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三角形的垂心与应用讲义-高三数学二轮复习.docx

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三角形的垂心与应用

一.基本原理

(1)三角形三条高线的交点.

(2)垂心为

(3)垂心性质.

点是△ABC所在平面内任一点,点是△ABC的垂心.由,

同理,.故H是△ABC的垂心.(反之亦然(证略))

(4)布里安香定理:

若的顶点在反比例函数的图像上,则的垂心也在反比例函数的图像上.

证明:由于点在反比例函数的图像上,所以.

故,则.

由于,则过点与直线垂直的直线的斜率为,所以为:

.同理,过点且与直线垂直的直线为

.联立的方程解得

故,即垂心也在反比例函数图象上.

二.典例分析

例1.设O是平面上一定点,A,B,C是平面上不共线的三点,动点P满足,则点P的轨迹经过的(???)

A.内心 B.外心 C.垂心 D.重心

解析:,

则,即,故,即点P的轨迹经过的垂心.

故选:C.

例2.若曲线:上一点,是否存在直线与抛物线相交于两不同的点,使的垂心为.则直线的方程为__________.

解析:把代入中,得,即,假设存在直线与抛物线相交于两不同的点,使的垂心为,设,显然直线的斜率为,则直线的斜率为,设直线的方程是,由,消去化简得:,即∵的垂心为,∴即

,或当时,直线的方程是,过点,不合题意,舍去,∴存在这样的直线,其方程是,故答案为:

例3.我国著名数学家华罗庚曾说过:“数缺形时少直观,形少数时难入微,数形结合百般好,隔离分家万事休”.数学中,数和形是两个最主要的研究对象,它们之间有着十分密切的联系,在一定条件下,数和形之间可以相互转化,相互渗透.而向量正是数与形“沟通的桥梁”.在中,试解决以下问题:

(1)是三角形的重心(三条中线的交点),过点作一条直线分别交于点.

(ⅰ)记,请用表示;

(ⅱ),求的最小值.

(2)已知点是的垂心(三条高的交点),且,求.

解析:(1)(ⅰ)记的中点为,连接,则,由重心性质可知,,所以①.

(ⅱ)因为,所以,代入①得,因为三点共线,所以,由题意可知,,所以,当且仅当时,等号成立,所以的最小值为.

(2)

因为,所以,由垂心定义可知,,所以②,③,联立②③可得,所以.

例4.已知双曲线:的离心率为,直线:与双曲线C仅有一个公共点.

(1)求双曲线的方程

(2)设双曲线的左顶点为,直线平行于,且交双曲线C于M,N两点,求证:的垂心在双曲线C上.

解析:(1)因为双曲线的离心率为,所以,即,所以双曲线的方程为,

联立直线与双曲线的方程,消去得,即,因为与双曲线C仅有一个公共点,所以,解得,故双曲线的方程为.

(2)设,,则满足

消去得,所以,,如图所示,过A引的垂线交C于另一点H,

则AH的方程为.代入得,即(舍去)或.

所以点H为.所以

所以,故为的垂心,得证.

三.习题演练

1.已知双曲线,过的直线与双曲线的右支交于两点.

(1)若,求直线的方程,

(2)设过点且垂直于直线的直线与双曲线交于两点,其中在双曲线的右支上.????

(i)设和的面积分别为,求的取值范围;

(ii)若关于原点对称的点为,证明:为的垂心,且四点共圆.

2.已知焦点在轴上椭圆的长轴的端点分别为,,为椭圆的中心,为右焦点,且,离心率.

(1)求椭圆的标准方程;

(2)记椭圆的上顶点为,直线交椭圆于,两点,问:是否存在直线,使点恰好为的垂心?若存在,求出直线的方程,若不存在,请说明理由.

3.已知双曲线:,为的右顶点,若点到的一条渐近线的距离为.

(1)求双曲线的标准方程;

(2)若,是上异于的任意两点,且的垂心为,试问:点是否在定曲线上?若是,求出该定曲线的方程;若不是,请说明理由.

参考答案

1.解析:(1)设,结合题意知直线斜率不为0,设直线,因为直线与双曲线右支相交,故,联立双曲线方程,得,则,故,即,解得,或(舍去),因此,从而直线的方程为.

(2)(i)若,则,

由(1)可知,,此时;

当时,设,直线,由(1)同理可知,故,注意到

,令,则,

令,,综上可知,的取值范围是.

(ii)先证明为的垂心,只需证明,

注意到,,而,同理,

,因此,又,故为的垂心,因此,再证明四点共圆,即只需证明:.因为关于原点对称,则,同理可得;

则,即,

因此,因此四点共圆.

2.解析:(1)不妨设,,又,,,

,又,,解得:,,

,即椭圆的标准方程为:;

(2)由题意知:,则,,,不妨令,,

设直线为,为的垂心,,,即,

即,化简可得:,两式相加,得:,联立:,得:,

即,解得:,又,,

代入上式可得:,解得:或,当时直线过点,不合题意,

直线方程为.

3.解析:(1)的标准方程为;

(2)情形一:,中没有一点为,且直线的斜率存在,

??

设直线:,,,则AM和AN的斜率分别为:,易得边的高线的斜率为,方程为:,即,边AN的高线的斜率为:,方程为:,

联立,,消

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