cfrac{x_1+2}{y_1}}{\cfrac{x_2-2}{y_2}} \Rightarrow \cfrac{x_1+2}{y_1}=3\cfrac{x_2-2}{y_2}$
$\Rightarrow y_2(x_1+2)=3y_1(x_2-2)\Rightarrow x_1y_2-3x_2y_1+6y_1+2y_2=0\quad消元去x$
${\color{Red} 注:这里也可以不消元,而用斜率双用+直线两点式的变形求之}$
$2my_1y_2+(3n-6)y_1-(n+2)y_2=0\quad {\color{Red} (\ast )}$
$此式若n=1,便是例3的2my_1y_2-3(y_1+y_2)=0\quad {\color{Red} (\ast )}$
$马上上韦达定理,联立l_{PQ}和C$
$\begin{cases} x=my+n\qquad \qquad \\ 3x^2+4y^2-12=0\end{cases}\Rightarrow (3m^2+4)y^2+6mny+3n^2-12=0$
$\begin{cases} y_1+y_2=\cfrac{-6mn}{3m^2+4} \quad ①\\y_1y_2=\cfrac{3n^2-12}{3m^2+4}\quad②\end{cases}$
$②{\div} ①,\cfrac{y_1y_2}{y_1+y_2} =\cfrac{3n^2-12}{-6mn} =\cfrac{n^2-4}{-2mn} $
${\color{Red} \Rightarrow} y_1y_2={\color{Red} \cfrac{n^2-4}{-2mn}} \cdot (y_1+y_2){\color{Red} \Rightarrow} 2my_1y_2={\color{Red} \cfrac{n^2-4}{-n}} \cdot (y_1+y_2)$
${\color{Red} \cfrac{n^2-4}{-n}} \cdot (y_1+y_2)+(3n-6)y_1-(n+2)y_2=0\Rightarrow $
$(n^2-3n+2)y_1=(n^2+n-2)y_2\Rightarrow (n-2)(n-1)y_1=(n+2)(n-1)y_2$
$因为y_1\ne y_2,要上式恒成立,必要n=1,故直线过定点(1,0)$


10-19不消元,直接用斜率双用+直线两点式的变形
${\color{Red} 弦的斜率与弦中点与原点连线的斜率之积为定值e^2-1} $
$\begin{cases}k_{AP}=\cfrac{y_1}{x_1+2}=-\cfrac{3}{4}\cdot\cfrac{x_1-2}{y_1}\\ \quad \\k_{BP}=\cfrac{y_2}{x_2-2}=-\cfrac{3}{4}\cdot\cfrac{x_2+2}{y_2}\end{cases}$
${\color{Red}\because \quad } 3k_{AP}=k_{BP}\Rightarrow \begin{cases}3 \cdot\cfrac{y_1}{x_1+2}=\cfrac{y_2}{x_2-2}\\ \quad \\3\cdot\cfrac{x_1-2}{y_1}=\cfrac{x_2+2}{y_2}\end{cases}\Rightarrow \begin{cases} 3y_1(x_2-2)=y_2(x_1+2) \\ \quad \\3y_2(x_1-2)=y_1(x_2+2)\end{cases}$
$\Rightarrow \begin{cases} 3x_2y_1-6y_1=x_1y_2+2y_2 \\ \quad \\3x_1y_2-6y_2=x_2y_1+2y_1 \end{cases}两式相减\Rightarrow 3x_1y_2-3x_2y_1+6(y_1-y_2)=x_2y_1-x_1y_2+2(y_1-y_2)$
$\Rightarrow4x_1y_2-4x_2y_1=4(y_2-y_1)\Rightarrow x_1y_2-x_2y_1=y_2-y_1$
比较两点式的变形,可知,直线过定点$(1,0)$
$\cfrac{y_1-{\color{Red} y} }{x_1-{\color{Red} x} } =\cfrac{y_1-y_2}{x_1-x_2}\Rightarrow 交叉相乘得\Rightarrow ( y_1-{\color{Red} y} )(x_1-x_2)=(x_1-{\color{Red} x} )(y_1-y_2)$
$\Rightarrow y_1(x_1-x_2)-{\color{Red} y} (x_1-x_2)=x_1(y_1-y_2)-{\color{Red} x} (y_1-y_2)$
$\Rightarrow x_1y_2-x_2y_1={\color{Red} y} (x_1-x_2)+{\color{Red} x} (y_2-y_1)\quad{\color{Red} \bullet \circ }$

$1、a,b,c\gt 0且不等1,求证a^{\log_{b}{c}}=c^{\log_{b}{a}} $
$对式子左边取以b为底的对数,有\log_{b}(a^{\log_{b}{c}})=\log_{b}{a}\log_{b}{c}$
$对式子右边取以b为底的对数,有\log_{b}(c^{\log_{b}{a}})=\log_{b}{c}\log_{b}{a}$

$2、x,y\gt 0,且x+2y+\sqrt{xy} =2,求x+3y的最小值$
$x+2y+\sqrt{xy} =\le x+2y+\frac{1}{2}( ax+\frac{y}{a}) =(1+\frac{a}{2} )x+(2+\frac{1}{2a} )y$
$3、已知函数f(x)=(x\in\mathbb{ R} )满足f(x)+f(4-x)=0,若函数f(x)与y=\frac{1}{x-2}$
$图象的交点横坐标分别为x_1,x_2,\dots ,x_n,则x_1+x_2+x_3+\dots+x_n=(\quad)$
$A.4n \quad B.2n\quad C.n\quad D.0$
交点数量为偶数。
$4、已知实数x,y满足\ln_{}{(2x+y)} -e^{x+2y}-x+y+2\ge 0,则x+y的值为(\quad )$
$A.1\quad B.\cfrac{2}{3} \quad C.\cfrac{1}{3} D.\cfrac{1}{5} $
$双换元,令a=2x+y,b=x+2y\Rightarrow x=\cfrac{2a-b}{3},y=\cfrac{2b-a}{3},C$
$5、若a\gt b\gt 0,且a^3-b^3=a^2-b^2,则\cfrac{1}{a} +\cfrac{1}{b}的取值范围是(\quad )$
$A.(1,\cfrac{4}{3}) \quad B.(\cfrac{4}{3},+\infty) \quad C.(1,3) \quad D.(3,+\infty)$

三角形角平分线定理:

这是平面几何的古老定理,是平面几何最基本的定理之一,但也是最先从初中平面几何删除的内容之一。

三角形的内角平分线分对边成两线段,两线段长度之比等于相邻的两边的长度之比(内角)

2025-09-25T07:42:08.png

AD是ΔABC的∠A的平分线,则
$\cfrac{AB}{AC}=\cfrac{BD}{DC}$

法一:过点C作角平分线的平行线,即可证得。
法二:用面积相等证

若三角形两边不相等,则其相应外角的平分线外分对边的两线段与相应邻边成比例。外角
2025-09-25T07:43:46.png

ΔABC中,AB≠AC,AD是外角∠CAE的平分线,外分边BC成线段BD和CD,则有:
$\cfrac{AB}{AC}=\cfrac{BD}{DC}$
法一:过点C作角平分线的平行线,即可证得。
法二:用面积相等证

塞瓦定理(Ceva's theorem)(赛娃)

三角形内三线交于一点,则有以下关系:

$\cfrac{AF}{FB} \cdot \cfrac{BD}{DC} \cdot \cfrac{CE}{EA}=1$
2025-09-25T07:48:16.png
${\color{Red} 等高的两个三角形面积之比=两三角形底边之比,和差比定理} $
$\cfrac{BD}{DC}=\cfrac{S_{\bigtriangleup ABD}}{S_{\bigtriangleup ADC}}=\cfrac{S_{\bigtriangleup GBD}}{S_{\bigtriangleup GDC}}= \cfrac{S_{\bigtriangleup ABD}-S_{\bigtriangleup GBD}}{S_{\bigtriangleup ADC}-S_{\bigtriangleup GDC}}=\cfrac{S_{\bigtriangleup GAB}}{S_{\bigtriangleup GAC}}$

同理$\cfrac{CE}{EA}=\cfrac{S_{\bigtriangleup CBE}}{S_{\bigtriangleup ABE}}=\cfrac{S_{\bigtriangleup CGE}}{S_{\bigtriangleup AGE}}= \cfrac{S_{\bigtriangleup CBE}-S_{\bigtriangleup CGE}}{S_{\bigtriangleup ABE}-S_{\bigtriangleup AGE}}=\cfrac{S_{\bigtriangleup GBC}}{S_{\bigtriangleup GAB}}$

同理$\cfrac{AF}{FB}=\cfrac{S_{\bigtriangleup CAF}}{S_{\bigtriangleup CBF}}=\cfrac{S_{\bigtriangleup GAF}}{S_{\bigtriangleup GBF}}= \cfrac{S_{\bigtriangleup CAF}-S_{\bigtriangleup GAF}}{S_{\bigtriangleup CBF}-S_{\bigtriangleup GBF}}=\cfrac{S_{\bigtriangleup GAC}}{S_{\bigtriangleup GBC}}$

$三式相乘,得\cfrac{AF}{FB} \cdot \cfrac{BD}{DC} \cdot \cfrac{CE}{EA}=1$


梅涅劳斯定理(Menelaus' theorem)

过三角形一边上的点做一直线,分别与其余两边或其延长线所截,则满足一下关系:

$\cfrac{AF}{FB} \cdot \cfrac{BD}{DC} \cdot \cfrac{CE}{EA}=1$​

2025-09-25T07:48:58.png
证明:
$\cfrac{AF}{FB}=\cfrac{S_{\triangle DAF}}{S_{\triangle DFB}} =\cfrac{S_{\triangle EAF}}{S_{\triangle EFB}} =\cfrac{S_{\triangle DAE}}{S_{\triangle DEB}}$
$\cfrac{BD}{DC}=\cfrac{S_{\triangle EBD}}{S_{\triangle EDC}}$
$\cfrac{CE}{EA}=\cfrac{S_{\triangle CED}}{S_{\triangle EDA}}$

  • 两个定理的联系

证明过程体现了两个定理的相似性。实际上这两个定理互为「对偶定理」,即只要证明其中一个,另一个自然成立。这是因为在射影平面中,确定一条直线和确定一个点,都需要三个坐标(齐次坐标),于是面空间点空间形成了自然的同构,而这样的同构映射保持结合性不变,所谓结合性,就是指「点在线上」、「线过某点」这样的结合关系。

对偶图形包含两个方面:

  1. 图元素互换:「点」与「线」互换;
  2. 结合性互换:「共点」与「共线」互换。

它们俩的逆定理也是成立的,这根据三角形的唯一性可以得到。

你从来没有对这些现象好奇过吗:

为什么三角形三条中线过同一点?
为什么三角形三条高线过同一点?
为什么三角形三条角平分线过同一点?
为什么三角形垂直平分线过同一点?
……

而这些情况,都可以收纳到塞瓦定理中,多么美妙!

一、阶差法:

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二、放缩法:

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三、裂项法:

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$\qquad\lt \cfrac{2}{e}(1^2+\cfrac{1}{2^2}+\cfrac{1}{3^2} +\dots+\cfrac{1}{n^2} ) $
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四、构造函数:

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五、最值型证明

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六、累加型证明
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七、数学归纳法:
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1、裂项处理:
例1、2018年天津理科数学18题(2)
$证明:\sum_{n}^{k=1}\cfrac{k\cdot 2^{k+1}}{(k+1)(k+2)} =\cfrac{2^{n+2}}{n+2}-2$
设裂项的形式为: $\cfrac{a\cdot 2^{k+2}}{k+2}- \cfrac{a\cdot2^{k+1}}{k+1}=\cfrac{k\cdot 2^{k+1}}{(k+1)(k+2)}$
$代入得a=1,则a=1对应的表达式即为所求。$
分析:其实这题只是求和,但是很好的说明了一种探究数列裂项方式——待定系数.在解题时根据待证表达式的特征确定裂项的形式和需要待定的系数,再利用等号成立的条件对应系数得到结果. 对于涉及裂项的数列不等式问题,给出的数列求和往往极限是所需证明的结果.