求菱形 |bx|+|ay|=ab(a>b>0)的内切椭圆的方程
显然,|bx|+|ay|=ab(a>b>0)的外接椭圆的方程为x^2/a^2+y^2/b^2=1。问题:|bx|+|ay|=ab(a>b>0)的内切椭圆的方程呢? 内切椭圆有无数多个,可以用一个通式来表示:
\(\frac{x^2}{\left( a\cos\theta\right)^2}+\frac{y^2}{\left( b\sin\theta\right)^2}=1{,}\ \ \ \ \theta\in\left( 0{,}\ \frac{\pi}{2}\right)\)
切点坐标:\(\left( \pm a\cos^2\theta{,}\ \ \pm b\sin^2\theta\right)\) 思路:由|bx|+|ay|=ab(a>b>0)的对称性,可设其内切椭圆为n^2x^2+m^2y^2=m^2n^2。
下面只需考虑第一象限,有bx+ay=ab,即y=b(a-x)/a,故n^2x^2+m^2^2=m^2n^2,
即(a^2n^2+b^2m^2)x^2+2ab^2m^2x+a^2m^2(b^2-n^2)=0。
由相切的条件有判别式为零,即4a^2b^4m^4-4a^2m^2(b^2-n^2)(a^2n^2+b^2m^2=0,
化简得m^2/a^2+n^2/b^2=1。
又n^2x^2+m^2y^2=m^2n^2的参数方程为x=mcosθ,y=nsinθ(0<θ<π/2),
故,m=x/cosθ,n=y/sinθ,即x^2/(acosθ)^2+y^2/(bsinθ)^2=1为所求的内切椭圆方程。
当tanθ=a/b时,是椭圆的特殊情形,即圆。
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当tanθ=a/b时,是椭圆的特殊情形,即圆: x^2+y^2=a^2b^2/(a^2+b^2) 。
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